◆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
随着计算机技术的飞速发展,Linux操作系统作为开源领域的佼佼者,已经深入到了各个应用场景之中。在Linux系统中,内核与用户空间之间的交互是核心功能之一,而设备驱动则是实现这一交互的关键环节。然而,传统的设备驱动开发往往受限于内核空间的限制,无法充分发挥用户空间程序的灵活性和性能优势。为了解决这个问题,Linux内核引入了UIO(Userspace I/O)驱动模型。
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。
之前一直对 Binder 理解不够透彻,仅仅知道一些皮毛,所以最近抽空深入理解一下,并在这里做个小结。
Linux 已经提供了管道、消息队列、共享内存和 Socket 等 IPC 机制。那为什么 Android 还要提供 Binder 来实现 IPC 呢?主要是基于性能、稳定性和安全性几方面的原因。
主要是驱动设备的初始化(binder_init),打开 (binder_open),映射(binder_mmap),数据操作(binder_ioctl)。
在云计算时代,虚拟机和容器已经成为标配。它们背后的网络管理都离不开一样东西,就是虚拟网络设备,或者叫虚拟网卡,tap/tun 就是在云计算时代非常重要的虚拟网络网卡。
开发过单片机的小伙伴可以看一下我之前的一篇文章从单片机开发到linux内核驱动,以浅显易懂的方式带你敲开Linux驱动开发的大门。
我们知道,linux系统中用户空间和内核空间是隔离的,用户空间程序不能随意的访问内核空间数据,只能通过中断或者异常的方式进入内核态,一般情况下,我们使用copy_to_user和copy_from_user等内核api来实现用户空间和内核空间的数据拷贝,但是像显存这样的设备如果也采用这样的方式就显的效率非常底下,因为用户经常需要在屏幕上进行绘制,要消除这种复制的操作就需要应用程序直接能够访问显存,但是显存被映射到内核空间,应用程序是没有访问权限的,如果显存也能同时映射到用户空间那就不需要拷贝操作了,于是字符设备中提供了mmap接口,可以将内核空间映射的那块物理内存再次映射到用户空间,这样用户空间就可以直接访问不需要任何拷贝操作,这就是我们今天要说的0拷贝技术。
资料中,难免会有一些错误,有任何问题,都可以在github向我提交issue。文中的勘误,我都会更新在github中。点击阅读原文可以直达github。
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。
此类驱动适合于大多数简单的硬件设备。比如并口打印机,我们通过在/dev下建立一个设备文件(如/dev/printer)来访问它。
除了读取和写入设备外,大部分驱动程序还需要另外一种能力,即通过设备驱动程序执行各种类型的硬件控制。比如弹出介质,改变波特率等等。这些操作通过ioctl方法支持,该方法实现了同名的系统调用。
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。
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。
Linux操作系统的启动过程是一个复杂而精密的流程,涉及到多个阶段和组件。本文将对Linux启动流程进行深入探讨,并对比不同发行版之间的一些差异。我们将关注从Bootloader开始一直到用户空间初始化的整个过程。
这篇文章我酝酿了很久,参考了很多资料,读了很多源码,却依旧不敢下笔。生怕自己理解上还有偏差,对大家造成误解,贻笑大方。又怕自己理解不够透彻,无法用清晰直白的文字准确的表达出 Binder 的设计精髓。直到今天提笔写作时还依旧战战兢兢。
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Android 安全架构的理解不仅帮助我了解 Android 的工作原理,而且为我开启了如何构建移动操作系统和 Linux 的眼界。 本章从安全角度讲解 Android 架构的基础知识。 在第 1.1 节中,我们会描述 Android 的主要层级,而第 1.2 节给出了在此操作系统中实现的安全机制的高级概述。
linux操作系统包含了五种IO模型,各种上层编程语言或者网络编程框架的上层实现都是基于操作系统的这些IO实现来实现的。
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
本文列举四个比较经典的 Linux 收包引擎,如果还有其他你觉得ok的可以留言。这四个分别是:
理解Linux内核最好预备的知识点 Linux内核的特点 Linux内核的任务 内核的组成部分 哪些地方用到了内核机制? Linux进程 Linux创建新进程的机制 Linux线程 内核线程 地址空间与特权级别 虚拟地址与物理地址 特权级别(Linux的两种状态) 系统调用 设备驱动程序、块设备和字符设备 网络 文件系统
Android作为移动端操作系统,传统的Linux进程间通信机制不满足于Android,所以开发了一套新的IPC机制,就是Binder机制。
学习安卓的架构,是从操作系统的角度理解安卓。安卓使用Linux内核,但安卓的架构又与常见的Linux系统有很大的区别。我们先来回顾一下传统的Linux架构,再来看安卓的变化。 Linux系统架构 先来
本章介绍所有的关于模块和内核编程的关键概念,通过一个 hello world 模块来认识驱动加载的流程及相关细节。
最近接着介绍安卓系统安全知识,Android安全主要由系统框架实现,开发者构建设计,到用户授权三大方面组成。本系列将从安卓系统框架设计,到用户权限管理,到最后的应用安全签名等全面介绍,这个过程中,有转载,译文,当然关键的也有原创,有兴趣的可以继续关注。
Linux内核分为CPU调度、内存管理、网络和存储四大子系统,针对硬件的驱动成百上千。代码的数量更是大的惊人。
