皮皮网

1.?内核内核ں?Դ??ԭ??
2.Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析
3.zircon内核整体介绍（一）
4.解析LinuxSS源码探索一探究竟linuxss源码
5.简单概括Linux内核源码高速缓存原理（图例解析）
6.详解Linux内核架构和工作原理，一文看懂内核

?ں?Դ??ԭ??

       Linux内核提供关键epoll操作通过四个核心函数：epoll_create()、epoll_ctl()、内核内核epoll_wait()和epoll_event_callback()。源码原理源码原理操作系统内部使用epoll_event_callback()来调度epoll对象中的内核内核事件，此函数对理解epoll如何支持高并发连接至关重要。源码原理源码原理音乐下载小程序源码简化版TCP/IP协议栈在GitHub上实现epoll逻辑，内核内核存放关键函数的源码原理源码原理文件是[src ty_epoll_rb.c]。

       epoll的内核内核实现包含两个核心数据结构：epitem和eventpoll。epitem由rbn和rdlink组成，源码原理源码原理前者为红黑树节点，内核内核后者为双链表节点，源码原理源码原理实现事件对象的内核内核红黑树与双链表两重管理。eventpoll包含rbr和rdlist，源码原理源码原理分别指向红黑树根和双链表头，内核内核管理所有epitem对象。

       深入分析四个关键函数：

       epoll_create()：创建epoll对象，逻辑概括为六步。

       epoll_ctl()：根据用户传入参数构建epitem对象，依据操作类型（ADD、MOD、DEL）决定epitem在红黑树中的插入、更新或删除。

       epoll_wait()：检查双链表中是否有节点，若有填充用户指定内存，无则循环等待事件触发，调用epoll_event_callback()插入新节点。

       epoll_event_callback()：内核中被调用，用于处理服务器触发的五种特定情况，并将红黑树节点插入双链表。

       总结epoll底层实现，关键在于两个数据结构，分别管理事件与对象关系。epoll通过红黑树与双链表高效组织事件，确保高并发场景下的高效处理。

Linux 内核 rcu(顺序) 锁实现原理与源码解析

       结论是，Linux 内核中的 RCU（Read-Copy-Update）锁提供了一种无需阻塞的锁机制，旨在提高并发性能。传统的锁如自旋锁和互斥锁存在阻塞问题，而RCU锁通过读写分离、延迟删除策略来实现无锁或低阻塞的操作。

       RCU锁的核心原理是利用读写分离的策略。当有读任务 M 阅读链表时，写任务 N 可以在读任务完成后再进行修改，通过rcu_assign_pointer 修改指针，找网页源码的网址保留旧节点直到读任务结束。写任务通过synchronize_kernel等待所有读任务完成，而读任务则通过rcu_read_lock获取读锁，rcu_read_unlock释放，rcu_dereference访问数据。

       这种机制类似于垃圾回收机制，写者在操作后保留旧引用，直到所有读任务结束才删除。rcu_read_lock会禁止抢占，形成一个宽限期，确保读任务在读锁保护下完成，从而避免数据不一致。

       总的来说，RCU锁通过巧妙的策略，实现了低阻塞的并发控制，提高系统性能，而源码中的关键操作包括rcu_assign_pointer进行指针更新，synchronize_kernel等待读任务完成，以及读任务通过rcu_read_lock等函数进行锁的管理和数据访问。

zircon内核整体介绍（一）

       在科技的前沿领域，Fuchsia操作系统以其独特的zircon微内核备受瞩目。与Linux的宏内核迥然不同，zircon以精简和高效著称，专注于核心功能，让代码更为纯粹。让我们一起深入理解zircon内核的结构与设计，感受其与众不同的魅力。

