1.Linux内核源码分析：Linux进程描述符task_ struct结构体详解
2.鸿蒙轻内核M核源码分析：LibC实现之Musl LibC
3.Linux内核源码分析：Linux内核版本号和源码目录结构
4.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
5.鸿蒙轻内核M核源码分析：中断Hwi
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

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源码源码所有信息。它定义在include/linux/sched.h文件中，分析包含许多字段，内核内核其中state字段表示进程的源码源码当前状态。常见的分析记血糖源码状态包括运行、阻塞、内核内核等待信号、源码源码终止等。分析进程状态的内核内核切换和原因可通过内核函数进行操作。PID是源码源码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分析PID。进程内核栈用于保存进程在内核态执行时的内核内核临时数据和上下文信息，通常为几千字节。源码源码内核将thread_info结构与内核态线程堆栈结合在一起，分析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。

鸿蒙轻内核M核源码分析：LibC实现之Musl LibC

       本文探讨了LiteOS-M内核中Musl LibC的实现，重点关注文件系统与内存管理功能。Musl LibC在内核中提供了两种LibC实现选项，使用者可根据需求选择musl libC或newlibc。本文以musl libC为例，深度解析其文件系统与内存分配释放机制。

       在使用musl libC并启用POSIX FS API时，开发者可使用文件kal\libc\musl\fs.c中定义的文件系统操作接口。这些接口遵循标准的POSIX规范，具体用法可参阅相关文档，或通过网络资源查询。例如，mount()函数用于挂载文件系统，而umount()和umount2()用于卸载文件系统，后者还支持额外的卸载选项。open()、close()、unlink()等文件操作接口允许用户打开、关闭和删除文件，mytv源码其中open()还支持多种文件创建和状态标签。read()与write()用于文件数据的读写操作，lseek()则用于文件读写位置的调整。

       在内存管理方面，LiteOS-M内核提供了标准的POSIX内存分配接口，包括malloc()、free()与memalign()等。其中，malloc()和free()用于内存的申请与释放，而memalign()则允许用户以指定的内存对齐大小进行内存申请。

       此外，calloc()函数在分配内存时预先设置内存区域的值为零，而realloc()则用于调整已分配内存的大小。这些函数构成了内核中内存管理的核心机制，确保资源的高效利用与安全释放。

       总结而言，musl libC在LiteOS-M内核中的实现，通过提供全面且高效的文件系统与内存管理功能，为开发者提供了强大的工具集，以满足不同应用场景的需求。本文虽已详述关键功能，但难免有所疏漏，欢迎读者在遇到问题或有改进建议时提出，共同推动技术进步。感谢阅读。

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，拓展源码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：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，pager源码则直接从缓存分配；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jqplot源码对象，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。

鸿蒙轻内核M核源码分析：中断Hwi

       在鸿蒙轻内核源码分析系列中，本文将深入探讨中断模块，旨在帮助读者理解中断相关概念、鸿蒙轻内核中断模块的源代码实现。本文所涉及源码基于OpenHarmony LiteOS-M内核，读者可通过开源站点 gitee.com/openharmony/k... 获取。

       中断概念介绍

       中断机制允许CPU在特定事件发生时暂停当前执行的任务，转而处理该事件。这些事件通常由外部设备触发，通过中断信号通知CPU。中断涉及硬件设备、中断控制器和CPU三部分：设备产生中断信号；中断控制器接收信号并发出中断请求给CPU；CPU响应中断，执行中断处理程序。

       中断相关的硬件介绍

       硬件层面，中断源分为设备、中断控制器和CPU。设备产生中断信号；中断控制器接收并转发这些信号至CPU；CPU在接收到中断请求后，暂停当前任务，转而执行中断处理程序。

       中断相关的概念

       每个中断信号都附带中断号，用于识别中断源。中断优先级根据事件的重要性和紧迫性进行划分。当设备触发中断后，CPU中断当前任务，执行中断处理程序。中断处理程序由设备特定，且通常以中断向量表中的地址作为入口点。中断向量表按中断号排序，存储中断处理程序的地址。

