1.【fs】/dev/zero的内核实现
2.linux内核内存管理-brk系统调用
3.深入解决Linux内存管理之page fault处理
4.显示进程页表——海光X86和国产Linux的一个问题
5.Linux内核黑科技——mmap实现详解
6.聊聊微信 Xlog

【fs】/dev/zero的实现

       在类UNIX操作系统中，/dev/zero是源码源码一个特殊文件，提供无限空字符流。内核常用于覆盖信息或生成特定大小空白文件。源码源码其实现依赖于mmap将/dev/zero映射至虚地址空间，内核实现共享内存。源码源码MACD双线粘合源码该操作等同于匿名内存使用，内核即没有与任何文件关联。源码源码系统分配内容（通过mmap或brk）通常清零，内核但虚拟地址按需分配物理页面。源码源码读取操作仅需保证零内容，内核虚拟地址映射至内容为0的源码源码物理页面，降低系统物理内存消耗。内核

       在Linux中，源码源码万物皆是内核文件，/dev/zero的实现涉及特定目录下的tmpfs文件系统。通过shmem_zero_setup、shmem_kernel_file_setup和alloc_file等步骤构建。

       mmap共享匿名映射实质上是文件映射，特殊文件位于/dev/zero目录，创建于tmpfs系统中。

       相关文献深入剖析了mmap原理、共享内存虚拟文件系统、mmap内存映射本质及其源码实现。

       进一步理解Linux内核共享内存机制，包括shmem和tmpfs，提供深入分析。

linux内核内存管理-brk系统调用

       brk系统调用，尽管其知名度相对不高，却是用户进程频繁使用的系统调用之一。用户进程通常通过它向内核申请额外的内存空间。之所以很少人直接调用brk，主要原因是他们倾向于通过C语言库函数如malloc间接使用，因为这种方式更符合编程习惯。将malloc视为零售，brk则类比为批发，即库函数维护小仓库，手动源码包安装而brk负责从内核获取更大的内存块。

       每个进程有3GB的用户虚存空间，但这不意味着可以随意使用。实际上，虚存空间最终需要映射到物理存储空间才能真正使用。内核在创建进程时不会为整个虚存空间预先分配物理空间，而是按需分配，只用多少分配多少。内核如何管理这3GB虚存空间呢？答案在于将映像文件中的代码段和数据段（包括data段和bss段）逻辑上分层。数据段存放静态分配的数据空间，如全局变量和static局部变量，这部分空间是必须的，因此在进程创建时内核即分配好相应的物理页面和映射关系。堆栈空间位于虚存空间顶部，动态分配空间则在数据段的顶部到堆栈段地址下沿之间，这部分空间在进程运行时动态分配。

       动态分配空间的管理涉及内核与进程间的交互。内核通过brk系统调用更新进程的动态分配区边界。当进程需要更多内存时，通过调用brk并传入新的边界值，内核将检查请求是否合理，并相应地分配或释放内存。若请求合理，brk返回0，表示成功分配；若无法满足请求或边界过于接近堆栈，brk返回-1，表示拒绝分配。brk的实现涉及到复杂的内存管理函数，如do_munmap用于释放空间，find_vma用于查找合适的映射区间，以及do_brk用于建立或更新内存映射。

       brk系统调用的实现代码位于内核源代码的mm/mmap.c文件中，代码逻辑复杂但目的明确，即在满足内存需求的同时，高效管理内存空间，优化系统性能。网页源码的特点brk的执行涉及多个函数和步骤，包括解除映射、检查冲突、分配或释放内存空间，以及更新内存映射数据结构等。这些操作不仅涉及内核空间的内存管理，也涉及与用户进程的交互，确保系统资源的合理分配和高效使用。

深入解决Linux内存管理之page fault处理

       内核实现只是在进程的地址空间建立好了vma区域，并没有实际的虚拟地址到物理地址的映射操作。这部分就是在Page Fault异常错误处理中实现的。Linux内核中的Page Fault异常处理涉及诸多细节，malloc/mmap的物理内存映射只是它的一个子集功能。

