在 Linux 系统中,用户模式和内核模式是操作系统的两种不同运行模式。本文将深入探讨这两种模式的含义、区别以及运行原理,帮助读者更好地理解 Linux 系统的运行机制。
arch:包含和硬件体系结构相关的代码,每种平台占一个相应的目录,如i386、arm、arm64、powerpc、mips等。Linux内核目前已经支持30种左右的体系结构。在arch目录下,存放的是各个平台以及各个平台的芯片对Linux内核进程调度、内存管理、中断等的支持,以及每个具体的SoC和电路板的板级支持代码。
Linux 系统中不同的运行级别(Run Level)代表了系统的不同运行状态,用户模式一共有下列几种:
Linux 的同步机制不断发展完善。从最初的原子操作,到后来的信号量,从大内核锁到今天的自旋锁。这些同步机制的发展伴随Linux从单处理器到对称多处理器的过渡;
使用 malloc 函数申请内存原理 : " 堆内存 " 动态分配 的 系统调用 过程 ;
下图是根据同步、异步、阻塞、非阻塞四个指标总结的Linux下四个象限的I/O通信模式。
导语:如果你想知道Linux Kernel 5.4内核有哪些主要新功能和新特性,请继续阅读本文。
近日,英伟达(NVIDIA)宣布,将 Linux GPU 内核模块作为开放源代码发布。早在几天前,NVIDIA 开始在 GitHub 上陆续公开相关代码,目前该项目已经收获 7.7k star,众多网友对本次开源纷纷表示难以置信。
在 Linux操作系统中,所有被操作系统管理的资源,例如网络接口卡、磁盘驱动器、打印机、输入输出设备、普通文件或是目录都被看作是一个文件。
Linux内核的作用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。目前支持模块的动态装卸(裁剪)。Linux内核就是基于这个策略实现的。
Linux Kernel 5.4是2019年的最后一个主要的稳定内核发行版。此新发行版进行了一些重大更改,将(肯定)影响制造商和最终用户。
linux驱动程序一般工作在内核空间,但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析,什么是内核空间,什么是用户空间,以及如何判断他们。 Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为“内核空间”。而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。 Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图),每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。 内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯? 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。 如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动? 判断的标准是什么? 用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问,如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此,主要的判断依据就是系统调用。 内核空间和用户空间上不同太多了,说不完,比如用户态的链表和内核链表不一样;用户态用printf,内核态用printk;用户态每个应用程序空间是虚拟的,相对独立的,内核态中却不是独立的,所以编程要非常小心。等等。 还有用户态和内核态程序通讯的方法很多,不单单是系统调用,实际上系统调用是个不好的选择,因为需要系统调用号,这个需要统一分配。 可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
1.从技术层面讲,内核是硬件与软件之间的一个中间层。作用是将应用层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。
内核、shell、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构,它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。部分层次结构如图1-1所示。
