1.Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理
2.Linux内核源码解析---cgroup实现之整体架构与初始化
3.linux0.11源码分析-fork进程
4.Linux内核源码分析:Linux内核版本号和源码目录结构
5.linux 5.15 ncsi源码分析
6.分析LinuxUDP源码实现原理linuxudp源码
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
在如今的分分析大型服务器中,NUMA架构扮演着关键角色。析源它允许系统拥有多个物理CPU,源码不同NUMA节点之间通过QPI通信。工具虽然硬件连接细节在此不作深入讨论,分分析但需明白每个CPU优先访问本节点内存,析源塞班电脑源码怎么下载当本地内存不足时,源码可向其他节点申请。工具从传统的分分析SMP架构转向NUMA架构,主要是析源为了解决随着CPU数量增多而带来的总线压力问题。
分配物理内存时,源码numa_node_id() 方法用于查询当前CPU所在的工具NUMA节点。频繁的分分析内存申请操作促使Linux内核采用per-cpu实现,将CPU访问的析源变量复制到每个CPU中,以减少缓存行竞争和False Sharing,源码类似于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,c 操作xml源码使用汇编获取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,c 地图操作源码我们分析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---cgroup实现之整体架构与初始化
cgroup在年由Google工程师开发,于年被融入Linux 2.6.内核。它旨在管理不同进程组,监控一组进程的行为和资源分配,是Docker和Kubernetes的基石,同时也被高版本内核中的LXC技术所使用。本文基于最早融入内核中的代码进行深入分析。
理解cgroup的核心,首先需要掌握其内部的常用术语,如子系统、层级、cgroupfs_root、cgroup、css_set、cgroup_subsys_state、cg_cgroup_link等。子系统负责控制不同进程的行为,例如CPU子系统可以控制一组进程在CPU上执行的时间占比。层级在内核中表示为cgroupfs_root,一个层级控制一批进程,层级内部绑定一个或多个子系统,每个进程只能在一个层级中存在,但一个进程可以被多个层级管理。cgroup以树形结构组织,每一棵树对应一个层级,层级内部可以关联一个或多个子系统。
每个层级内部包含的节点代表一个cgroup,进程结构体内部包含一个css_set,用于找到控制该进程的所有cgroup,多个进程可以共用一个css_set。cgroup_subsys_state用于保存一系列子系统,数组中的每一个元素都是cgroup_subsys_state。cg_cgroup_link收集不同层级的cgroup和css_set,通过该结构可以找到与之关联的进程。
了解了这些概念后,可以进一步探索cgroup内部用于结构转换的函数,如task_subsys_state、find_existing_css_set等,这些函数帮助理解cgroup的内部运作。此外,opencv源码实时拍照cgroup_init_early和cgroup_init函数是初始化cgroup的关键步骤,它们负责初始化rootnode和子系统的数组,为cgroup的使用做准备。
最后,需要明确Linux内一切皆文件,cgroup基于VFS实现。内核启动时进行初始化,以确保系统能够正确管理进程资源。cgroup的初始化过程分为早期初始化和常规初始化,其中早期初始化用于准备cpuset和CPU子系统,确保它们在系统运行时能够正常工作。通过这些步骤,我们可以深入理解cgroup如何在Linux内核中实现资源管理和进程控制。
linux0.源码分析-fork进程
在操作系统中,Linux0.源码中的fork函数执行流程分为启动和系统调用两个阶段。启动阶段首先在init/main.c中执行init用于启动shell,让用户执行命令。
在include/unistd.h中定义了宏,表示将__NR_fork的值复制给eax寄存器,并将_res与eax绑定。使用int 0x中断后,系统调用函数system_call被调用,从sys_call_table中找到对应的函数执行。fork函数执行时,操作系统会在内核栈里保存相关寄存器,准备中断返回。
接着,操作系统通过int调用system_call,在kernel/system_call.s中执行call _sys_call_table(,%eax,4)指令。内核栈中,因为是段内跳转,所以cs不需要入栈。ip指向call指令的下一句代码。执行call指令进入系统调用表。
在includ/linux/sys.h中,系统调用表是一个数组,根据eax即系统函数编号找到对应的函数执行。对于fork,__NR_fork值2被放入eax寄存器,%eax * 4找到sys_fork。执行sys_fork后,调用find_empty_process函数找到可用的进程号,并放入eax寄存器返回。
接着,系统调用执行copy_process函数建立新进程结构体并复制数据。新进程的ip出栈,执行完copy_process后,系统调用返回,内核栈状态改变。此阶段最后通过iret指令弹出寄存器,恢复中断前状态。京东云网站源码