       下图概括了出现Page Fault的情况：

       开始深入分析Page Fault的处理过程。在深入理解Linux内核中Page Fault异常处理之前，推荐以下文章供参考：

       字节终面：CPU 是如何读写内存的？

       全网最牛Linux内核分析--Intel CPU体系结构

       一文让你读懂Linux五大模块内核源码，内核整体架构设计（超详细）

       嵌入式前景真的好吗？那有点悬！

       一文教你如何使用GDB+Qemu调试Linux内核

       Linux内核必读五本书籍(强烈推荐)

       全网独一无二Linux内核Makefle系统文件详解（一）(纯文字代码)

       带你深度了解Linux内核架构和工作原理！

       如何读懂GDB底层实现原理（从这几点入手~）

       一文彻底理解Memory barrier（内存屏障）

       一篇文带你搞懂，虚拟内存、内存分页、分段、段页式内存管理（超详细）

       接下来，我们来详细介绍Arm的Page Fault异常处理。在Arm架构中，Page Fault的处理依赖于体系结构。通常，取指令或访问数据时，需要将虚拟地址转换成物理地址。若转换不成功，将导致异常。异常处理过程主要在arch/arm/kernel/entry.S中进行。

       在处理Page Fault时，代码会调用do_mem_abort函数，这个函数比较简单，主要作用是双重底指标源码根据传入的错误状态获取对应的处理方法。错误状态和处理函数的对应关系如下：

       do_translation_fault

       do_page_fault

       其中，do_page_fault函数为核心异常处理函数，与体系结构紧密相关。handle_mm_fault函数为通用异常处理函数，所有处理器结构最终都会调用到这个函数。

       handle_mm_fault用于处理用户空间的页错误异常，流程如下图所示。

       do_fault

       do_anonymous_page

       do_swap_page

       do_wp_page

       do_fault函数专门处理文件页异常，包括以下三种情况；do_anonymous_page函数用于处理匿名页的缺页异常；do_swap_page函数处理访问Swap页面出错的情况；do_wp_page函数处理写时复制（copy on write）的异常。

       关键的复制工作由wp_page_copy函数完成。在深入理解Linux内核的Page Fault处理机制之后，希望您能更深入地掌握Linux内存管理的精髓。了解更多相关信息，可访问首页 - 内核技术中文网 - 构建全国最权威的内核技术交流分享论坛。

显示进程页表——海光X和国产Linux的一个问题

       为了解决在Hygon的C系统上使用国产Linux进行PCI BAR的mmap时，用户态访问BAR返回无效数据的问题，我需要确认用户进程确实进行了mmap操作。问题的核心在于验证mmap给用户进程的虚拟地址VADDR的页表项是否真正指向了PCI设备的BAR空间。在用户态下，查看页表的方法有限，因此借助crash工具进行实时调试成为一种可行的解决方案。

       在使用crash工具显示的VADDR -> PADDR的页表项时，我注意到在Hygon系统中，bit被设置为1，而通常这应作为保留位，这可能与系统设置有关。此外，我编写了一个内核模块来显示指定进程的页表，以期从源代码层面深入了解问题。

       为了进行测试，我选择在Intel系统的KVM环境中运行Linux虚拟机，并在其中创建了一个名为pcibar.c的用户态进程，用于对虚拟机中的PCI设备的BAR空间进行mmap操作。同时，我开发了名为procvmapt.ko的内核模块，用于显示进程pcibar的神华罗源码头页表，以便于与系统输出进行对比验证。

       首先，我展示了PCI BAR空间的范围，然后pcibar.c通过/dev/mem映射了0xfea开始的KB空间。接着，我对比了内核模块的输出和系统输出，验证了页表的正确性。内核模块的输出揭示了一些有趣的现象，例如bit的设置和其他细节，这些信息有助于深入理解系统行为。