全面了解zircon</

       zircon内核代码是Fuchsia的灵魂，官网文档详尽且富有洞察。官网的设计思路清晰，为学习者提供了丰富的资源。我们首先从基础开始，探索核心目录结构：

kernel</：内核源码的心脏地带，承载着系统的核心功能。

system</：系统工具的宝库，构建高效的操作环境。

prebuilt, third_party, scripts, vdso</：构成操作系统完整体系的其他重要组件。

模块化的学习路径</

       为了更好地理解和学习，我们将zircon内核划分为三大模块，如同打开操作系统世界的钥匙：

虚拟化与并发</：进程管理、线程调度，以及内存管理与通信的精妙设计。

原子操作与同步机制</：并发控制的基石，如锁、2022相亲源码信号量和条件变量的实现。

文件系统与系统调用</：实现仅百个POSIX接口的高效文件系统，系统调用的精炼呈现。

       这些模块是zircon内核架构的骨架，接下来我们将逐一剖析，揭示其背后的逻辑与设计思想。

深入源码分析</

       从启动流程到系统运行的每一个环节，zircon的源码都隐藏着无尽的奥秘。我们将逐步揭示这些核心模块的工作原理，带你领略zircon内核的精巧与深度。

       探索的脚步从未停歇，zircon内核整体介绍（一）</为我们揭开了序幕，后续的深入解析将逐步深入操作系统启动流程（二），敬请期待。

解析LinuxSS源码探索一探究竟linuxss源码

       被誉为“全球最复杂开源项目”的Linux SS（Secure Socket）是一款轻量级的网络代理工具，它在Linux系统上非常受欢迎，也成为了大多数网络应用的首选。Linux SS的源码的代码量相当庞大，也备受广大开发者的关注，潜心钻研Linux SS源码对于网络研究者和黑客们来说是非常有必要的。

       我们以Linux 3. 内核的SS源码为例来分析，Linux SS的源码目录位于linux/net/ipv4/netfilter/目录下，在该目录下包含了Linux SS的主要代码，我们可以先查看其中的主要头文件，比如说：

       include/linux/netfilter/ipset/ip_set.h

       include/linux/netfilter_ipv4/ip_tables.h

       include/linux/netfilter/x_tables.h

       这三个头文件是Linux SS系统的核心结构之一。

       接下来，我们还要解析两个核心函数：iptables_init函数和iptables_register_table函数，这两个函数的主要作用是初始化网络过滤框架和注册网络过滤表。iptables_init函数主要用于初始化网络过滤框架，主要完成如下功能：

       1. 调用xtables_init函数，初始化Xtables模型；

       2. 调用ip_tables_init函数，初始化IPTables模型；

       3. 调用nftables_init函数，初始化Nftables模型；

       4. 调用ipset_init函数，初始化IPset模型。

       而iptables_register_table函数主要用于注册网络过滤表，主要完成如下功能：

       1. 根据提供的参数检查表的有效性；

       2. 创建一个新的数据结构xt_table；

       3. 将该表注册到ipt_tables数据结构中；

       4. 将表名及对应的表结构存放到xt_tableshash数据结构中；

       5. 更新表的索引号。

       到这里，我们就大致可以了解Linux SS的源码，但Learning Linux SS源码只是静态分析，细节的分析还需要真正的运行环境，观察每个函数的实际执行，而真正运行起来的Linux SS，是与系统内核非常紧密结合的，比如：

       1. 调用内核函数IPv6_build_route_tables_sockopt，小牛通讯模块破解源码构建SS的路由表；

       2. 调用内核内存管理系统，比如kmalloc、vmalloc等，分配SS所需的内存；

       3. 初始化Linux SS的配置参数；

       4. 调用内核模块管理机制，加载Linux SS相关的内核模块；

       5. 调用内核功能接口，比如netfilter, nf_conntrack, nf_hook等，通过它们来执行对应的网络功能。

       通过上述深入了解Linux SS源码，我们可以迅速把握Linux SS的构架和实现，也能熟悉Linux SS的具体运行流程。Linux SS的深层原理揭示出它未来的发展趋势，我们也可以根据Linux SS的现有架构改善Linux的网络安全机制，进一步开发出与Linux SS和系统内核更加融合的高级网络功能。

简单概括Linux内核源码高速缓存原理（图例解析）

       高速缓存(cache)概念和原理涉及在处理器附近增加一个小容量快速存储器(cache)，基于SRAM，由硬件自动管理。其基本思想为将频繁访问的数据块存储在cache中，CPU首先在cache中查找想访问的数据，而不是直接访问主存，以期数据存放在cache中。

       Cache的基本概念包括块（block），CPU从内存中读取数据到Cache的时候是以块（CPU Line）为单位进行的，这一块块的数据被称为CPU Line，是CPU从内存读取数据到Cache的单位。

       在访问某个不在cache中的block b时，从内存中取出block b并将block b放置在cache中。放置策略决定block b将被放置在哪里，而替换策略则决定哪个block将被替换。

       Cache层次结构中，Intel Core i7提供一个例子。cache包含dCache（数据缓存）和iCache（指令缓存），解决关键问题包括判断数据在cache中的位置，数据查找(Data Identification)，地址映射(Address Mapping)，替换策略(Placement Policy)，以及保证cache与memory一致性的问题，即写入策略(Write Policy)。

       主存与Cache的地址映射通过某种方法或规则将主存块定位到cache。映射方法包括直接(mapped)、全相联(fully-associated)、一对多映射等。直接映射优点是地址变换速度快，一对一映射，替换算法简单，fc 贪吃蛇源码但缺点是容易冲突，cache利用率低，命中率低。全相联映射的优点是提高命中率，缺点是硬件开销增加，相应替换算法复杂。组相联映射是一种特例，优点是提高cache利用率，缺点是替换算法复杂。

       cache的容量决定了映射方式的选取。小容量cache采用组相联或全相联映射，大容量cache采用直接映射方式，查找速度快，但命中率相对较低。cache的访问速度取决于映射方式，要求高的场合采用直接映射，要求低的场合采用组相联或全相联映射。