传统的Linux内核网络协议栈由于更加注重通用性,其网络处理存在着固有的性能瓶颈,随着10G、25G、40G、100G甚至更高速率的网卡出现,这种性能瓶颈变得更加突出,传统内核网络协议栈已经难以满足高性能网络处理的要求。
机器之心报道 机器之心编辑部 终于等到了这一天:英伟达开源了他们的 Linux GPU 内核驱动。 「英伟达是我们遇到的硬件厂商中最麻烦的一个。」这是 Linux 内核总设计师 Linus Torvalds 十年前说过的一句原话。 当时,Linus 正在芬兰赫尔辛基阿尔托大学举办的学生和开发者研讨大会上接受采访。在会上,一位现场观众称其买过一款搭载了集成显卡以及 NVIDIA 独立显卡的笔记本电脑,但是在 Linux 下通过 NVIDIA Optimus 技术进行独立显卡与集成显卡之间的切换却得不到驱动
作者简介: 王建峰,对于技术方向(主要是嵌入式领域的OS方向的系统应用)感兴趣,最近在学习操作系统基础。同时也是某芯原厂的驱动工程师,主要是gpu领域的驱动软件。https://gitee.com/hinzer/blog 1 概念介绍 1.1 什么是操作系统? 1.2 如何理解中断机制? 1.3 如何理解系统定时? 1.4 如何理解进程控制? 1.5 如何理解内存管理? 1.6 如何理解堆栈概念? 1.7 内核在源码中的体现? 1.8 如何理解系统调用? 1.9 如何理解特权级? 2 流程分析 2.1 引导
启动第一步--加载BIOS 当你打开计算机电源,计算机会首先加载BIOS信息,BIOS信息是如此的重要,以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后,计算机心里就有谱了,知道应该去读取哪个硬件设备了。 启动第二步--读取MBR 众所周知,硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR,也就是Master Boot Record,即主引导记录,它的大小是512字节,别看地方不大,可里面却存放了预启动信息、分区表信息
◆DPDK是什么 Intel® DPDK全称Intel Data Plane Development Kit,是intel提供的数据平面开发工具集,为Intel architecture(IA)处理器架构下用户空间高效的数据包处理提供库函数和驱动的支持,它不同于Linux系统以通用性设计为目的,而是专注于网络应用中数据包的高性能处理。具体体现在DPDK应用程序是运行在用户空间上利用自身提供的数据平面库来收发数据包,绕过了Linux内核协议栈对数据包处理过程。 ◆DPDK技术介绍 一、主要特点 1、UIO(L
让学生了解Linux操作系统的相关概念:Linux操作系统的定义、Linux操作系统的组成、Linux操作系统的主要版本、Linux操作系统的运行模式、发展,以及Linux操作系统的主要版本和运行模式。使学生具有上机操作Linux系统的能力。
操作系统的内核功能强大,它具有监督和控制整个系统的特权,通过软件方式,操作系统是实现观察性、安全性与网络功能的理想场所,但在操作系统的内核中进行任何修改,都会带来安全风险或性能损失,并会破坏原有软件对操作系统版本和模块的依赖关系。 能否实现操作系统可编程性,允许额外代码在不更改操作系统内核源代码的情况下运行,或在新模块中创建不需要的依赖项? eBPF实现了这一点,它在操作系统中运行沙箱程序,可以方便地在不重建内核或加载内核模块的同时,实现网络、安全、应用程序分析/跟踪和性能故障排除等功能。由此,诞生了一波基
原文出处:http://www.cnblogs.com/jacklu/p/4722563.html
计算机开机是一个神秘的过程。我们只是按了开机键,就看到屏幕上的进度条或者一行行的输出,直到我们到达登录界面。然而,计算机开机又是个异常脆弱的过程,我们满心期望的登录界面可能并不会出现,而是一个命令行或者错误信息。了解计算机开机过程有助于我们修复开机可能出现的问题。
KVM虚拟化学习总结之简介 1、虚拟化分为:全虚拟化和半虚拟化,需要CPU的支持。 2、全虚拟化:不需要做任何配置,让用户觉得就是一台真实的服务器 3、半虚拟机化:需要用户配置,有点麻烦。 4、KVM 仅仅是 Linux 内核的一个模块。管理和创建完整的 KVM 虚拟机,需要更多的辅助工具。 5、与Xen相比较,KVM就简化的多了。它不需要重新编译内核,也不需要对当前kernel做任何修改,它只是几个可以动态加载的.ko模块。它结构更加精简、代码量更小。所以,出错的可能性更小。并且在某些方面,性能比Xen更