       通过对比输出，我们可以看到页表项中PTE（页表表项）中的物理地址部分（physical address）正确地指向了PCI设备的BAR地址范围。这表明页表完整地建立了，没有问题，符合预期。

       问题的最终解决方案是在升级了操作系统后得以实现，但问题的根本原因仍然未知，厂家对于操作系统的更新细节也没有详细说明。这使得我们无法完全理解为何之前会出现数据返回全“1”的情况。希望厂家在未来有时间对这个问题进行更深入的探讨。

       在与同事的讨论中，他提到其内核团队认为BAR的映射属于MMIO（内存映射I/O）范畴，每次访问都需要通过page fault handler处理。然而，我认为这种观点在当前场景下是错误的，至少对于mmap操作而言。在虚拟化环境下，映射的处理方式可能有所不同，这需要进一步的讨论。

       从页表项的测试结果来看，mmap操作成功构建了用户页表，MMIO地址被正确地设置在PTE中。CPU在后续访问时，会直接发出对应的物理地址给内部地址逻辑，最后分发到PCI root complex和PCI拓扑，而不需要每次都通过page fault异常处理，否则效率将会大大降低。

       通过在pcibar.c中进行循环读操作，我验证了映射后的BAR访问并不需要经过page fault异常处理。实际测试结果显示，只有几十次（例如次）page fault，远远低于理论预期的次，这证明了映射后的BAR访问效率非常高，不需要每次访问都通过异常处理。

Linux内核黑科技——mmap实现详解

       本文旨在详细阐述 Linux 内核中的 mmap 实现机制。mmap 的全称是 memory map，即内存映射，其功能是将文件内容映射到内存中，允许我们直接对映射的内存区域进行读写操作，效果等同于直接对文件进行读写。

       mmap 实现分为两个关键步骤：文件映射和缺页异常处理。首先，使用 mmap() 系统调用时，内核会通过 do_mmap_pgoff() 函数进行处理，这一过程主要是为进程分配虚拟内存空间，并初始化相关数据结构。文件映射则通过 mmmap_region() 函数完成，该函数负责在 vm_area_struct 结构中登记文件信息，以便后续的内存访问操作。

       在文件映射阶段，虚拟内存地址会映射到文件的页缓存中。当进程试图访问映射后的虚拟内存地址时，若该地址对应的内容未被加载到物理内存中，则会导致缺页异常。这就是我们接下来要介绍的第二步：缺页异常处理。

       当 CPU 触发缺页异常时，内核会调用 do_page_fault() 函数来处理这一异常情况。在这一过程中，文件的页缓存内容会被加载到物理内存中，与虚拟内存地址建立起映射关系。这一机制确保了当进程访问文件内容时，可以无缝地在物理内存和文件之间进行数据交换，从而实现高效的文件读写操作。

       综上所述，mmap 通过将文件内容映射到虚拟内存中，允许我们直接对映射区域进行读写操作，而背后的关键在于文件的页缓存与虚拟内存地址之间的动态映射。这一机制是 Linux 内核实现高效文件访问和管理的重要技术之一。

       对于需要深入学习 Linux 内核源码、内存调优、文件系统、进程管理、设备驱动、网络协议栈等领域的开发者，推荐加入 Linux 内核源码交流群：，群内提供丰富的学习资源，包括精选书籍、视频资料等，以及价值的内核资料包，包含视频教程、电子书、实战项目及代码。前名加入者还将获得额外赠送的资料。