       鸿蒙轻内核中断源代码

       中断相关的声明和定义

       在文件 kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_interrupt.c 中定义了结构体、全局变量和内联函数。关键变量 g_intCount 记录当前正在处理的中断数量，内联函数 HalIsIntActive() 用于检查是否正在处理中断。中断向量表在中断初始化过程中设置，用于映射中断号到相应的中断处理程序。

       中断初始化 HalHwiInit()

       系统启动时，在 kernel\src\los_init.c 中初始化中断。HalHwiInit() 函数在 kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_interrupt.c 中实现，负责设置中断向量表和优先级组，配置中断源，如系统中断和定时器中断。

       创建中断 HalHwiCreate()

       开发者可通过 HalHwiCreate() 函数注册中断处理程序，传入中断号、优先级和中断模式。函数内部验证参数，设置中断处理程序，最终通过调用 CMSIS 函数完成中断创建。

       删除中断 HalHwiDelete()

       中断删除操作通过 HalHwiDelete() 实现，接收中断号作为参数，调用 CMSIS 函数失能中断，设置默认中断处理程序，完成中断删除。

       中断处理执行入口程序

       默认的中断处理程序 HalHwiDefaultHandler() 仅用于打印中断号后进行死循环。HalInterrupt() 是中断处理执行入口程序的核心，它包含中断数量计数、中断号获取、中断前后的操作以及调用中断处理程序的逻辑。

       开关中断

       开关中断用于控制CPU是否响应外部中断。通过宏 LOS_IntLock() 关闭中断， LOS_IntRestore() 恢复中断状态， LOS_IntUnLock() 使能中断。这组宏对应汇编函数，使用寄存器 PRIMASK 控制中断状态。

       小结

       本文详细解析了鸿蒙轻内核中断模块的源代码，涵盖了中断概念、初始化、创建、删除以及开关操作。后续文章将带来更多深入技术分享。欢迎在 gitee.com/openharmony/k... 分享学习心得、提出问题或建议。关注、点赞、Star 和 Fork 到个人账户，便于获取更多资源。

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内核通信核心技术：Netlink源码分析和实例分析

       Linux内核通信核心技术：Netlink源码分析和实例分析

       什么是netlink？Linux内核中一个用于解决内核态和用户态交互问题的机制。相比其他方法，netlink提供了更安全高效的交互方式。它广泛应用于多种场景，例如路由、用户态socket协议、防火墙、netfilter子系统等。

       Netlink内核代码走读：内核代码位于net/netlink/目录下，包括头文件和实现文件。头文件在include目录，提供了辅助函数、宏定义和数据结构，对理解消息结构非常有帮助。关键文件如af_netlink.c，其中netlink_proto_init函数注册了netlink协议族，使内核支持netlink。

       在客户端创建netlink socket时，使用PF_NETLINK表示协议族，SOCK_RAW表示原始协议包，NETLINK_USER表示自定义协议字段。sock_register函数注册协议到内核中，以便在创建socket时使用。

       Netlink用户态和内核交互过程：主要通过socket通信实现，包括server端和client端。netlink操作基于sockaddr_nl协议套接字，nl_family制定协议族，nl_pid表示进程pid，nl_groups用于多播。消息体由nlmsghdr和msghdr组成，用于发送和接收消息。内核创建socket并监听，用户态创建连接并收发信息。

       Netlink关键数据结构和函数：sockaddr_nl用于表示地址，nlmsghdr作为消息头部，msghdr用于用户态发送消息。内核函数如netlink_kernel_create用于创建内核socket，netlink_unicast和netlink_broadcast用于单播和多播。

       Netlink用户态建立连接和收发信息：提供测试例子代码，代码在github仓库中，可自行测试。核心代码包括接收函数打印接收到的消息。

       总结：Netlink是一个强大的内核和用户空间交互方式，适用于主动交互场景，如内核数据审计、安全触发等。早期iptables使用netlink下发配置指令，但在iptables后期代码中，使用了iptc库，核心思路是使用setsockops和copy_from_user。对于配置下发场景，netlink非常实用。

       链接：内核通信之Netlink源码分析和实例分析