操作系统属于软件范畴,负责管理系统的硬件资源。OS具备的功能:1.为应用程序提供执行环境。2.为多用户和应用程序管理计算机的硬件资源。3.虚拟化功能。4.支持并发。
我们以用户通过网络读取一个本地磁盘上文件为例,在说零拷贝之前,我们先要说说一个普通的IO操作是怎样做的
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。
linux的kernel内核外是系统调用,系统调用外是shell、库函数,而应用程序则在最外层
当谈到系统调用(system call)时,我们首先映入脑海的差不多就是软中断、内核态、用户态。开宗明义第一章,我想让大家先要重新认识一下『系统调用』这个词。
大家周末好,今天给大家继续分享linux内核学习。上次讲解到linux内核启动分析的前期准备,还没有去分析linux内核具体启动分析过程,这里我换一种方式来分享,在linux启动后,linux系统接下来会如何进行工作?然后再反过来具体分析linux内核启动过程,启动过程会设计到一些汇编语言,以及这个时候去具体分析c语言代码的话,就真正考验c语言的功底的时候到了;同时c语言的基本功,大家可以去看我以前学习c语言的一些常用c语言用法,我把它搞成了专辑,方便大家查看。
这本书属于学习Linux内核原理必读推荐书目之一!对Linux内核的设计原理进行了细致的说明,也有具体实现部分的介绍,结合源码能很好的理解Linux内核;
大家好,今天给大家分享一下我个人学习Linux内核的总结,由于新的内核版本太过于庞大,说实话,啃不动,然借鉴前人的建议,故开始从早期的Linux0.11版本开始学习。
Wasm 最初是以浏览器安全沙盒为目的开发的,发展到目前为止,WebAssembly 已经成为一个用于云原生软件组件的高性能、跨平台和多语言软件沙箱环境,Wasm 轻量级容器也非常适合作为下一代无服务器平台运行时。另一个令人兴奋的趋势是 eBPF 的兴起,它使云原生开发人员能够构建安全的网络、服务网格和多种可观测性组件,并且它也在逐步渗透和深入到内核的各个组件,提供更强大的内核态可编程交互能力。
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Linux虚拟内存的大小为2^32(在32位的x86机器上),内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节(从虚地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为“内核空间”。而较低的3G字节(从虚地址0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间”。也就是说,在这4G的内存中,0-3G是给用户留下的用户空间,这段空间是各个进程独立,无法互相访问的,3-4G是进程的内核空间,每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核空间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字节的虚拟地址空间(也叫虚拟内存)。
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。
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。
本系列将按照类别对题目进行分类整理,重要的地方标上星星,这样有利于大家打下坚实的基础。
eBPF 是一项革命性的技术,起源于 Linux 内核,可以在操作系统的内核中运行沙盒程序。它被用来安全和有效地扩展内核的功能,而不需要改变内核的源代码或加载内核模块。eBPF 通过允许在操作系统内运行沙盒程序,应用程序开发人员可以在运行时,可编程地向操作系统动态添加额外的功能。然后,操作系统保证安全和执行效率,就像在即时编译(JIT)编译器和验证引擎的帮助下进行本地编译一样。eBPF 程序在内核版本之间是可移植的,并且可以自动更新,从而避免了工作负载中断和节点重启。
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?
以内核代码 v0.11 和 v3.4.2 版本源码对 Linux 内核相关知识进行学习,由浅入深逐步掌握 Linux 内核。本文记录 Linux 操作系统结构与功能流程的学习。
Linux内核一直是实现监控/可观测性、网络和安全功能的理想地方,但是直接在内核中进行监控并不是一个容易的事情。在传统的Linux软件开发中,实现这些功能往往都离不开修改内核源码或加载内核模块。修改内核源码是一件非常危险的行为,稍有不慎可能便会导致系统崩溃,并且每次检验修改的代码都需要重新编译内核,耗时耗力。
Linux内核一直是实现监控/可观测性、网络和安全功能的理想地方, 但是直接在内核中进行监控并不是一个容易的事情。在传统的Linux软件开发中, 实现这些功能往往都离不开修改内核源码或加载内核模块。修改内核源码是一件非常危险的行为, 稍有不慎可能便会导致系统崩溃,并且每次检验修改的代码都需要重新编译内核,耗时耗力。
零拷贝是老生常谈的问题啦,大厂非常喜欢问。比如Kafka为什么快,RocketMQ为什么快等,都涉及到零拷贝知识点。最近技术讨论群几个伙伴分享了阿里、虾皮的面试真题,也都涉及到零拷贝。因此本文将跟大家一起来学习零拷贝原理。
在前一章节中,我们了解了DMA技术在文件传输中的重要性,并简要介绍了零拷贝技术。为了提高文件传输的性能,我们需要减少用户态与内核态之间的上下文切换次数以及内存拷贝次数。本章将深入探讨零拷贝技术的优化方法,让我们一起走进零拷贝的优化之路!