       Cache伪共享问题发生在多核心CPU中，两个不同线程同时访问和修改同一cache line中的不同变量时，会导致cache失效。解决伪共享的方法是避免数据正好位于同一cache line，或者使用特定宏定义如__cacheline_aligned_in_smp。Java并发框架Disruptor通过字节填充+继承的方式，避免伪共享，RingBuffer类中的RingBufferPad类和RingBufferFields类设计确保了cache line的连续性和稳定性，从而避免了伪共享问题。

详解Linux内核架构和工作原理，一文看懂内核

       Linux内核架构和工作原理详解

       Linux内核扮演着关键的角色，其主要任务是将应用程序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。其动态装卸（裁剪）功能允许内核模块在运行时加载和卸载，从而动态地添加或删除内核的特性。Linux内核的结构设计旨在实现高效且可移植的操作系统。

       了解Linux内核的最佳预备知识包括理解C语言、一些操作系统的知识、少量相关算法以及计算机体系结构。Linux内核的特点是结合了Unix操作系统的一些基础概念，形成了一个资源管理程序，负责将可用的共享资源（如CPU时间、磁盘空间、网络连接等）分配给各个系统进程。内核提供了一组面向系统的命令，系统调用对于应用程序来说，就像调用普通函数一样。

       Linux内核基于微内核和宏内核策略实现。微内核的基本功能由中央内核实现，而所有其他功能则委托给独立进程，通过明确定义的通信接口与中心内核通信。宏内核则内核的所有代码，包括子系统（如内存管理、文件管理、设备驱动程序）都打包到一个文件中，目前支持模块的动态装卸。

       内核机制在多个地方得到应用，包括进程之间的通信、进程间切换、进程的调度等。进程采用层次结构，每个进程依赖于一个父进程。内核启动init程序作为第一个进程，负责进一步的系统初始化操作，init进程作为进程树的根，所有进程都直接或间接起源于该进程。系统中每个进程都拥有唯一标识符（ID），用户（或其他进程）可以使用ID来访问进程。

       Linux内核源代码包括三个主要部分：系统调用接口、进程管理、内存管理、虚拟文件系统、网络堆栈、设备驱动程序、硬件架构的相关代码。系统调用接口提供执行从用户空间到内核的函数调用机制。进程管理重点是进程执行，通过创建、停止和通信同步进程。内存管理关注内存的高效管理，虚拟文件系统提供通用的文件系统接口抽象。网络堆栈遵循分层体系结构设计，实现各种网络协议。设备驱动程序能够运行特定的硬件设备。

       Linux内核的结构分为用户空间和内核空间，用户空间包括用户应用程序和C库，内核空间包括系统调用、内核以及依赖于体系结构的代码。为了保护内核安全，现代CPU通常实现了不同工作模式，而Linux通过将系统分成两部分，即用户空间和内核空间，实现了这一目标。

       Linux驱动的platform机制提供了一种将资源注册进内核、统一管理资源，并在驱动程序中通过标准接口申请和使用的机制。这种机制提高了驱动和资源管理的独立性、可移植性和安全性。platform机制与传统的驱动机制相比，具有明显的优势，能够将非总线型的soc设备添加到虚拟总线上，实现总线——设备——驱动模式的普及。

       Linux内核的体系结构设计旨在平衡资源管理、可移植性和稳定性。内核模块的动态加载和卸载功能进一步增强了Linux内核的灵活性，允许在运行时添加或删除内核特性，提高系统的适应性和响应性。通过深入理解Linux内核架构和工作原理，开发者能够更好地利用内核资源，优化系统性能，并为用户提供更加稳定、高效的操作环境。

Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理

       引子

       在如今的大型服务器中，NUMA架构扮演着关键角色。它允许系统拥有多个物理CPU，不同NUMA节点之间通过QPI通信。虽然硬件连接细节在此不作深入讨论，但需明白每个CPU优先访问本节点内存，当本地内存不足时，可向其他节点申请。从传统的SMP架构转向NUMA架构，主要是为了解决随着CPU数量增多而带来的总线压力问题。

       分配物理内存时，numa_node_id() 方法用于查询当前CPU所在的NUMA节点。频繁的内存申请操作促使Linux内核采用per-cpu实现，将CPU访问的变量复制到每个CPU中，以减少缓存行竞争和False Sharing，类似于Java中的Thread Local。

