1.Linux内核源码解析---cgroup实现之整体架构与初始化
2.剖析Linux内核源码解读之《实现fork研究(一)》
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.Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理
5.Linux内核源码分析:Linux内核版本号和源码目录结构
6.linux源码解读(三十二):dpdk原理概述(一)
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,码解于年被融入Linux 2.6.内核。码解它旨在管理不同进程组,码解监控一组进程的码解行为和资源分配,是码解Docker和Kubernetes的基石,同时也被高版本内核中的码解易语言服务器端口源码LXC技术所使用。本文基于最早融入内核中的码解代码进行深入分析。
理解cgroup的码解核心,首先需要掌握其内部的码解常用术语,如子系统、码解层级、码解cgroupfs_root、码解cgroup、码解css_set、码解cgroup_subsys_state、码解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,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,长沙在线直播源码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。
剖析Linux内核源码解读之《实现fork研究(一)》
Linux内核源码解析:深入探讨fork函数的实现机制(一)
首先,我们关注的焦点是fork函数,它是Linux系统创建新进程的核心手段。本文将深入剖析从用户空间应用程序调用glibc库,直至内核层面的具体过程。这里假设硬件平台为ARM,使用Linux内核3..3和glibc库2.版本。这些版本的库和内核代码可以从ftp.gnu.org获取。
在glibc层面,针对不同CPU架构,进入内核的步骤有所不同。当glibc准备调用kernel时,它会将参数放入寄存器,通过软中断(SWI) 0x0指令进入保护模式,最终转至系统调用表。在arm平台上,系统调用表的结构如下:
系统调用表中的CALL(sys_clone)宏被展开后,会将sys_clone函数的地址放入pc寄存器,这个函数实际由SYSCALL_DEFINEx定义。在do_fork函数中,关键步骤包括了对父进程和子进程的跟踪,以及对子进程进行初始化,包括内存分配和vfork处理等。
总的来说,调用流程是这样的:应用程序通过软中断触发内核处理,通过系统调用表选择并执行sys_clone,然后调用do_fork函数进行具体的进程创建操作。do_fork后续会涉及到copy_process函数,这个函数是理解fork核心逻辑的重要入口,包含了丰富的内核知识。在后续的内容中,我将深入剖析copy_process函数的工作原理。
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,java源码租户系统 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。溯源码标签失效 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,是进一步学习和实践的重要部分。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,上海app商城源码我们继续跟进__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
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源码解读(三十二):dpdk原理概述(一)
Linux源码解析(三十二):深入理解DPDK原理(一)
几十年来,随着技术的发展,传统操作系统和网络架构在处理某些业务需求时已显得力不从心。为降低修改底层操作系统的高昂成本,人们开始在应用层寻求解决方案,如协程和QUIC等。然而,一个主要问题在于基于内核的网络数据IO,其繁琐的处理流程引发了效率低下和性能损耗。
传统网络开发中,数据收发依赖于内核的receive和send函数,经过一系列步骤:网卡接收数据、硬件中断通知、数据复制到内存、内核线程处理、协议栈层层剥开,最终传递给应用层。这种长链式处理方式带来了一系列问题,如上下文切换和协议栈开销。
为打破这种限制,Linux引入了UIO(用户空间接口设备)机制,允许用户空间直接控制网卡,跳过内核协议栈,从而大大简化了数据处理流程。UIO设备提供文件接口,通过mmap映射内存,允许用户直接操作设备数据,实现绕过内核控制网络I/O的设想。
DPDK(Data Plane Development Kit)正是利用了UIO的优点,如Huge Page大页技术减少TLB miss,内存池优化内存管理,Ring无锁环设计提高并发性能,以及PMD poll-mode驱动避免中断带来的开销。它采用轮询而非中断处理模式,实现零拷贝、低系统调用、减少上下文切换等优势。
DPDK还注重内存分配和CPU亲和性,通过NUMA内存优化减少跨节点访问,提高性能,并利用CPU亲和性避免缓存失效,提升执行效率。学习DPDK,可以深入理解高性能网络编程和虚拟化领域的技术,更多资源可通过相关学习群获取。
深入了解DPDK原理,可以从一系列资源开始,如腾讯云博客、CSDN博客、B站视频和LWN文章,以及Chowdera的DPDK示例和腾讯云的DPDK内存池讲解。
源:cnblogs.com/thesevenths...
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。
剖析Linux内核源码解读之《配置与编译》
Linux内核的配置与编译过程详解如下:配置阶段
首先,从kernel.org获取内核源代码,如在Ubuntu中,可通过`sudo apt-get source linux-$(uname -r)`获取到,源码存放在`/usr/src/`。配置时,主要依据`arch//configs/`目录下的默认配置文件,使用`cp`命令覆盖`/boot/config`文件。配置命令有多种,如通过`.config`文件进行手动修改,但推荐在编译前进行系统配置。配置时注意保存配置,例如使用`/proc/config.gz`,以备后续需要。编译阶段
内核编译涉及多种镜像类型,如针对ARM的交叉编译,常用命令是特定的。编译过程中,可能会遇到错误,需要针对具体问题进行解决。编译完成后,将模块和firmware(体系无关)分别存入指定文件夹,记得为某些硬件添加对应的firmware文件到`lib/firmware`目录。其他内容
理解vmlinux、vmlinuz(zImage, bzImage, uImage)之间的关系至关重要。vmlinuz是压缩后的内核镜像,zImage和bzImage是vmlinuz的压缩版本,其中zImage在内存低端解压,而bzImage在高端解压。uImage是uBoot专用的,是在zImage基础上加上特定头信息的版本。