一、SELinux的历史 SELinux全称是Security Enhanced Linux,由美国国家安全部(National Security Agency)领导开发的GPL项目,它拥有一个灵活而强制性的访问控制结构,旨在提高Linux系统的安全性,提供强健的安全保证,可防御未知攻击,相当于B1级的军事安全性能。比MS NT的C2等高得多。 SELinux起源于自1980开始的微内核和操作系统安全的研究,这两条研究线路最后形成了一个叫做的分布式信任计算机(Distribute Trusted Mach
1、修改用户进程可打开文件数限制 在Linux平台上,无论编写客户端程序还是服务端程序,在进行高并发TCP连接处理时,最高的并发 数 量都要受到系统对用户单一进程同时可打开文件数量的 限制(这是因为系统为每个TCP连接都要创 建一个socket句柄,每个socket句柄同时也是一个文件句柄)。可使用ulimit命令查看系统允许当 前用户进程打开的文件数限制: [speng@as4 ~]$ ulimit -n 1024 这表示当前用户的每个进程最多允许同 时打开1024个文件,这1024个文件中还得除去每个进
计算机开机是一个神秘的过程。我们只是按了开机键,就看到屏幕上的进度条或者一行行的输出,直到我们到达登录界面。然而,计算机开机又是个异常脆弱的过程,我们满心期望的登录界面可能并不会出现,而是一个命令行或者错误信息。了解计算机开机过程有助于我们修复开机可能出现的问题。 最初始阶段 当我们打开计算机电源,计算机会自动从主板的BIOS(Basic Input/Output System)读取其中所存储的程序。这一程序通常知道一些直接连接在主板上的硬件(硬盘,网络接口,键盘,串口,并口)。现在大部分的BIOS允许你从
kvm 驱动,现在已经是linux kernel的一个模块了。其主要负责虚拟机的创建,虚拟内存的分配,VCPU寄存器的读写以及VCPU的运行。
vmstat是一个很全面的性能分析工具,可以观察到系统的进程状态、虚拟内存使用、磁盘的IO、中断、上下文切换、CPU使用等情况。在操作系统性能分析中,能100%理解vmstat输出的含义并灵活应用,是性能分析必备的基本能力。
| 导语本文主要是讲Linux的调度系统, 由于全部内容太多,分三部分来讲,本篇是中篇(主要讲抢占和时钟),上篇请看(CPU和中断):Linux调度系统全景指南(上篇),调度可以说是操作系统的灵魂,为了让CPU资源利用最大化,Linux设计了一套非常精细的调度系统,对大多数场景都进行了很多优化,系统扩展性强,我们可以根据业务模型和业务场景的特点,有针对性的去进行性能优化,在保证客户网络带宽前提下,隔离客户互相之间的干扰影响,提高CPU利用率,降低单位运算成本,提高市场竞争力。欢迎大家相互交流学习!
Flink的内存管理是基于JVM内存模型的,所以,在内存调优或者解决各种OOM等问题时JVM内存管理是绕不开的话题。本文以Direct Memory为切入点,探索堆外内存、直接内存、以及他们在Java NIO源码中如何体现的。最后,简单介绍Java NIO的零拷贝在Kafka和Netty中的应用。
系统调用是应用程序(包含运行库)与操作系统内核的接口,它决定了应用程序如何与内核打交道。在现在的操作系统系统里,程序运行的时候,本身是没有权利访问系统的资源,由于系统有限的资源有可能被不同的应用程序同时访问,因此,如果不加以保护,各个应用程序的冲突在所难免。所以现代操作系统都尽可能的把冲突的资源保护起来,阻止程序直接访问。这些资源,包括文件、网络、IO、各种设备等。
什么是零拷贝 维基上是这么描述零拷贝的:零拷贝描述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务,这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存带宽。 零拷贝给我们带来的好处: 减少甚至完全避免不必要的CPU拷贝,从而让CPU解脱出来去执行其他的任务 减少内存带宽的占用 通常零拷贝技术还能够减少用户空间和操作系统内核空间之间的上下文切换 Linux系统的“用户空间”和“内核空间” 从Linux系统上看,除了引导系统的BIN区,整个内存空间主要被分成两个部分:内核空间(Ke
Linux系统中一切皆文件,仔细想一下Linux系统的很多活动无外乎读操作和写操作,零拷贝就是为了提高读写性能而出现的。
---- 新智元报道 编辑:David 【新智元导读】英伟达宣布开源Linux GPU内核驱动模块,开发者纷纷表示「活久见」,不会和之前Linux之父对英伟达的「友善度词汇」有关吧? 英伟达显卡驱动开源了?这不像是老黄会做出的事啊? 可这事确实是真的。不过有一点点条件,一是Linux系统,二是开源的是GPU的内核模块。 5月12日,英伟达官网发布消息,将Linux GPU内核模块作为开放源码发布,具有GPL/MIT双重许可证,开源从R515驱动版本开始。 用户可以在GitHub上的英伟达开放GP
