Linux内核分析 - 蜗窝科技

Linux调度器：用户空间接口

作者：linuxer 发布于：2017-3-10 18:50 分类：进程管理

Linux调度器神秘而充满诱惑，每个Linux工程师都想深入其内部一探究竟。不过中国有一句古话叫做“相由心生”，一个模块精巧的内部逻辑（也就是所谓的“心”）其外延就是简洁而优雅的接口（我称之为“相”）。通过外部接口的定义，其实我们也可以收获百分之六七十的该模块的内部信息。因此，本文主要描述Linux调度器开放给用户空间的接口。

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标签: 调度器进程管理

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Linux MMC framework(2)_host controller driver

作者：wowo 发布于：2017-3-8 21:33 分类：通信类协议

本文是Linux MMC framework的第二篇，将从驱动工程师的角度，介绍MMC host controller driver有关的知识，学习并掌握如何在MMC framework的框架下，编写MMC控制器的驱动程序。同时，通过本篇文章，我们会进一步的理解MMC、SD、SDIO等有关的基础知识。

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标签: Linux Kernel 内核 driver mmc host

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Linux系统如何标识进程？

作者：linuxer 发布于：2017-2-23 19:10 分类：进程管理

其实两年前，本站已经有了一篇关于进程标识的文档，不过非常的简陋，而且代码是来自2.6内核。随着linux container、pid namespace等概念的引入，进程标识方面已经有了天翻地覆的变化，因此我们需要对这部分的内容进行重新整理。

本文主要分成四个部分来描述进程标识这个主题：在初步介绍了一些入门的各种IDs基础知识后，在第三章我们描述了pid、pid number、pid namespace等基础的概念。第四章重点描述了内核如何将这些基本概念抽象成具体的数据结构，最后我们简单分析了内核关于进程标识的源代码（代码来自linux4.4.6版本）。

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标签: 进程ID

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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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