       此外，我们整理了以下精选文章，供对 Linux 内核感兴趣的读者参考：

       浅谈 ARM Linux 内核页表的块映射

       内核大神教你从 Linux 进程的角度看 Docker

       Linux 下 CAN 总线是如何使用的？

       谈谈 Linux 内存管理的前世今生

       深入分析 Linux socket 数据发送过程

       盘点那些 Linux 内核调试手段——内核打印

       Linux 环境下网络分析和抓包是怎么操作的？

聊聊微信 Xlog

       åŒæ­¥åœ°å€

        本文介绍 MARS xlog 使用以及使用过程中踩过的坑

        xlog 是微信开源框架 MARS 的一部分, 处理应用日志

        微信的对 xlog 的介绍文档--「 微信终端跨平台组件 mars 系列（一） - 高性能日志模块xlog) 」

        总结出来就是

        MARS 的 GitHub 上介绍比较详细,

        先跑起来一个 Demo 之后, 需要深入了解一下

        mmap 是一种内存映射文件的方法，即将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间，实现文件磁盘地址和进程虚拟地址空间中一段虚拟地址的一一对映关系。实现这样的映射关系后，进程就可以采用指针的方式读写操作这一段内存，而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上，即完成了对文件的操作而不必再调用read,write等系统调用函数。相反，内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间，从而可以实现不同进程间的文件共享。

        正如微信的介绍文章中所说的:

        mmap 是使用逻辑内存对磁盘文件进行映射，中间只是进行映射没有任何拷贝操作，避免了写文件的数据拷贝。操作内存就相当于在操作文件，避免了内核空间和用户空间的频繁切换。

        mmap几乎和直接写内存一样的性能，而且 mmap 既不会丢日志，回写时机对我们来说又基本可控。

        上文中有关于该方法的源码分析, 总结来说

        因为 Android 手机 CPU 架构的差异, 可能会有很多版本的 so 文件, 如果你是使用本地编译 xlog 的, 你应该注意对应不同 CPU 架构编译不同的 so 文件

        本地编译的 so 文件放在 src/jniLibs 目录下, AS 可以自动编译到 apk 中

        我的坑主要是因为 xposed 的原因, 刚开始 Demo 很顺利, 接入到项目中问题就一个个的

        上文以及提到会在哪里加载 so 文件, 但是由于 xposed 的原因, Classloader 指向的文件为 /data/app/io.communet.ichater-2/base.apk , 不能找到指定的 so 文件, 所以需要指定绝对路径

        解决:

        微信有提到关于日志同步和异步两种写入方式以及日志文件的存储位置

        实际运行中发现, 当同步写入时, 日志文件开始会被存放在 cacheDir, 一段时间后, 会被放到 logDir, 但是异步模式下, 文件一直放在 cacheDir, 即便调用 appenderFlush 方法, 日志会从 mmap 中写入文件, 但是文件的位置还是在 cacheDir, 当然, 应用有读写 SDCard 的权限

        解决:

        该问题还未查明原因, 目前的解决方法是不给 cacheDir, 文件会被直接放到 logDir, 但是, 官方说如果不给 cacheDir, 可能出现 SIGBUS, 参见 issue#

        /4/更新: 解决了, 说起来都惭愧, 还有一个参数

        将该值设置为 0 即可, 之前以为这个值表示的是缓存日志保存的天数, 设置了 7, 实际上保留缓存日志的天数默认 天, 清理逻辑如下

        注意和上文中的那个 BUG 区分, 这里是因为用 位的 so 代替 位的 so 导致的

        解决:

        jniLibs 下面不要放 位的, 只放 的, 可以兼容

        还有坑的话继续更新

mmap的系统调用

       1. 创建内存映射

       mmap：进程创建匿名的内存映射，把内存的物理页映射到进程的虚拟地址空间。进程把文件映射到进程的虚拟地址空间，可以像访问内存一样访问文件，不需要调用系统调用read()/write()访问文件，从而避免用户模式和内核模式之间的切换，提高读写文件速度。两个进程针对同一个文件创建共享的内存映射，实现共享内存。

       mumap：该调用在进程地址空间中解除一个映射关系，addr是调用mmap()时返回的地址，len是映射区的大小。当映射关系解除后，对原来映射地址的访问将导致段错误发生。

