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醒源析睡眠状态（D状态，超过8分钟），码分可能导致系统崩溃。核唤唤醒这种情况下，醒源析涉及到Linux内核的码分资产可视化管理系统源码pdflush机制，即如何将内存缓存中的核唤唤醒数据刷回磁盘。pdflush线程的醒源析数量可通过/proc/sys/vm/nr_pdflush_threads调整，范围为2到8个。码分

       当内存不足或需要强制刷新时，核唤唤醒脏页的醒源析刷新会通过wakeup_pdflush函数触发，该函数调用background_writeout函数进行处理。码分background_writeout会监控脏页数量，核唤唤醒当超过脏数据临界值（脏背景比率，醒源析通过dirty_background_ratio调整）时，码分会分批刷磁盘，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。aptv配置源码在逻辑设计时，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。

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，命令助手源码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。

Kswapd 源码解析

       kswapd是Linux内核中的一个内存回收线程，主要用于内存不足时回收内存。初始化函数为kswapd_init，内核为每个节点分配一个kswapd进程。每个节点的pg_data_t结构体中维护四个成员变量，用于管理kswapd线程。

       在初始化后，每个节点的kswapd线程进入睡眠状态。唤醒时机主要在被动唤醒和主动唤醒两种场景：被动唤醒是内存分配进程唤醒并完成异步内存回收后，对节点内存环境进行平衡度检查，若平衡则线程短暂休眠ms后主动唤醒。主动唤醒是内存回收策略调用kswapd，对节点进行异步内存回收，让节点达到平衡状态。

       内存回收包括快速和直接两种方式，但系统周期性调用kswapd线程平衡不满足要求的节点，因为有些任务内存分配不允许阻塞或激活I/O访问，回收内存相当于亡羊补牢，系统利用空闲时间进行内存回收是必要的。

       kswapd线程通过module_init(kswapd_init)创建，一般处于睡眠状态等待被唤醒，当系统内存紧张时，银河漩涡源码会唤醒kswapd线程，调整不平衡节点至平衡状态。

       kswapd函数包含alloc_order、reclaim_order和classzone_idx三个变量，用于控制线程执行流程。kswapd_try_to_sleep函数判断是否睡眠并让出CPU控制权，同时是线程唤醒的入口。balance_pgdat函数是实际内存回收操作，涉及内存分配失败后唤醒kswapd线程，调用此函数对指定节点进行异步内存回收。

       kswapd_shrink_node函数通过shrink_node对低于sc->reclaim_idx的非平衡zone区域进行回收。

       总结kswapd执行流程，其生命周期与Linux操作系统相似，平时处于睡眠状态让出CPU控制权。在内存紧张时被唤醒，有被动唤醒和周期性主动唤醒两种时机。被动唤醒发生在内存分配任务获取不到内存时，表明系统内存环境紧张，主动唤醒则是内存回收策略的执行。线程周期性唤醒在被动唤醒后的短暂时间内，原因在于系统内存环境紧张，需要在这段时间内进行内存回收。

Linux内核机制—wait唤醒机制

       一、wait唤醒步骤

       1. 初始化等待队列头wait_queue_head和wait_queue_entry。

       2. 准备休眠，将当前任务切走，让出CPU，进入等待状态。

       3. 等待的事件发生后被唤醒。

       二、使用Demo举例

       1. 在binder驱动中的一个删减后的例子。

       三、总结

       1. 根据wait时指定的休眠类型选择唤醒类型。

       2. wake_up_xxx()函数提供唤醒框架，最终调用wait entry的回调函数执行实际唤醒。

       3. wake_up_xxx()采用书签机制限制每次最大唤醒任务数量为个，避免持有rq->lock过长时间。计件ERP源码

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，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。

Linux进程的睡眠和唤醒简析

       Linux进程的睡眠和唤醒机制在操作系统中扮演着关键角色。当进程等待特定事件发生时，它将从运行状态转变为睡眠状态。Linux中的睡眠状态分为两种：可中断睡眠和不可中断睡眠。可中断睡眠状态的进程会在特定事件（如硬件中断、系统资源释放或信号传递）发生时被唤醒。相反，不可中断睡眠状态的进程在被信号唤醒时保持不变，且在特定事件发生前持续睡眠。进程通过主动调用`schedule()`函数来实现睡眠，例如：

       sleeping_task = current; set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); schedule();

       这里，`current`宏指向当前执行的进程结构，`set_current_state()`将进程状态更改为`TASK_INTERRUPTIBLE`，表示可中断睡眠。`schedule()`函数调度下一个进程执行，同时将当前进程从运行队列中移出。当进程需要被唤醒时，可以调用`wake_up_process()`函数。

       在一些情况下，进程可能因为无效唤醒而陷入无限期睡眠。无效唤醒通常发生在多个进程同时尝试对共享资源进行处理，且进程执行顺序影响最终结果时。例如，在检查链表是否为空的情况下，如果A进程在链表为空时进入睡眠，而B进程添加了节点后尝试唤醒A进程，如果此时A进程尚未真正进入睡眠状态，唤醒操作将无效，导致A进程继续错误地认为链表为空，从而无限期睡眠。

       为了避免无效唤醒问题，关键在于在进程检查条件之前设置其状态为睡眠状态，确保在条件满足时，进程能够被正确唤醒。在Linux内核中，通常在需要睡眠的上下文中使用类似以下操作：

       DECLARE_WAITQUEUE(wait,current);

       add_wait_queue(q, &wait);

       set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);

       while(!condition) schedule();

       set_current_state(TASK_RUNNING);

       remove_wait_queue(q, &wait);

       这段代码首先创建了一个等待队列项，将当前进程加入队列，并将状态设为可中断睡眠。接着循环检查条件，如果满足则使用`schedule()`继续执行，否则保持睡眠状态。当条件满足时，进程状态转为就绪，确保不会错误地进入睡眠，避免无效唤醒问题。

       通过上述机制，Linux内核能够有效地管理进程睡眠和唤醒，确保系统稳定性和高效运行，避免了不必要的资源浪费和进程错误行为。

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。

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。

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]