1、高位地址:栈(存放着局部变量和函数参数等数据),向下生长 (可读可写可执行)
因为图片比较大,压缩的比较厉害,所以很多细节都看不清了,我单独传了一份到github上,想要原版图片的,可以点击下方的链接,来访问github:
Linux操作系统(包括Android)之所以可以运行丰富的应用程序,是因为背后有着内存管理和进程调度的支撑,个人觉得这两点也是所有OS的精华。掌握内存管理和进程调度对以后站在全局的角度去分析调试问题很有帮助。
C/C++程序为编译后的二进制文件,运行时载入内存,运行时内存分布由代码段、初始化数据段、未初始化数据段、堆和栈构成,如果程序使用了内存映射文件(比如共享库、共享文件),那么包含映射段。Linux环境程序典型的内存布局如图1-5所示。
Kafka之所以那么快,其中一个很大的原因就是零拷贝(Zero-copy)技术,零拷贝不是kafka的专利,而是操作系统的升级,又比如Netty,也用到了零拷贝。下面我就画图讲解零拷贝,如果对你有帮助请点个赞支持。
1)分配sk_buff内存给每个数据包,并在数据包传送到用户态时释放内存。这个过程需要消耗大量的总线cycle(从CPU传输数据到内存);
在高执行级别下,代码可以执行特权指令,访问任意的物理地址,这种CPU执行级别就对应着内核态。
Linux内核中使用 task_struct 结构来表示一个进程,这个结构体保存了进程的所有信息,所以它非常庞大,在讲解Linux内核的进程管理,我们有必要先分析这个 task_struct 中的各项成员
压测过程中很重要的一点是观察cpu的各项指标,比如说cpu idel、user、cpu.load等,这些指标也间接反映了一个系统的抗压能力(容量)。 在linux内核中,每个进程都会被分配一个固定的时间片,默认是10ms,在这10ms中,该进程享有cpu的使用权,如果该进程用完了10ms,或者有其他优先级高的进程发出请求,系统会触发一个中断,内核重新接管cpu,内核分配cpu给其他进程。 cpu的使用时主要分为用户态、内核态,对于使用率来说主要分为用户态、系统态、空闲态。
内核空间——存放的是整个内核代码和所有内核模块,以及内核所维护的数据。 用户空间——用户程序的代码和数据。
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内核文档Documentation/arm64/memory.rst描述了ARM64 Linux内核空间的内存映射情况,应该是此方面最权威文档。
F-Stack是一个全用户态(kernel bypass)的高性能的网络接入开发包,基于DPDK、FreeBSD协议栈、微线程接口等,适用于各种需要网络接入的业务,用户只需要关注业务逻辑,简单的接入F-Stack即可实现高性能的网络服务器。 本文介绍F-Stack的详细架构及如何解决内核协议栈面临的问题。 传统内核协议栈的性能瓶颈 在传统的内核协议栈中,网络包处理存在诸多瓶颈,严重影响网络包的收发性能。性能瓶颈主要包括以下几个方面 局部性失效 - 一个数据包的处理可能跨多个CPU核心、缓存失效、NUM
本文主要介绍 Armv8/v9 指令集架构中常用部分,详细的还是要看 Arm architecture reference manual.
自从上次修改backlog之后, Silly的IO能力,就一直以少量(约4~6K)的差距落后于redis,却一直找不到原因。
在开始介绍go sys call 库之前先介绍下Linux syscall的几个概念
我们可以把内核想象成一个服务器,专门响应各种请求。这些请求可以是CPU上正在运行的进程发起的请求,也可以是外部的设备发起的中断请求。所以说,内核并不是串行运行,而是交错执行。既然是交错执行,就会产生竞态条件,我们可以采用同步技术消除这种竞态条件。
过去,CPU的地址总线只有32位, 32的地址总线无论是从逻辑上还是从物理上都只能描述4G的地址空间(232=4Gbit),在物理上理论上最多拥有4G内存(除了IO地址空间,实际内存容量小于4G),逻辑空间也只能描述4G的线性地址空间。
◆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
操作系统内核提供 read(系统调用),读文件描述符 一个client连接就是一个文件描述符fd socket为阻塞的,socket产生的文件描述符,如左边的fd8,当数据包没到的时候,上面左边read不能返回,阻塞着。 即有一个client连接,就需要开一个进程(或者线程),读这个连接,有数据就处理,没数据就阻塞着。
零拷贝作用 : 在网络编程中 , 如果要进行性能优化 , 肯定要涉及到零拷贝 , 使用零拷贝能极大的提升数据传输性能 ;
万物互联和大数据技术的发展,让我们的生活更加活色生香,其背后离不开安全、稳定可靠的服务器系统。
该文介绍了中断和异常的基本概念、分类,以及Linux 中中断和异常的处理方式,包括硬件中断、软件中断和异常的分类和处理。
相信各位同学都听说过一个建议,就是系统调用比函数调用开销大很多,要尽量减少系统调用的次数,以提高你的代码的性能。那么问题来了,我们是否可以给出量化的指标。一次系统调用到底要多大的开销,需要消耗掉多少CPU时间?
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