总结,fork函数通过复制当前进程结构体、处理信号并初始化新进程,实现父进程与子进程的创建与共享。子进程返回值为0,父进程返回新子进程的pid。通过fork函数的执行,操作系统能够高效地创建进程,实现多任务处理。
Linux内核源码分析:Linux内核版本号和源码目录结构
深入探索Linux内核世界:版本号与源码结构剖析
Linux内核以其卓越的稳定性和灵活性著称,版本号的精心设计彰显其功能定位。Linux采用xxx.yyy.zzz的格式,其中yy代表驱动和bug修复,zz则是修订次数的递增。主版本号(xx)与次版本号(yy)共同描绘了核心功能的大致轮廓,而修订版(zz)则确保了系统的稳定性与可靠性。
Linux源码的结构犹如一座精密的城堡,由多个功能强大的模块构成。首先,arch目录下包含针对不同体系结构的代码,比如RISC-V和x的虚拟地址翻译,是内核与硬件之间的重要桥梁。接着,block与drivers的区别在于,前者封装了通用的块设备操作,如读写,而后者则根据特定硬件设备分布在各自的子目录中,如GPIO设备在drivers/gpio。
为了保证组件来源的可信度和系统安全,certs目录存放认证和签名相关的代码,预先装载了必要的证书。从Linux 2.2版本开始,内核引入动态加载模块机制,fs和net目录下的代码分别支持虚拟文件系统和网络协议,这大大提升了灵活性,但同时也对组件验证提出了更高要求,以防止恶意代码的入侵。
内核的安全性得到了进一步加强,crypto目录包含了各种加密算法,如AES和DES,它们为硬件驱动提供了性能优化。同时,内核还采用了压缩算法,如LZO和LZ4,以减小映像大小,提升启动速度和内存利用效率。
文档是理解内核运作的关键,《strong>Documentation目录详尽地记录了模块的功能和规范。此外,include存储内核头文件,init负责初始化过程,IPC负责进程间通信,kernel核心代码涵盖了进程和中断管理,lib提供了通用库函数,而mm则专注于内存管理。网络功能则在net目录下,支持IPv4和TCP/IPv6等协议。
内核的实用工具和示例代码在scripts和samples目录下,而security则关注安全机制,sound负责音频驱动,tools则存放开发和调试工具,如perf和kconfig。用户内核源码在usr目录,虚拟化支持在virt,而LICENSE目录保证了源码的开放和透明。
最后,Makefile是编译内核的关键,README文件则包含了版本信息、硬件支持、安装配置指南,以及已知问题、限制和BUG修复等重要细节。这份详尽的指南是新用户快速入门Linux内核的绝佳起点。
通过深入研究这些目录,开发者和爱好者可以更全面地理解Linux内核的运作机制,从而更好地开发、维护和优化这个强大的操作系统。[原文链接已移除,以保护版权]
linux 5. ncsi源码分析
深入剖析Linux 5. NCSI源码:构建笔记本与BMC通信桥梁 NCSI(Network Configuration and Status Interface),在5.版本的Linux内核中,为笔记本与BMC(Baseboard Management Controller)以及服务器操作系统之间的同网段通信提供了强大支持。让我们一起探索关键的NCSI网口初始化流程,以及其中的关键结构体和函数。1. NCSI网口初始化:驱动注册
驱动程序初始化始于ftgmac_probe,这是关键步骤,它会加载并初始化struct ncsi_dev_priv,包含了驱动的核心信息,如NCSI_DEV_PROBED表示最终的拓扑结构,NCSI_DEV_HWA则启用硬件仲裁机制。关键结构体剖析
struct ncsi_dev_priv包含如下重要字段:
request表,记录NCSI命令的执行状态;
active_package,存储活跃的package信息;
NCSI_DEV_PROBED,表示连接状态的最终拓扑;
NCSI_DEV_HWA,启用硬件资源的仲裁功能。
命令与响应的承载者
struct ncsi_request是NCSI命令和结果的核心容器,包含请求ID、待处理请求数、channel队列以及package白名单等。每个请求都包含一个唯一的ID,用于跟踪和管理。数据包管理与通道控制
从struct ncsi_package到struct ncsi_channel,每个通道都有其特定状态和过滤器设置。multi_channel标志允许多通道通信,channel_num则记录总通道数量。例如,struct ncsi_channel_mode用于设置通道的工作模式,如NCSI_MODE_LINK表示连接状态。发送与接收操作
struct ncsi_cmd_arg是发送NCSI命令的关键结构,包括驱动私有信息、命令类型、ID等。在ncsi_request中,每个请求记录了请求ID、使用状态、标志,以及与网络链接相关的详细信息。ncsi_dev_work函数:工作队列注册与状态处理
在行的ncsi_register_dev函数中,初始化ncsi工作队列,根据网卡状态执行通道初始化、暂停或配置。ncsi_rcv_rsp处理NCSI报文,包括网线事件和命令响应,确保通信的稳定和高效。扩展阅读与资源
深入理解NCSI功能和驱动probe过程,可以参考以下文章和资源:Linux内核ncsi驱动源码分析(一)
Linux内核ncsi驱动源码分析(二)
华为Linux下NCSI功能切换指南
NCSI概述与性能笔记
浅谈NCSI在Linux的实现和应用
驱动probe执行过程详解
