皮皮网

1.linux内核源码：文件系统——可执行文件的内内核加载和执行
2.linux内核$(kallsyms.o)详解续篇 --- 内核符号表的生成和查找过程
3.Linux内核源码分析：Linux进程描述符task_ struct结构体详解
4.详解Linux内核架构和工作原理，一文看懂内核
5.简单概括Linux内核源码高速缓存原理（图例解析）
6.从Linux内核源码的核源角度深入解释进程（图例解析）

linux内核源码：文件系统——可执行文件的加载和执行

       本文深入探讨Linux内核源码中文件系统中可执行文件的加载与执行机制。与Windows中的码详PE格式和exe文件不同，Linux采用的源码是ELF格式。尽管这两种操作系统都允许用户通过双击文件来执行程序，详解但Linux的内内核美发管理php源码实现方式和底层操作有所不同。

       在Linux系统中，核源双击可执行文件能够启动程序，码详这背后涉及一系列复杂的源码底层工作。首先，详解我们简要了解进程间的内内核数据访问方式。在用户态运行时，核源ds和fs寄存器指向用户程序的码详数据段。然而，源码当代码处于内核态时，详解ds指向内核数据段，而fs仍然指向用户态数据段。为了确保正确访问不同态下的数据，需要频繁地调整fs寄存器的值。

       当用户输入参数时，这些信息需要被存储在进程的内存空间中。Linux为此提供了KB的个页面内存空间，用于存放用户参数和环境变量。通过一系列复制操作，参数被安全地存放到了进程的内存中。尽管代码实现可能显得较为复杂，但其核心功能与传统复制函数（如memcpy）相似。

       为了理解参数和环境变量的处理，我们深入探讨了如何通过不同fs值来访问内存中的变量。argv是一个指向参数的指针，argv*和argv**指向不同的地址，它们可能位于内核态或用户态。在访问这些变量时，需要频繁地切换fs值，以确保正确读取内存中的数据。通过调用set_fs函数来改变fs值，并在读取完毕后恢复，实现不同态下的数据访问。

       在Linux的加载过程中，参数和环境变量的处理涉及到特定的算法和逻辑，以确保正确解析和执行程序。例如，通过检查每个参数是否为空以及参数之间的空格分隔，来计算参数的数量。同时，文件的头部信息对于识别文件类型至关重要。早期版本的Linux文件头部信息相当简单，仅包含几个字段。这些头部信息为操作系统提供了识别文件类型的基础。

       为了实现高效文件执行，Linux使用了一系列的内存布局和管理技术。在执行文件时，操作系统负责将参数列表、环境变量、栈、数据段和代码段等组件放入进程的内存空间。这种布局确保了程序能够按照预期运行。

       最后，文章提到了一些高级技术，如线程切换、套壳app有源码内存管理和文件系统操作，这些都是Linux内核源码中关键的部分。尽管这些技术在日常编程中可能不常被直接使用，但它们对于理解Linux的底层工作原理至关重要。通过深入研究Linux内核源码，开发者能够更全面地掌握操作系统的工作机制，从而在实际项目中提供更高效、更安全的解决方案。

linux内核$(kallsyms.o)详解续篇 --- 内核符号表的生成和查找过程

       在内核中，维护着一张符号表，记录着内核中的所有符号，包括函数与全局变量的地址与名称。这张表嵌入在内核镜像中，供内核运行时随时查找符号名。通过调用__print_symbol，内核代码能打印出符号名。

       接下来，我们将详细解析内核符号表的生成与查找过程。

       系统映像文件与/proc/kallsyms的区别与联系

       系统映像文件(System.map)在编译内核时生成，记录了内核中的所有符号及其在内存中的虚拟地址。文件由scripts/mksysmap脚本生成，依赖于nm命令。系统映像文件的每条记录包括地址、符号类型与符号名。符号类型包括函数、全局变量等。

       而/proc/kallsyms文件是在内核启动后自动生成，位于/proc目录下，其代码实现于kernel/kallsyms.c。区别在于它包含了内核模块的符号列表，并且允许用户态访问，非内核常规操作。通常，我们只需关注_stext ~ _etext 和 _sinittext ~ _einittext之间的符号。

       内核符号表的生成与查找

       内核在运行过程中可能需要查找地址对应的函数名，如Oops或调试信息输出。但内核并未依赖System.map或/proc/kallsyms文件，而是通过vmlinux中的符号表(.tmp_vmlinux2.o)实现快速查找。

       内核符号表结构

       内嵌符号表通过scripts/kallsyms工具生成，源码位于kallsyms.c。该表包含6个全局变量：kallsyms_addresses、kallsyms_num_syms、kallsyms_names、kallsyms_token_table、kallsyms_token_index与kallsyms_markers。其中，kallsyms_addresses记录所有符号地址，kallsyms_num_syms统计符号数量，kallsyms_names存放符号名，kallsyms_token_table与kallsyms_token_index用于压缩存储高频率字符串。

