1.Linux内核源码解析---EPOLL实现4之唤醒等待进程与惊群问题
2.开发者内功修炼：搞清楚内核进程、内核空间、内核模式、用户进程、用户空间、用户模式都是perl脚本源码什么？
3.Linux 中断（ IRQ / softirq ）基础：原理及内核实现

Linux内核源码解析---EPOLL实现4之唤醒等待进程与惊群问题

       在Linux内核源码的EPOLL实现中，第四部分着重探讨了数据到来时如何唤醒等待进程以及惊群问题。当网卡接收到数据，DMA技术将数据复制到内存RingBuffer，通过硬中断通知CPU，然后由ksoftirqd线程处理，最终数据会进入socket接收队列。虽然ksoftirqd的创建过程不在本节讨论，但核心是理解数据如何从协议层传递到socket buffer。

       在tcp_ipv4.c中，当接收到socket buffer时，会首先在连接表和监听表中寻找对应的socket。一旦找到，进入tcp_rcv_established函数，这里会检查socket是否准备好接收数据，通过调用sock_data_ready，其初始值为sock_def_readable，进而进入wake_up函数，vb 窗口置顶源码唤醒之前挂上的wait_queue_t节点。

       在wake_up方法中，会遍历链表并回调ep_poll_callback，这个函数是epoll的核心逻辑。然而，如果epoll的设置没有启用WQ_FLAG_EXCLUSIVE，就会导致惊群效应，即唤醒所有阻塞在当前epoll的进程。这在default_wake_function函数中体现，如果没有特殊标记，进程会立即被唤醒并进入调度。

       总结来说，epoll的唤醒过程涉及socket buffer、协议层处理、链表操作以及回调函数，其中惊群问题与默认的唤醒策略密切相关。理解这些细节，有助于深入理解Linux内核中EPOLL的异步操作机制。

开发者内功修炼：搞清楚内核进程、内核空间、内核模式、用户进程、打地鼠源码as用户空间、用户模式都是什么？

       在开发者的内功修炼中，理解内核进程、内核空间、内核模式、用户进程、用户空间和用户模式是至关重要的。Linux操作系统将内存划分为两个核心区域：内核空间和用户空间，位架构提供了庞大的虚拟地址空间，但实际可用内存受硬件限制。用户进程主要负责分配的虚拟地址范围是0x到0xFFFFFFFFFFF，可达TB。

       用户进程与内核进程通过系统调用如syscall进行交互，例如查询时间，从用户模式切换到内核模式执行操作，然后返回到用户模式。这种模式切换涉及保存和恢复进程状态，如CPU寄存器和程序计数器。系统调用与数据拷贝，如read()，涉及内存映射，通过零拷贝技术减少数据在用户和内核空间之间的门票类网站源码拷贝。

       内存映射技术，如mmap，使得多个进程能共享文件数据，通过参数控制共享或私有映射，其中私有映射通过写时复制机制保护原始数据。开发者日常工作中，如数据库、网络通信和缓冲框架，主要在用户进程中操作，偶尔需要切换到内核态调用系统函数，而对内核进程的修改通常涉及修改操作系统源码，如ksoftirqd进程处理软中断。

       接收网络数据时，内核进程ksoftirqd负责网卡数据的接收，然后通过零拷贝技术减少数据传输时的拷贝，提高效率。例如，sendfile()函数就利用了零拷贝技术。内核旁路技术在某些高性能应用中，可以绕过传统网络栈直接将数据传给用户空间，进一步优化数据处理。

Linux 中断（ IRQ / softirq ）基础：原理及内核实现

       中断（IRQ），34金币管理 源码尤其是软中断（softirq）的广泛用途之一是网络数据包的接收与发送，但其应用场景并非单一。本文将全面整理中断（IRQ）与软中断（softirq）的基础知识，这些内容与网络数据包处理虽无直接联系，但整理本文旨在更深入地理解网络数据包处理机制。

       什么是中断？

       CPU 通过时分复用处理多任务，其中包括硬件任务，如磁盘读写、键盘输入，以及软件任务，如网络数据包处理。CPU 在任何时刻只能执行一个任务。当某个硬件或软件任务当前未被执行，但希望CPU立即处理时，会向CPU发送中断请求——希望CPU暂停手头工作，优先服务“我”。中断以事件形式通知CPU，因此常看到“在XX条件下会触发XX中断事件”的表述。