       3. 设置虚拟内存区域的访问权限

       mprotect：把自start开始的、长度为len的内存区的保护属性修改为prot指定的值。 prot可以取以下几个值，并且可以用“|”将几个属性合起来使用： 1）PROT_READ：表示内存段内的内容可写； 2）PROT_WRITE：表示内存段内的内容可读； 3）PROT_EXEC：表示内存段中的内容可执行； 4）PROT_NONE：表示内存段中的内容根本没法访问。 需要指出的是，指定的内存区间必须包含整个内存页（4K）。区间开始的地址start必须是一个内存页的起始地址，并且区间长度len必须是页大小的整数倍。

       0. 查找mmap在内核中的系统调用函数 我现在用的内核版是4..，首先在应用层参考上面解析编写一个mmap使用代码，然后编译成程序，在使用strace工具跟踪其函数调用，可以发现mmap也是调用底层的mmap系统调用，然后我们寻找一下底层的带6个参数的mmap系统调用有哪些：

       1.mmap的系统调用 x的位于arch/x/kernel/sys_x_.c文件，如下所示：

       arm的位于arch/arm/kernel/sys.c文件，如下所示：

       然后都是进入ksys_mmap_pgoff：

       然后进入vm_mmap_pgoff：

       我们讲解最重要的do_mmap_pgoff函数：

       然后进入do_mmap：

       do_mmap_pgoff这个函数主要做了两件事，get_unmapped_area获取未映射地址，mmap_region映射。 先看下get_unmapped_area ，他是先找到mm_struct的get_unmapped_area成员，再去执行他：

       再看mmap_region的实现：

       现在，我们看看匿名映射的函数shmem_zero_setup到底做了什么，其实匿名页实际也映射了文件，只是映射到了/dev/zero上，这样有个好处是，不需要对所有页面进行提前置0，只有当访问到某具体页面的时候才会申请一个0页。

       其实说白了，mmap就是在进程mm中创建或者扩展一个vma映射到某个文件，而共享、私有、文件、匿名这些mmap所具有的属性是在哪里体现的呢？上面的源码在不断的设置一些标记位，这些标记位就决定了进程在访问这些内存时内核的行为，mmap仅负责创建一个映射而已。

面试 | 再也不怕被问 Binder 机制了

       Binder机制是Android特有的进程间通信（IPC）方式，它基于C/S架构，由运行在用户空间的Client、Server、Service Manager组件，以及运行在内核空间的Binder驱动组成。完整过程包括：通过内存映射技术减少数据拷贝次数，发送方进程也做内存映射可以实现数据0拷贝传输，但考虑到性能和复杂性，Binder方式更适合Android。

       mmap内存映射原理是在进程的用户空间和内核空间之间建立映射关系，实现文件磁盘地址与进程虚拟地址空间中的虚拟地址一一对映，使得进程可以采用指针方式读写操作内存，系统自动回写脏页面到磁盘，完成文件操作而无需再调用read、write等系统调用函数。同时，内核空间对这段区域的修改直接反映用户空间，实现不同进程间的文件共享。

       在进程间通信（IPC）场景下使用mmap时，通常只需要在进程的用户空间和内核空间之间建立映射关系，不一定需要映射到外部存储介质，除非希望将共享内存内容持久化到磁盘上。

       当使用匿名内存映射进行进程间通信时，创建一段内核空间内存并在进程的用户空间与之建立映射关系，允许多个进程共享同一段内核空间内存，实现数据共享和同步。匿名内存映射不与任何文件关联，仅在进程间实现高效数据传输。

       在使用mmap进行进程间通信时，创建匿名内存映射，不映射到外部存储介质，仅在用户空间与内核空间之间建立映射关系。这允许多个进程共享内核空间内存，提高数据访问效率和性能。

       在实际应用中，使用带有回调接口（Callback）的方法参数调用服务端进程提供的方法时，方法调用线程和回调线程是否相同取决于服务端实现。通常服务端采用异步处理方式，将请求放入队列或线程池中处理，调用回调接口，线程可能不相同。