       压缩算法与优化

       内核使用压缩算法减少存储开销，将高频率字符串表示为token，并通过kallsyms_token_table与kallsyms_token_index实现压缩与解压。kallsyms_markers将符号每个分组，加速查找过程。

       查找过程实例与源码分析

       举例说明查找地址0xc对应的符号名。首先在System.map中定位到该地址位于__create_page_tables与__enable_mmu之间。在.tmp_kallsyms2.S文件中，利用二分查找定位符号地址，仿悬赏双端源码然后通过kallsyms_names与kallsyms_markers加速查找过程。最后解析压缩的符号名，得到结果为__enable_mmu。

       内核模块符号查找

       内核模块在启动时动态加载，其符号表存储在struct module结构中，所有已加载模块的struct module结构构成全局链表。查找内核模块中的符号时，调用kallsyms_lookup()函数，模块符号查找由get_ksymbol()函数完成。

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。

详解Linux内核架构和工作原理，一文看懂内核

       Linux内核架构和工作原理详解

       Linux内核扮演着关键的角色，其主要任务是将应用程序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。其动态装卸（裁剪）功能允许内核模块在运行时加载和卸载，从而动态地添加或删除内核的特性。Linux内核的结构设计旨在实现高效且可移植的操作系统。

       了解Linux内核的最佳预备知识包括理解C语言、一些操作系统的知识、少量相关算法以及计算机体系结构。Linux内核的特点是结合了Unix操作系统的一些基础概念，形成了一个资源管理程序，负责将可用的共享资源（如CPU时间、磁盘空间、网络连接等）分配给各个系统进程。内核提供了一组面向系统的命令，系统调用对于应用程序来说，就像调用普通函数一样。

       Linux内核基于微内核和宏内核策略实现。微内核的基本功能由中央内核实现，而所有其他功能则委托给独立进程，rsi优化的指标源码通过明确定义的通信接口与中心内核通信。宏内核则内核的所有代码，包括子系统（如内存管理、文件管理、设备驱动程序）都打包到一个文件中，目前支持模块的动态装卸。

       内核机制在多个地方得到应用，包括进程之间的通信、进程间切换、进程的调度等。进程采用层次结构，每个进程依赖于一个父进程。内核启动init程序作为第一个进程，负责进一步的系统初始化操作，init进程作为进程树的根，所有进程都直接或间接起源于该进程。系统中每个进程都拥有唯一标识符（ID），用户（或其他进程）可以使用ID来访问进程。

       Linux内核源代码包括三个主要部分：系统调用接口、进程管理、内存管理、虚拟文件系统、网络堆栈、设备驱动程序、硬件架构的相关代码。系统调用接口提供执行从用户空间到内核的函数调用机制。进程管理重点是进程执行，通过创建、停止和通信同步进程。内存管理关注内存的高效管理，虚拟文件系统提供通用的文件系统接口抽象。网络堆栈遵循分层体系结构设计，实现各种网络协议。设备驱动程序能够运行特定的硬件设备。

       Linux内核的结构分为用户空间和内核空间，用户空间包括用户应用程序和C库，内核空间包括系统调用、内核以及依赖于体系结构的代码。为了保护内核安全，现代CPU通常实现了不同工作模式，而Linux通过将系统分成两部分，即用户空间和内核空间，实现了这一目标。

       Linux驱动的platform机制提供了一种将资源注册进内核、统一管理资源，并在驱动程序中通过标准接口申请和使用的机制。这种机制提高了驱动和资源管理的独立性、可移植性和安全性。platform机制与传统的驱动机制相比，具有明显的优势，能够将非总线型的soc设备添加到虚拟总线上，实现总线——设备——驱动模式的普及。

       Linux内核的体系结构设计旨在平衡资源管理、可移植性和稳定性。内核模块的动态加载和卸载功能进一步增强了Linux内核的灵活性，允许在运行时添加或删除内核特性，提高系统的适应性和响应性。通过深入理解Linux内核架构和工作原理，开发者能够更好地利用内核资源，天堂w脚本源码优化系统性能，并为用户提供更加稳定、高效的操作环境。

简单概括Linux内核源码高速缓存原理（图例解析）

       高速缓存(cache)概念和原理涉及在处理器附近增加一个小容量快速存储器(cache)，基于SRAM，由硬件自动管理。其基本思想为将频繁访问的数据块存储在cache中，CPU首先在cache中查找想访问的数据，而不是直接访问主存，以期数据存放在cache中。

       Cache的基本概念包括块（block），CPU从内存中读取数据到Cache的时候是以块（CPU Line）为单位进行的，这一块块的数据被称为CPU Line，是CPU从内存读取数据到Cache的单位。

       在访问某个不在cache中的block b时，从内存中取出block b并将block b放置在cache中。放置策略决定block b将被放置在哪里，而替换策略则决定哪个block将被替换。

