ARM Linux上的系统调用代码分析

作者:linuxer 发布于:2017-2-20 18:54 分类:进程管理

当用户空间的程序调用swi指令发起内核服务请求的时候,实际上程序其实是完成了一次“穿越”,该进程从用户态穿越到了内核态。这个过程有点象周末你在家里看片,突然有些内急,随手按下了pause按键,电影里面的世界嘎然而止了。程序世界亦然,一个swi后,用户空间的代码执行暂停了、stack(用户栈)上的数据,正文段、静态数据区、heap去的数据……一切都停下来了,程序的执行突然就转入另外一个世界,使用的栈变成了内核栈、正在执行的正文段程序变成vector_swi开始的binary code、与之匹配数据区也变化了……

一切是怎么发生的呢?CPU只有一套而已,这里硬件做了哪些动作?软件又搞了什么鬼?穿越到另外的世界当然有趣,但是如何找到回来的路?这一切疑问希望能在这样的一篇文档中讲述清楚。

本文的代码来自4.4.6内核,用ARM处理器为例子描述。

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标签: ARM 系统调用

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进程切换分析(2):TLB处理

作者:linuxer 发布于:2017-2-9 12:05 分类:进程管理

进程切换是一个复杂的过程,本文不准备详细描述整个进程切换的方方面面,而是关注进程切换中一个小小的知识点:TLB的处理。为了能够讲清楚这个问题,我们在第二章描述在单CPU场景下一些和TLB相关的细节,第三章推进到多核场景,至此,理论部分结束。在第二章和第三章,我们从基本的逻辑角度出发,并不拘泥于特定的CPU和特定的OS,这里需要大家对基本的TLB的组织原理有所了解,具体可以参考本站的《TLB操作》一文。再好的逻辑也需要体现在HW block和SW block的设计中,在第四章,我们给出了linux4.4.6内核在ARM64平台上的TLB代码处理细节(在描述tlb lazy mode的时候引入部分x86架构的代码),希望能通过具体的代码和实际的CPU硬件行为加深大家对原理的理解。

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标签: TLB 进程切换

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进程切换分析(1):基本框架

作者:linuxer 发布于:2017-2-4 18:43 分类:进程管理

本文主要是以context_switch为起点,分析了整个进程切换过程中的基本操作和基本的代码框架,很多细节,例如tlb的操作,cache的操作,锁的操作等等会在其他专门的文档中描述。进程切换包括体系结构相关的代码和系统结构无关的代码。第二、三、四分别描述了context_switch的代码脉络,后面的章节是以ARM64为例子,讲述了具体进程地址空间的切换过程和硬件上下文的切换过程。

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标签: 进程切换 context_switch

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为什么会有文件系统(一)

作者:驴肉火烧 发布于:2017-1-17 20:56 分类:文件系统

Linux发展到现今,在fs目录下我们可以看到形形色色的文件系统,眼花缭乱的同时首先需要回答的问题是,为什么会有文件系统这个东西呢?我想如果能搞清楚这个问题,会帮助大家更好的理解文件系统,那么我就尝试着来模拟一次文件系统的演进过程,于是,我们来到了那一天,那天之前,人们还没有文件系统的概念。

友情提示 : 下面将在荒诞的场景下演进人类合理的诉求

神说,要有光,于是,光照大地

神说,要有风,于是,风动四方

神说,人类要记住神,于是,有了传说

神说,怕你们忘了,得记下来,于是,有了文字,信息被存储在石板上,竹片上,纸张上,硬盘里,flash中


当信息能存在硬盘中的时候,人类如获至宝,如此大的存储量,我们能装下全世界图书馆的馆藏,于是,我们想先放一套盗墓笔记进去。


好嘞,于是,我一个字一个字的将精彩的内容顺序存储在硬盘中,终于,全套的盗墓笔记被存储在硬盘中了,还没来得及高兴,就傻眼了,我不想看秦岭神树,怎么办,这并难不倒我,略加思索,就能想到解决方案,因为是顺序存储的,从开始的地方一直读下去,当恰好跳过秦岭神树章节内容的时候,就做一个标记,记录已经跳过的字节数,下次再看的时候,就直接读到硬盘对应的位置即可,经过一番努力,我找到了并把这个字节数写在了一张纸条上,以便下次可以直接读取,避免一次次的遍历。

后来,我开始有点不耐烦了,因为这张纸条里面的内容越来越多,比如最后一章的位置,终极第一次出现的位置等等,有时我甚至记不住我需要寻找的标记是否在纸条中了,终于有一天,这张纸条丢了,我只能呵呵并且从心底认为,仅仅是顺序存储无法满足我的需求,我需要管理这些内容。