       分配物理页

       尽管我们不必关注底层实现，buddy system负责分配物理页，关键在于使用了numa_node_id方法。接下来，我们将深入探索整个Linux内核的per-cpu体系。

       numa_node_id源码分析获取数据

       在topology.h中，我们发现使用了raw_cpu_read函数，传入了numa_node参数。接下来，我们来了解numa_node的定义。

       在topology.h中定义了numa_node。我们继续跟踪DECLARE_PER_CPU_SECTION的定义，最终揭示numa_node是一个共享全局变量，类型为int，存储在.data..percpu段中。

       在percpu-defs.h中，numa_node被放置在ELF文件的.data..percpu段中，这些段在运行阶段即为段。接下来，我们返回raw_cpu_read方法。

       在percpu-defs.h中，我们继续跟进__pcpu_size_call_return方法，此方法根据per-cpu变量的大小生成回调函数。对于numa_node的int类型，最终拼接得到的是raw_cpu_read_4方法。

       在percpu.h中，调用了一般的read方法。在percpu.h中，获取numa_node的绝对地址，并通过raw_cpu_ptr方法。

       在percpu-defs.h中，我们略过验证指针的环节，追踪arch_raw_cpu_ptr方法。接下来，我们来看x架构的实现。

       在percpu.h中，使用汇编获取this_cpu_off的地址，代表此CPU内存副本到".data..percpu"的偏移量。加上numa_node相对于原始内存副本的偏移量，最终通过解引用获得真正内存地址内的值。

       对于其他架构，实现方式相似，通过获取自己CPU的偏移量，最终通过相对偏移得到pcp变量的地址。

       放入数据

       讨论Linux内核启动过程时，我们不得不关注per-cpu的值是如何被放入的。

       在main.c中，我们以x实现为例进行分析。通过setup_percpu.c文件中的代码，我们将node值赋给每个CPU的numa_node地址处。具体计算方法通过early_cpu_to_node实现，此处不作展开。

       在percpu-defs.h中，我们来看看如何获取每个CPU的numa_node地址，最终还是通过简单的偏移获取。需要注意如何获取每个CPU的副本偏移地址。

       在percpu.h中，我们发现一个关键数组__per_cpu_offset，其中保存了每个CPU副本的偏移值，通过CPU的索引来查找。

       接下来，我们来设计PER CPU模块。

       设计一个全面的PER CPU架构，它支持UMA或NUMA架构。我们设计了一个包含NUMA节点的结构体，内部管理所有CPU。为每个CPU创建副本，其中存储所有per-cpu变量。静态数据在编译时放入原始数据段，动态数据在运行时生成。

       最后，我们回到setup_per_cpu_areas方法的分析。在setup_percpu.c中，我们详细探讨了关键方法pcpu_embed_first_chunk。此方法管理group、unit、静态、保留、动态区域。

       通过percpu.c中的关键变量__per_cpu_load和vmlinux.lds.S的链接脚本，我们了解了per-cpu加载时的地址符号。PERCPU_INPUT宏定义了静态原始数据的起始和结束符号。

       接下来，我们关注如何分配per-cpu元数据信息pcpu_alloc_info。percpu.c中的方法执行后，元数据分配如下图所示。

       接着，我们分析pcpu_alloc_alloc_info的方法，完成元数据分配。

       在pcpu_setup_first_chunk方法中，我们看到分配的smap和dmap在后期将通过slab再次分配。

       在main.c的mm_init中，我们关注重点区域，完成map数组的slab分配。

       至此，我们探讨了Linux内核中per-cpu实现的原理，从设计到源码分析，全面展现了这一关键机制在现代服务器架构中的作用。

Linux内核源码解析---mount挂载原理

       Linux磁盘挂载命令"mount -t xxx /dev/sdb1 abc/def/"的底层实现原理非常值得深入了解。从内核初始化的vfsmount开始说起。

       内核初始化过程中，主要关注"main.c"中的vfs_caches_init函数，这个方法与mount紧密相连。接着，跟进"mnt_init"和"namespace.c"，关键在于最后的三个函数，它们控制了挂载过程的实现。

       在"mount.c"中，sysfs_fs_type结构中包含了获取超级块的函数指针，而"init_rootfs"则注册了rootfs类型的文件系统。挂载系统调用sys_mount中的dev_name, dir_name和type参数，分别对应设备名称、挂载目录和文件系统类型。

       "do_mount"方法通过path_lookup收集挂载目录信息，创建nameidata结构，然后调用do_add_mount进行实际挂载。这个过程涉及do_kern_mount和graft_tree，尽管具体实现较为复杂，但核心在于创建vfsmount并将其与namespace关联。

       在"graft_tree"中的判断逻辑中，vfsmount被创建并与其父mount和挂载目录的dentry建立关系。在"attach_mnt"方法中，新vfsmount与现有结构关联，设置挂载点和父vfsmount，最终形成挂载的概念，即为设备分配vfsmount，并将其与指定目录和vfsmount结合，成为vfs系统的一部分。