       Cache层次结构中，Intel Core i7提供一个例子。cache包含dCache（数据缓存）和iCache（指令缓存），解决关键问题包括判断数据在cache中的位置，数据查找(Data Identification)，地址映射(Address Mapping)，替换策略(Placement Policy)，以及保证cache与memory一致性的问题，即写入策略(Write Policy)。

       主存与Cache的地址映射通过某种方法或规则将主存块定位到cache。映射方法包括直接(mapped)、全相联(fully-associated)、一对多映射等。直接映射优点是地址变换速度快，一对一映射，替换算法简单，但缺点是容易冲突，cache利用率低，命中率低。全相联映射的优点是提高命中率，缺点是硬件开销增加，相应替换算法复杂。组相联映射是一种特例，优点是提高cache利用率，缺点是替换算法复杂。

       cache的容量决定了映射方式的选取。小容量cache采用组相联或全相联映射，大容量cache采用直接映射方式，查找速度快，但命中率相对较低。cache的访问速度取决于映射方式，要求高的场合采用直接映射，要求低的场合采用组相联或全相联映射。

       Cache伪共享问题发生在多核心CPU中，两个不同线程同时访问和修改同一cache line中的不同变量时，会导致cache失效。解决伪共享的方法是避免数据正好位于同一cache line，或者使用特定宏定义如__cacheline_aligned_in_smp。Java并发框架Disruptor通过字节填充+继承的方式，避免伪共享，RingBuffer类中的RingBufferPad类和RingBufferFields类设计确保了cache line的连续性和稳定性，从而避免了伪共享问题。

从Linux内核源码的角度深入解释进程（图例解析）

       进程，作为操作系统的基本概念，是程序执行过程的体现，自计算机诞生以来，其工作原理沿用冯诺依曼架构。从代码编译生成的可执行文件在特定环境中加载到内存，便构成了一个执行中的进程。进程的生命周期涉及启动、状态转换、执行和退出等阶段。在Linux中，进程的创建始于fork调用，通过复制当前进程生成新进程，接着通过exec初始化新进程地址空间，进入就绪状态等待调度。

       进程在操作系统中被抽象为task_struct，这个庞大的结构体，即进程描述符，记录了进程的全部属性和操作，包括进程ID(pid)和状态。查看进程ID和父进程ID可以通过特定命令。状态字段通过long类型表示，其他细节可以通过源码深入探究。

       创建进程涉及fork和copy_process函数，fork仅复制轻量级信息，使用写时复制技术避免数据冲突。fork后的子进程在必要时通过exec开始独立执行。在Linux中，线程和进程本质上是相同的，区别在于资源的共享程度。

       进程调度采用抢占式策略，如CFS（完全公平调度）通过虚拟运行时来实现公平调度，通过时间记账和红黑树组织队列来高效选择进程。进程退出时，会清理资源并可能转化为孤儿进程，由特定进程接管。理解这些原理有助于深入理解Linux内核对进程的管理机制。

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。

一文深入了解Linux内核源码pdflush机制

       在进程安全监控中，遇到进程长时间处于不可中断的睡眠状态（D状态，超过8分钟），可能导致系统崩溃。这种情况下，涉及到Linux内核的pdflush机制，即如何将内存缓存中的数据刷回磁盘。pdflush线程的数量可通过/proc/sys/vm/nr_pdflush_threads调整，范围为2到8个。

       当内存不足或需要强制刷新时，脏页的刷新会通过wakeup_pdflush函数触发，该函数调用background_writeout函数进行处理。background_writeout会监控脏页数量，当超过脏数据临界值（脏背景比率，通过dirty_background_ratio调整）时，会分批刷磁盘，直到比率下降。

       内核定时器也参与脏页刷新，启动wb_timer定时器，周期性地检查脏页并刷新。系统会在脏页存在超过dirty_expire_centisecs（可以通过/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs设置）后启动刷新。用户态的WRITE写文件操作也会触发脏页刷新，以平衡脏页比率，避免阻塞写操作。

       总结系统回写脏页的三种情况：定时器触发、内存不足时分批写、写操作触发pdflush。关键参数包括dirty_background_ratio、dirty_expire_centisecs、dirty_ratio和dirty_writeback_centisecs，它们分别控制脏数据比例、回写时间、用户自定义回写和pdflush唤醒频率。

       在大数据项目中，写入量大时，应避免依赖系统缓存自动刷回，尤其是当缓存不足以满足写入速度时，可能导致写操作阻塞。在逻辑设计时，应谨慎使用系统缓存，对于对性能要求高的场景，建议自定义缓存，同时在应用层配合使用系统缓存以优化高楼贴等特定请求的性能。预读策略是提升顺序读性能的重要手段，Linux根据文件顺序性和流水线预读进行优化，预读大小通过快速扩张过程动态调整。

       最后，注意pread和pwrite在多线程io操作中的优势，以及文件描述符管理对性能的影响。在使用pread/pwrite时，即使每个线程有自己的文件描述符，它们最终仍作用于同一inode，不会额外提升IO性能。

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。

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。