PF_RING是Luca Deri发明的提高内核处理数据包效率,并兼顾应用程序的补丁,如Libpcap和TCPDUMP等,以及一些辅助性程序(如ntop查看并分析网络流量等)。PF_RING是一种新型的网络socket,它可以极大的改进包捕获的速度。并且有如下特征:
Binder是Android系统进程间通信(IPC)方式之一。Linux已经拥有的进程间通信IPC手段包括(Internet Process Connection): 管道(Pipe)、信号(Signal)和跟踪(Trace)、插口(Socket)、报文队列(Message)、共享内存(Share Memory)和信号量(Semaphore)。本文详细介绍Binder作为Android主要IPC方式的优势。 Binder机制概述: 基于Client-Server的通信方式广泛应用于从互联网和数据库访问到嵌
c/s架构,客户端要找得到服务端。 Binder使用Client-Server通信方式:一个进程作为Server提供诸如视频/音频解码,视频捕获,地址本查询,网络连接等服务;多个进程作为Client向Server发起服务请求,获得所需要的服务。要想实现Client-Server通信据必须实现以下两点:一是server必须有确定的访问接入点或者说地址来接受Client的请求,并且Client可以通过某种途径获知Server的地址;二是制定Command-Reply协议来传输数据。例如在网络通信中Server的访问接入点就是Server主机的IP地址+端口号,传输协议为TCP协议。对Binder而言,Binder可以看成Server提供的实现某个特定服务的访问接入点, Client通过这个‘地址’向Server发送请求来使用该服务;对Client而言,Binder可以看成是通向Server的管道入口,要想和某个Server通信首先必须建立这个管道并获得管道入口。
为了保证 安全性 & 独立性,一个进程 不能直接操作或者访问另一个进程,即Android的进程是相互独立、隔离的
V4L2英文全称是Video for Linux2,它是专门为视频设备设计的内核驱动。在做视频的开发中,一般我们操控V4L2的设备节点就可以直接对摄像头进行操作。通常V4L2在Linux的设备节点是**/dev/video0**。无论是MIPI摄像头还是UVC摄像头,它们底层默认操作的都是/dev/video0的节点。
IPC全名为inter-Process Communication,含义为进程间通信,是指两个进程之间进行数据交换的过程。在Android和Linux中都有各自的IPC机制,这里分别来介绍下。
目前我们网络所面临的依然是高并发的问题,就像某cat双11时的情况,瞬间的并发量是惊人的,当然我们会有很多种方法去解决这个问题,本文我们谈论的是单台服务器,如何提高自己对并发请求的处理能力。要想解决这个问题,我们需要先理清楚Unix和类Unix系统的I/O模型。
这种技术是出现在 IO 操作上的, IO 操作会大量消耗 CPU 的性能,为什么说 IO 操作很容易成为性能瓶颈呢,每一个的 IO 操作都会涉及到操作系统的内核空间和用户空间的转换,真正执行的 IO 操作实际上是在操作系统的内核空间进行。无论是 文件IO ,还是 网络IO ,最后都可以统一为用户空间和内核空间数据的交换。计算机中内存和 CPU 都是非常稀有的资源,应该尽可能提高这些资源的使用效率。 IO 操作经常需要与磁盘就行交互,所以 IO 操作相比于 CPU 的速度要慢好几个数量级。利用这两者之间的速度差异,就可以实现不同种类的 IO 方式,也就是俗称的 IO模型。
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前几期的分享,我们站在编码视角去聊 Java IO,旨在理解与编码,本次从 Linux 操作系统层面了解一下 IO 模型,这样方能做到知其然,知其所以然。
众所周知,Binder是Android系统中最主要的进程间通信套件,更具体一点,很多文章称之为Binder驱动,那为什么说它是一个驱动呢,驱动又是何物,让我们自底向上,从内核中的Binder来一步步揭开它的面纱。本文重点在帮助读者对于Binder系统有一个简略的了解,所以写得比较笼统,后续文章会详细分析。
总体而言,Linux操作系统是一个强大、灵活且可定制的操作系统,广泛应用于服务器、嵌入式系统、超级计算机等各种领域。
操作系统是软件,软件运行在内存中。运行在内存中的操作系统由两部分组成:用户空间,内核空间;
众所周知,Linux 是 C 语言的代言人。但是,时代变了,Rust 正在兴起并赢得越来越多人的支持,它开始逐渐扮演 Linux 系统语言的角色。 在 2020 年 Linux Plumbers 峰会上,开发人员认真考虑过将 Rust 语言用于 Linux 内联代码的想法。此外,已经有很多 Linux 中的 Rust 内容被推向市场。比如,AWS 在 2020 年发布了 Bottlerocket,这是一种专为运行容器而打造的基于 Linux 的开源操作系统,其中包含大量的 Rust 代码。 另一个例子则与
现在操作系统都是采用虚拟存储器,操作系统的核心是内核,独立于普通的应用程序,可以访问受保护的内存空间,也有访问底层硬件设备的所有权限。为了保证用户进程不能直接操作内核(kernel),保证内核的安全,操作系统将虚拟内存划分为两部分,一部分为内核空间,一部分为用户空间。对于32位操作系统,它的寻址空间(虚拟存储空间)为4G(2的32次方),linux操作系统中将最高的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)供各个用户进程使用,称为用户空间。
本文通过在荔枝派上实现一个 hello 驱动程序,其目的是深入的了解加载驱动程序的运作过程。
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