我发现Linux系统在启动过程中会出现一些故障,导致系统无法正常启动,我在这里写了几个应用单用户模式、GRUB命令操作、Linux救援模式的故障修复案例帮助大家了解此类问题的解决。
内核是操作系统非常重要的组成部分,同时也是操作系统的核心。内核管理着系统资源,内核向上连接着应用程序,向下连接着硬件,它是应用程序和硬件的桥梁。
作为网络工程师,但凡你进过机房,肯定见过硬件服务器,现在可能很多工程师没有见过实质的硬件服务器,因为云服务器的兴起,好多人都没有机会见过“幕后”的硬件服务器,但是你要知道,不管是阿里云、腾讯云、华为云,还是国外的谷歌云、亚马逊云等等,所有的云服务器,以及政府、军工、大型企业自建的数据中心,其背后都是硬件服务器在支撑着。
Linux 内核最初的源码不足一万行 , 当前的 Linux 内核源码已经有两千万行 ;
Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统,是一个基于POSIX和Unix的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的操作系统。它能运行主要的Unix工具软件、应用程序和网络协议。它支持32位和64位硬件。Linux继承了Unix以网络为核心的设计思想,是一个性能稳定的多用户网络操作系统。
容器(container),并不是一种虚拟化(virtualization)技术,而是一种进程隔离(isolation)技术,从内核空间、资源和安全等方面对进程做隔离。
LINUX 开机过程指的是从打开计算机电源直到LINUX显示用户登录画面的全过程。分析LINUX开机过程也是深入了解LINUX核心工作原理的一个很好的途径。 一般的开机启动无非就是四步:BIOS加电自检(检测硬件什么之类的,寻找启动磁盘,在启动磁盘加载MBR);Boot Loader(加载grub.conf顺序启动) ;启动内核(内核会尝试挂载根文件系统,根文件系统至少包含 /etc /bin /sbin /lib /dev 这5大目录); INIT进程初始化(内核会按 /sbin/init /etc/in
林纳斯·本纳第克特·托瓦兹(Linus Benedict Torvalds,1969年12月28日- )也就是Linux之父:
Intel 微处理器的段机制是从8086 开始提出的, 那时引入的段机制解决了从CPU 内部 16 位地址到20 位实地址的转换。为了保持这种兼容性,386 仍然使用段机制,但比以前复杂。 因此,Linux 内核的设计并没有全部采用Intel 所提供的段方案,仅仅有限度地使用 了一下分段机制。这不仅简化了Linux 内核的设计,而且为把Linux 移植到其他平台创造了 条件,因为很多RISC 处理器并不支持段机制。但是,对段机制相关知识的了解是进入Linux 内核的必经之路。
国庆和中秋放假回来后,相信或多或少你的Linux服务器都会遇到一些问题,为了帮助大家回来后在遇到问题时找到合适的解题思路,特地给大家找到了一个Linux运维工程师发现故障和处理故障的反思,希望给到大家一些指明方向的引导。 我发现Linux系统在启动过程中会出现一些故障,导致系统无法正常启动,我在这里写了几个应用单用户模式、GRUB命令操作、Linux救援模式的故障修复案例帮助大家了解此类问题的解决。 (一)单用户模式 Linux系统提供了单用户模式(类似Windows安全模式),可以在最小环境中进行系统
Kubernetes在2017年赢得了容器编排之战,使得基于容器+Kubernetes来构建PaaS平台成为了云计算的主流方式。在人们把关注的目光都聚焦在Kubernetes上时,容器技术领域在2018年也发生了很多创新,包括amazon最近开源的轻量级虚拟机管理器 Firecracker,Google在今年5月份开源的基于用户态操作系统内核的 gVisor 容器,还有更早开源的虚拟化容器项目 KataContainers,可谓百花齐放。一般的开发者可能认为容器就等于Docker,没想到容器领域还在发生着这么多创新。我在了解这些项目时,发现如果没有一些背景知识,很难get到它们的创新点。我试着通过这篇文章进行一次背景知识的梳理。让我们先从最基本的问题开始:操作系统是怎么工作的?
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