更多技术讨论:OpenBMC邮件列表和CSDN博客
通过以上分析,NCSI源码揭示了如何构建笔记本与BMC的高效通信网络,为开发者提供了深入理解Linux内核NCSI模块的关键信息。继续探索这些资源,你将能更好地运用NCSI技术来优化你的系统架构。
分析LinuxUDP源码实现原理linuxudp源码
Linux UDP源码实现原理分析
本文将重点介绍Linux UDP(用户数据报协议)的源码实现原理。UDP是面向无连接的协议。 它为应用程序在IP网络之间提供端到端的通信,而不需要维护连接状态。
从源码来看,Linux UDP实现分为两个主要部分,分别为系统调用和套接字框架。 系统调用主要处理一些针对特定功能层的系统调用,例如socket、bind、listen等,它们对socket进行配置,为应用程序创建监听地址或连接到指定的IP地址。
而套接字框架(socket framework),则主要处理系统调用之后的各种功能,如创建路由表、根据报文的地址信息创建路由条目,以及把报文发给目标主机,并处理接收到的报文等。
其中,send()系统调用主要是向指定的UDP端口发送数据包,它会检查socket缓存中是否有数据要发送,如果有,则将该socket中的数据封装成报文,然后向本地链路层发送报文。
接收数据的recv()系统调用主要是侦听和接收数据报文,首先它根据接口上接收到的数据报文的地址找到socket表,如果有对应的socket,则将数据报文的数据存入socket缓存,否则将数据报文丢弃。
最后,还有一些主要函数,用于管理UDP 端口,如udp_bind()函数,该函数主要是将指定socket绑定到指定UDP端口;udp_recvmsg()函数用于接收UDP端口上的数据;udp_sendmsg()函数用于发送UDP数据报。
以上就是Linux UDP源码实现原理的分析,由上面可以看出,Linux实现UDP协议需要几层构架, 从应用层的系统调用到网络子系统的实现,都在这些框架的支持下实现。这些框架统一了子系统的接口,使得UDP实现在Linux上更加规范化。
linux内核源码:内存管理——内存分配和释放关键函数分析&ZGC垃圾回收
本文深入剖析了Linux内核源码中的内存管理机制,重点关注内存分配与释放的关键函数,通过分析4.9版本的源码,详细介绍了slab算法及其核心代码实现。在内存管理中,slab算法通过kmem_cache结构体进行管理,利用数组的形式统一处理所有的kmem_cache实例,通过size_index数组实现对象大小与kmem_cache结构体之间的映射,从而实现高效内存分配。其中,关键的计算方法是通过查找输入参数的最高有效位序号,这与常规的0起始序号不同,从1开始计数。
在找到合适的kmem_cache实例后,下一步是通过数组缓存(array_cache)获取或填充slab对象。若缓存中有可用对象,则直接从缓存分配;若缓存已空,会调用cache_alloc_refill函数从三个slabs(free/partial/full)中查找并填充可用对象至缓存。在对象分配过程中,array_cache结构体发挥了关键作用,它不仅简化了内存管理,还优化了内存使用效率。
对象释放流程与分配流程类似,涉及数组缓存的管理和slab对象的回收。在cache_alloc_refill函数中,关键操作是检查slab_partial和slab_free队列,寻找空闲的对象以供释放。整个过程确保了内存资源的高效利用,避免了资源浪费。
总结内存操作函数概览,栈与堆的区别是显而易见的。栈主要存储函数调用参数、局部变量等,而堆用于存放new出来的对象实例、全局变量、静态变量等。由于堆的动态分配特性,它无法像栈一样精准预测内存使用情况,导致内存碎片问题。为了应对这一挑战,Linux内核引入了buddy和slab等内存管理算法,以提高内存分配效率和减少碎片。
然而,即便使用了高效的内存管理算法,内存碎片问题仍难以彻底解决。在C/C++中,没有像Java那样的自动垃圾回收机制,导致程序员需要手动管理内存分配与释放。如果忘记释放内存,将导致资源泄漏,影响系统性能。为此,业界开发了如ZGC和Shenandoah等垃圾回收算法,以提高内存管理效率和减少内存碎片。
ZGC算法通过分页策略对内存进行管理,并利用“初始标记”阶段识别GC根节点(如线程栈变量、静态变量等),并查找这些节点引用的直接对象。此阶段采用“stop the world”(STW)策略暂停所有线程,确保标记过程的准确性。接着,通过“并发标记”阶段识别间接引用的对象,并利用多个GC线程与业务线程协作提高效率。在这一过程中,ZGC采用“三色标记”法和“remember set”机制来避免误回收正常引用的对象,确保内存管理的精准性。
接下来,ZGC通过“复制算法”实现内存回收,将正常引用的对象复制到新页面,将旧页面的数据擦除,从而实现内存的高效管理。此外,通过“初始转移”和“并发转移”阶段进一步优化内存管理过程。最后,在“对象重定位”阶段,完成引用关系的更新,确保内存管理过程的完整性和一致性。
通过实测,ZGC算法在各个阶段展现出高效的内存管理能力,尤其是标记阶段的效率,使得系统能够在保证性能的同时,有效地管理内存资源。总之,内存管理是系统性能的关键因素,Linux内核通过先进的算法和策略,实现了高效、灵活的内存管理,为现代操作系统提供稳定、可靠的服务。
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,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。