       对于oneway接口调用，即使服务端立即在当前线程中处理请求并调用回调接口，客户端的调用也不会阻塞。oneway调用是单向异步的，客户端调用后立即返回，不会等待服务端响应。

       Intent传递参数在同一个进程中的两个Activity间，由于涉及Binder IPC通信，Intent数据携带大小会受到Binder事务大小限制。通常限制在1MB左右，超过限制会抛出异常。解决方法包括优化数据结构、使用事件总线或回调接口传递大对象。

       为了深入理解Android框架，可参考《Android Framework核心知识点》手册，内容涵盖Init、Zygote、SystemServer、Binder、Handler、AMS、PMS、Launcher等知识点，以及相关源码分析资料，帮助快速掌握Android框架核心。

java mmap

       java mmap是什么，让我们一起了解一下？

        mmap是将一个文件或者其它对象映射进内存，文件被映射到多个页上，如果文件的大小不是所有页的大小之和，最后一个页不被使用的空间将会清零。mmap在用户空间映射调用系统中作用很大。

        目前Java提供的mmap只有内存文件映射，其他IO操作还没有内存映射功能。

        Java内存映射文件（Memory Mapped Files）就已经在java.nio包中，但它对很多程序开发者来说仍然是一个相当新的概念。引入NIO后，Java IO已经相当快，而且内存映射文件提供了Java有可能达到的最快IO操作，这也是为什么那些高性能Java应用应该使用内存映射文件来持久化数据。

       mmap在Java中的用途是什么？

        1、对普通文件使用mmap提供内存映射I/O，以避免系统调用(read、write、lseek)带来的性能开销。同时减少了数据在内核缓冲区和进程地址空间的拷贝次数。

       2、使用特殊文件提供匿名内存映射。

        3、使用shm_open以提供无亲缘关系进程间的Posix共享内存区。

        mmap在Java中是如何使用的？（具体参考kafka源码中的OffsetIndex这个类）

       æ“ä½œæ–‡ä»¶ï¼Œå°±ç›¸å½“于操作一个ByteBuffer一样。 public class TestMmap { undefined public static String path = "C:\\Users\\\\Desktop\\mmap"; public static void main(String[] args) throws IOException { undefined File file1 = new File(path, "1"); RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile(file1, "rw"); int len = ; // æ˜ å°„为2kb，那么生成的文件也是2kb MappedByteBuffer mmap = randomAccessFile.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, len); System.out.println(mmap.isReadOnly()); System.out.println(mmap.position()); System.out.println(mmap.limit()); // å†™æ•°æ®ä¹‹åŽï¼ŒJVM é€€å‡ºä¹‹åŽä¼šå¼ºåˆ¶åˆ·æ–°çš„ mmap.put("a".getBytes()); mmap.put("b".getBytes()); mmap.put("c".getBytes()); mmap.put("d".getBytes()); // System.out.println(mmap.position()); // System.out.println(mmap.limit()); // // mmap.force(); // å‚考OffsetIndex强制回收已经分配的mmap，不必等到下次GC， unmap(mmap); // åœ¨Windows上需要执行unmap(mmap); å¦åˆ™æŠ¥é”™ // Windows won't let us modify the file length while the file is mmapped // java.io.IOException: è¯·æ±‚的操作无法在使用用户映射区域打开的文件上执行 randomAccessFile.setLength(len/2); mmap = randomAccessFile.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE, 0, len/2); // A mapping, once established, is not dependent upon the file channel // that was used to create it. Closing the channel, in particular, has no // effect upon the validity of the mapping. randomAccessFile.close(); mmap.put(, "z".getBytes()[0]); } // copy from FileChannelImpl#unmap(私有方法) private static void unmap(MappedByteBuffer bb) { undefined Cleaner cl = ((DirectBuffer)bb).cleaner(); if (cl != null) cl.clean(); } }