1.linxԴ?源码????
2.Linux源代码有多庞大一探究竟linux源码有多大
3.2024年度Linux6.9内核最新源码解读-网络篇-server端-第一步创建--socket
4.剖析Linux内核源码解读之《实现fork研究(二)》
5.linux0.11源码分析-fork进程
6.Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理
linxԴ?????
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分析关键函数,通过分析4.9版本的源码源码,详细介绍了slab算法及其核心代码实现。分析在内存管理中,源码slab算法通过kmem_cache结构体进行管理,分析程序出售源码利用数组的源码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结构体之间的分析映射,从而实现高效内存分配。源码其中,分析关键的源码计算方法是通过查找输入参数的最高有效位序号,这与常规的分析0起始序号不同,从1开始计数。源码
在找到合适的分析kmem_cache实例后,下一步是源码通过数组缓存(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spring源码简介自动垃圾回收机制,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。
Linux源代码有多庞大一探究竟linux源码有多大
Linux是当今最流行的操作系统之一,它使用着许多计算机系统,包括网络设备、服务器、浙江金牌源码个人电脑等等。有一件事众所周知,Linux的源代码非常庞大。因此,有人认为Linux不适合编译和开发,因为它的庞大体系结构使得人们无法理解和控制。
实际上,Linux的源代码比其他操作系统要庞大的多,尤其是比Windows等操作系统更加庞大。根据不同的发行版本,Linux的源代码的大小可以达到数百万行甚至数千万行。其中,Linux内核的源代码大小为万行,涉及到大量、非常复杂的数据结构和算法。
另外,Linux还涉及到大量的库和应用程序,这些库和应用程序的源代码数量也非常庞大,比如GCC工具链涉及到大约万行的源代码,火狐浏览器涉及到约万行源代码,LibreOffice涉及到约万行源代码,GNOME桌面环境拥有数百万行源代码。而X Window系统的源代码更是达到了1.7亿行!
可以看出,Linux的源代码非常庞大,即便不考虑整个系统,仅考虑Linux内核本身,其源代码也会占据大量空间。然而,Linux的优势在于它拥有非常强大的可移植性和灵活性,可以使用同一套代码编译使用在各种平台上,极大地提高了开发的效率和稳定性。因此,Linux的源代码虽然庞大,但它的高灵活性、可移植性和稳定性就能让它充分发挥价值,令管理员和开发者们无需过多的操心即可完成工作。
年度Linux6.9内核最新源码解读-网络篇-server端-第一步创建--socket
深入解析年Linux 6.9内核的网络篇,从服务端的第一步:创建socket开始。理解用户空间与内核空间的交互至关重要。当我们在用户程序中调用socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0),实际上是触发了从用户空间到内核空间的系统调用sys_socket(),这是创建网络连接的关键步骤。 首先,让我们关注sys_socket函数。这个函数在net/socket.c文件的testapp源码笔记位置,无论内核版本如何,都会调用__sys_socket_create函数来实际创建套接字,它接受地址族、类型、协议和结果指针。创建失败时,会返回错误指针。 在socket创建过程中,参数解析至关重要:网络命名空间(net):隔离网络环境,每个空间有自己的配置,如IP地址和路由。
协议族(family):如IPv4(AF_INET)或IPv6(AF_INET6)。
套接字类型(type):如流式(SOCK_STREAM)或数据报(SOCK_DGRAM)。
协议(protocol):如TCP(IPPROTO_TCP)或UDP(IPPROTO_UDP),默认值自动选择。
结果指针(res):指向新创建的socket结构体。
内核标志(kern):区分用户空间和内核空间的socket。