       中断分为两类：

       管理中断的设备：Advanced Programmable Interrupt Controller（APIC）。

       硬中断的中断处理流程

       中断随时发生，处理流程如下：

       Maskable and non-maskable

       Maskable interrupts 在x_上可以通过sti/cli指令来屏蔽（关闭）和恢复：

       在屏蔽期间，这种类型的中断不会触发新的中断事件。大部分IRQ都属于这种类型。例如，网卡的收发包硬件中断。

       Non-maskable interrupts 不可屏蔽，因此属于更高优先级的类型。

       问题：执行速度与逻辑复杂性之间的矛盾

       IRQ处理器的两个特点如下：

       存在内在矛盾。

       解决方式：中断的推迟处理（deferred interrupt handling）

       传统解决方式是将中断处理分为两部分：

       这种方式称为中断的推迟处理或延后处理。现在已是一个通用术语，涵盖各种推迟执行中断处理的方式。中断分为两部分处理：

       在Linux中，有三种推迟中断（deferred interrupts）：

       具体细节将在后续介绍。

       软中断与软中断子系统

       软中断是内核子系统的一部分：

       每个CPU上会初始化一个ksoftirqd内核线程，负责处理各种类型的softirq中断事件；

       使用cgroup ls或ps -ef都能看到：

       软中断事件的handler提前注册到softirq子系统，注册方式为open_softirq(softirq_id, handler)

       例如，注册网卡收发包（RX/TX）软中断处理函数：

       软中断占用了CPU的总开销：可以使用top查看，第三行倒数第二个指标是系统的软中断开销（si字段）：

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       主处理

       smpboot.c类似于事件驱动的循环，会调度ksoftirqd线程执行pending的软中断。ksoftirqd内部会进一步调用到__do_softirq，

       避免软中断占用过多CPU

       软中断的潜在影响：推迟执行的部分（如softirq）可能会占用较长时间，在这段时间内，用户空间线程只能等待。反映在top中，si占比。

       不过softirq调度循环对此有所改进，通过budget机制来避免softirq占用过多CPU时间。

       硬中断-软中断调用栈

       softirq是一种推迟中断处理机制，将IRQ的大部分处理逻辑推迟在这里执行。有两条路径都会执行到softirq主处理逻辑__do_softirq()：

       1、CPU调度到ksoftirqd线程时，会执行到__do_softirq()；

       2、每次IRQ handler退出时：do_IRQ()->...

       do_IRQ是内核中主要的IRQ处理方式。它执行结束时，会调用exiting_irq()，这会展开成irq_exit()。后者会检查是否pending有softirq，如果有，则唤醒：

       进而会使CPU执行到__do_softirq。

       软中断触发执行的步骤

       总结，每个软中断会经过以下阶段：

       以收包软中断为例，IRQ handler并不执行NAPI，只是触发它，在内部会执行到raiseNET_RX_SOFTIRQ；真正的执行在softirq，会调用网卡的poll()方法收包。IRQ handler中会调用napi_schedule()，然后启动NAPI poll()。

       需要注意的是，虽然IRQ handler所做的工作很少，但处理这个包的softirq和IRQ在同一CPU上运行。这意味着，如果大量的包都放在同一个RX队列，虽然IRQ开销可能不多，但该CPU仍然会非常繁忙，都花费在softirq上。解决方式：RPS。它不会降低延迟，只是将包重新分配：RXQ->CPU。

       三种推迟执行方式（softirq/tasklet/workqueue）

       提到，Linux中的三种推迟中断执行方式：

       其中：

       前面已经看到，Linux在每个CPU上创建了一个ksoftirqd内核线程。

       softirqs是在Linux内核编译时确定的，例如网络收包对应的NET_RX_SOFTIRQ软中断。因此是一种静态机制。如果想添加一种新softirq类型，需要修改并重新编译内核。

       内部组织

       内部由一个数组（或称为向量）管理，每个软中断号对应一个softirq handler。数组与注册：

       在5.中所有类型的softirq：

       也就是在cat /proc/softirqs看到的哪些。

       触发（唤醒）softirq

       以收包软中断为例，IRQ handler并不执行NAPI，只是触发它，在内部会执行到raiseNET_RX_SOFTIRQ；真正的执行在softirq，会调用网卡的poll()方法收包。IRQ handler中会调用napi_schedule()，然后启动NAPI poll()。

       如果对内核源码有一定了解，会发现softirq使用非常有限，原因之一是它是静态编译的，依赖内置的ksoftirqd线程来调度内置的9种softirq。如果想添加一种新功能，就得修改并重新编译内核，开发成本很高。

       实际上，实现推迟执行的更常用方式是tasklet。它构建在softirq机制之上，具体来说就是使用了两种softirq：

       换句话说，tasklet是在运行时（runtime）创建和初始化的softirq，

       内核软中断子系统初始化了两个per-cpu变量：

       tasklet再执行针对list的循环：

       tasklet在内核中的使用非常广泛。不过，后面又出现了第三种方式：workqueue。

       这也是一种推迟执行机制，与tasklet有些相似，但有显著不同。

       使用场景

       简而言之，workqueue子系统提供了一个接口，通过该接口可以创建内核线程来处理从其他地方enqueue过来的任务。这些内核线程称为worker threads，内置的per-cpu worker threads：

       结构体

       kworker线程调度workqueues，原理与ksoftirqd线程调度softirqs类似。然而，我们可以为workqueue创建新的线程，而softirq则不行。

       参考资料引用链接

       [1]

       中断与中断处理：0xax.gitbooks.io/linux-...

       作者：赵亚楠 原文：arthurchiao.art/blog/li...来源：云原生实验室