我想,最起码我需要能把全套的盗墓笔记分为8本书吧,只要根据书名,比如邛楼石影,我就立刻能找到对应的内容,我立刻想到了最简单的解决方案,仍然使用顺序存储,只不过在内容录入的时候,给每本书分100MB的存储空间,这样我如果想看第7本,那么直接从600MB偏移开始即可,那么一套盗墓笔记只需要800MB就可以存储,但是,我很快又有了一个更优的方案,在每本书的100MB可用空间内,再进行细分,给每章节进行划分,假设每本书有50章,那么每章节就是2MB空间,这样每章节按照2MB对齐,我要找第6本书的第30章节,就是(500 + 29 * 2)MB 偏移,我甚至都有点洋洋自得了,简单的设计一下就可以再也不用依赖那张小纸条(已遗失)了。


但是,很快我又遇到了新的挑战,因为这块硬盘不是我的,开始说好的800MB没有了,我被要求只能使用8MB来存储全套的盗墓笔记,原先的设计继续使用,每章只能分到20KB,这样有些内容多的章节会越界,而有些内容少的章节又不够饱满,那些没有被利用起来的空间此时显得的是那么的珍贵,于是我开始了小心翼翼字斟句酌的重新设计。


看起来,顺序存储是最节约空间的,那么只有将小纸条(已遗失)的内容也存储在硬盘中了。于是,喝下一罐可乐后,我发觉将章节抽象成一个章节类是一个不错的注意,每个章节是该类的一个对象实例,类成员包括章节名称,章节起始位置,章节字数,每个对象都64字节对齐,这样400章的索引信息只需要25KB即可完成存储,我大大方方的将全部的章节类对象存储在8MB的前32KB区域,后面剩余的全部顺序存储内容,就这样,随着需求的不断增加,我的设计也渐渐开始有文件系统的影子了,尽管我并不知道,但是一切就这样发生了,是那么的自然。


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标签: 文件系统

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Linux MMC framework(1)_软件架构

作者:wowo 发布于:2017-1-10 22:24 分类:通信类协议

由[1]中MMC、SD、SDIO的介绍可知,这三种技术都是起源于MMC技术,有很多共性,因此Linux kernel统一使用MMC framework管理所有和这三种技术有关的设备。

本文将基于[1]对MMC技术的介绍,学习Linux kernel MMC framework的软件架构。

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标签: Linux Kernel 内核 架构 Architecture framework mmc

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Linux serial framework(1)_概述

作者:wowo 发布于:2016-12-12 22:04 分类:通信类协议

串口设备(serial or uart,后面不再区分)是TTY设备的一种,Linux kernel为了方便串口驱动的开发,在TTY framework的基础上,封装了一层串口框架(serial framework)。该框架尽可能的屏蔽了TTY有关的技术细节(比较难懂),驱动工程师在编写串口驱动的时候,只需要把精力放在串口以及串口控制器本身即可。

本文将通过对serial framework的简单分析,理解上面的概念,并掌握基于该框架编写串口驱动的方法和步骤。

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标签: Linux driver framework serial 框架 串口

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内存初始化代码分析(三):创建系统内存地址映射

作者:linuxer 发布于:2016-11-24 12:08 分类:内存管理

经过内存初始化代码分析(一)内存初始化代码分析(二)的过渡,我们终于来到了内存初始化的核心部分:paging_init。当然本文不能全部解析完该函数(那需要的篇幅太长了),我们只关注创建系统内存地址映射这部分代码实现,也就是解析paging_init中的map_mem函数。

同样的,我们选择的是4.4.6的内核代码,体系结构相关的代码来自ARM64。

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标签: create_mapping

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内存初始化代码分析(二):内存布局

作者:linuxer 发布于:2016-11-18 18:25 分类:内存管理

同样的,本文是内存初始化文章的一份补充文档,希望能够通过这样的一份文档,细致的展示在初始化阶段,Linux 4.4.6内核如何从device tree中提取信息,完成内存布局的任务。具体的cpu体系结构选择的是ARM64。

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标签: Memory 内存布局 layout

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内存初始化代码分析(一):identity mapping和kernel image mapping

作者:linuxer 发布于:2016-11-10 19:07 分类:内存管理

本文没有什么框架性的东西,就是按照__create_page_tables代码的执行路径走读一遍,记录在初始化阶段,内核是如何创建内核运行需要的页表过程。想要了解一些概述性的、框架性的东西可以参考内存初始化文档。

本文的代码来自ARM64,内核版本是4.4.6,此外,阅读本文最好熟悉ARMv8中翻译表描述符的格式。

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标签: __create_page_tables

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Linux TTY framework(5)_System console driver

作者:wowo 发布于:2016-10-29 22:43 分类:TTY子系统

由[1]中的介绍可知,Linux kernel的console框架,主要提供“控制台终端”的功能,用于:

1)kernel日志信息(printk)的输出。

2)实现基础的、基于控制台的人机交互。

本文将从console driver开发者的视角,介绍:console有关的机制;编写一个console驱动需要哪些步骤;从用户的角度怎么使用;等等。

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标签: Linux Kernel 内核 driver console

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