__sock_create函数处理创建逻辑,调用sock_map_fd映射文件描述符,支持O_CLOEXEC和O_NONBLOCK选项。每个网络协议族有其特有的create函数,如inet_create处理IPv4 TCP创建。 在内核中,安全模块如LSM会通过security_socket_create进行安全检查。sock_alloc负责内存分配和socket结构初始化,协议族注册和动态加载在必要时进行。RCU机制保护数据一致性,确保在多线程环境中操作的正确性。 理解socket_wq结构体对于异步IO至关重要,它协助socket管理等待队列和通知。例如,在TCP协议族的inet_create函数中,会根据用户请求找到匹配的协议,并设置相关的操作集和数据结构。 通过源码,我们可以看到socket和sock结构体的关系,前者是用户空间操作的抽象,后者是内核处理网络连接的实体。理解这些细节有助于我们更好地编写C++网络程序。 此外,原始套接字(如TCP、UDP和CMP)的应用示例,以及对不同协议的深入理解,如常用的IP协议、专用协议和实验性协议,是源码管理面试进一步学习和实践的重要部分。剖析Linux内核源码解读之《实现fork研究(二)》
本文深入剖析了Linux内核源码中fork实现的核心过程,重点在于copy_process函数的解析。在Linux系统中,应用层可以通过fork创建子进程或子线程,而内核并不区分两者,它们共享相同的task_struct结构,用于描述进程或线程的状态、资源等。task_struct包含了进程或线程所有关键数据结构,如内存描述符、文件描述符、信号处理等,是内核调度程序识别和管理进程的重要依据。
copy_process作为fork实现的关键,其主要任务是初始化task_struct结构,分配新进程的PID,并将其加入到运行队列。这个过程中,内核栈的初始化导致了fork()调用的两次返回值不同,这与copy_thread函数中父进程复制内核栈至子进程并清零寄存器值有关。这样,子进程返回0,而父进程继续执行copy_thread后续操作,最后返回子进程的PID。
对于线程的独有和共享资源,独有资源通常包括线程特定的数据结构和状态,而共享资源则涉及父进程与线程间的共享内存、文件描述符和信号处理等。这些资源的管理对于多线程程序的正确运行至关重要,需确保线程间资源的互斥访问和安全共享。
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。
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内核源码分析:Linux内核版本号和源码目录结构
Linux内核版本和源码目录结构对于理解其内部设计至关重要。内核分为稳定版和开发版,版本号由主版本、次版本和修订版本组成,次版本号用于区分两者。内核代码分散在庞大的源码中,组织在个C文件和若干个特定目录下。
Linux源码的根目录下,首先是arch目录,负责屏蔽不同体系结构间的差异,如虚拟地址翻译函数switch_mm。block目录存放通用的块设备驱动程序,如硬盘和U盘的读写操作。驱动程序通常在drivers目录,但块设备驱动被独立出来,因为它们的读写逻辑通用。certs目录用于存储认证和签名相关的代码,保障系统安全。
内核模块是Linux 2.2版本后引入的概念,以.so文件形式独立,根据需要动态加载,带来灵活性但也增加了安全风险。crypto目录包含加密和压缩算法,保障数据安全。Documentation目录提供内核模块的文档和规范,drivers目录存放硬件驱动,fs目录处理文件系统,init目录负责内核初始化,ipc目录负责进程间通信,kernel目录包含核心功能代码,lib目录是内核的库函数集,mm目录负责内存管理,net目录处理网络协议,samples目录包含示例代码,scripts目录是编译和调试工具,security目录负责安全机制,sound目录负责音频处理,tools目录包含开发工具,usr目录是用户打包,virt目录关注虚拟化,LICENSE目录则记录了许可证信息。
除了目录,源码中还有COPYING(版权声明)、CREDIT(贡献者名单)、Kbuild(构建配置)、MAINTAINERS(维护者信息)、Makefile(编译指令)和README(基本信息)等文件,它们分别提供了内核使用、贡献者认可、构建指导和基本介绍。这些组织结构使得Linux内核源码易于理解和维护。
Linux内核源码分析:Linux进程描述符task_ struct结构体详解
Linux内核通过一个task_struct结构体来管理进程,这个结构体包含了一个进程所需的所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中,包含许多字段,其中state字段表示进程的当前状态。常见的状态包括运行、阻塞、等待信号、终止等。进程状态的切换和原因可通过内核函数进行操作。PID是系统用来唯一标识正在运行的每个进程的数字标识,tgid成员表示线程组中所有线程共享的PID。进程内核栈用于保存进程在内核态执行时的临时数据和上下文信息,通常为几千字节。内核将thread_info结构与内核态线程堆栈结合在一起,占据连续的两个页框,以便于访问线程描述符和栈。获取当前运行进程的thread_info可通过esp栈指针实现。thread_info结构包含task字段,指向进程控制块(task_struct)。task_struct结构体的flags字段用于记录进程标记或状态信息,如创建、超级用户、核心转储、信号处理、退出等。而real_parent和parent成员表示进程的亲属关系,用于查找和处理进程树中的亲属关系。