Linux kernel内存管理的基本概念

作者:wowo 发布于:2017-11-9 22:37 分类:内存管理

内存(memory)在Linux系统中是一种牵涉面极广的资源,上至应用程序、下至kernel和driver,无不为之魂牵梦绕。加上它天然的稀缺性,导致内存管理(Memory Management,简称MM)是linux kernel中非常重要又非常复杂的一个子系统。

重要性就不多说了,Kernel自有分寸。关于复杂性(鉴于Linux kernel优秀的抽象能力),应该不会被普通人(Linux系统的使用者、应用工程师、驱动工程师、轻量级的内核工程师)感知到才对。事实确实如此,Kernel屏蔽掉了大多数的实现细节,尽量以简单、易用的方式向其它模块提供memory服务。

不过呢,这个世界上没有完美的存在,kernel的内存管理也是如此,由于两方面的原因:一、众口难调,内存管理有关的需求实在太复杂了;二、CPU、Device和Memory之间纠结的三角恋(参考下面图片),导致它也(不得不)提供了很多啰里啰唆的、不易理解的功能(困扰了很多从入门级到资深级的linux软件工程师)。

memory_topology

图片1 CPU, Device and Memory

基于上面的原因,本站内存管理子系统发布了很多分析文章,以帮助大家理解内存管理有关的概念。不过到目前为止,还缺少一篇索引类的文章,从整体出发,理解Kernel内存管理所需要面对的软硬件局面、所要解决的问题,以及各个内存管理子模块的功能和意义。这就是本文的目的。

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标签: Linux Kernel 内核 内存管理 mm 概念

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Linux kernel scatterlist API介绍

作者:wowo 发布于:2017-10-13 22:20 分类:内存管理

我们在那些需要和用户空间交互大量数据的子系统(例如MMC[1]、Video、Audio等)中,经常看到scatterlist的影子。对我们这些“非英语母语”的人来说,初见这个词汇,脑袋瞬间就蒙圈了。scatter可翻译成“散开、分散”,list是“列表”的意思,因而scatterlist可翻译为“散列表”。“散列表”又是什么?太抽象了!

之所以抽象,是因为这个词省略了主语----物理内存(Physical memory),加上后,就好理解了多了,既:物理内存的散列表。再通俗一些,就是把一些分散的物理内存,以列表的形式组织起来。那么,也许你会问,有什么用处呢?

当然有用,具体可参考本文后续的介绍。

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标签: Linux Kernel 内核 scatterlist sg_table

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Linux reset framework

作者:wowo 发布于:2017-9-1 10:46 分类:电源管理子系统

大家都知道,复杂IC内部有很多具有独立功能的硬件模块,例如CPU cores、GPU cores、USB控制器、MMC控制器、等等,出于功耗、稳定性等方面的考虑,有些IC在内部为这些硬件模块设计了复位信号(reset signals),软件可通过寄存器(一般1个bit控制1个硬件)控制这些硬件模块的复位状态。

Linux kernel为了方便设备驱动的编写,抽象出一个简单的软件框架----reset framework,为reset的provider提供统一的reset资源管理手段,并为reset的consumer(各个硬件模块)提供便捷、统一的复位控制API。

reset framework的思路、实现和使用都非常简单、易懂(参考kernel有关的API--include/linux/reset-controller.h、include/linux/reset.h可知),不过麻雀虽小,五脏俱全,通过它可以加深对Linux kernel的设备模型、驱动框架、分层设计、provider/consumer等设计思想的理解,因此本文将对其进行一个简单的罗列和总结。

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标签: Linux Kernel 内核 framework reset

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Linux DMA Engine framework(2)_功能介绍及解接口分析

作者:wowo 发布于:2017-5-2 22:47 分类:Linux内核分析

从我们的直观感受来说,DMA并不是一个复杂的东西,要做的事情也很单纯直白。因此Linux kernel对它的抽象和实现,也应该简洁、易懂才是。不过现实却不甚乐观(个人感觉),Linux kernel dmaengine framework的实现,真有点晦涩的感觉。为什么会这样呢?

如果一个软件模块比较复杂、晦涩,要么是设计者的功力不够,要么是需求使然。当然,我们不敢对Linux kernel的那些大神们有丝毫怀疑和不敬,只能从需求上下功夫了:难道Linux kernel中的driver对DMA的使用上,有一些超出了我们日常的认知范围?

要回答这些问题并不难,将dmaengine framework为consumers提供的功能和API梳理一遍就可以了,这就是本文的目的。当然,也可以借助这个过程,加深对DMA的理解,以便在编写那些需要DMA传输的driver的时候,可以更游刃有余。

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标签: Linux Kernel 内核 API dma engine

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Linux DMA Engine framework(1)_概述

作者:wowo 发布于:2017-3-30 22:01 分类:Linux内核分析

前面文章介绍“Linux MMC framework”的时候,涉及到了MMC数据传输,进而不可避免地遭遇了DMA(Direct Memory Access)。因而,择日不如撞日,就开几篇文章介绍Linux的DMA Engine framework吧。

本文是DMA Engine framework分析文章的第一篇,主要介绍DMA controller的概念、术语(从硬件的角度,大部分翻译自kernel的document[1])。之后,会分别从Provider(DMA controller驱动)和Consumer(其它驱动怎么使用DMA传输数据)两个角度,介绍Linux DMA engine有关的技术细节。

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标签: Linux Kernel 内核 framework dma engine

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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 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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X-015-KERNEL-ARM generic timer driver的移植

作者:wowo 发布于:2016-11-2 22:31 分类:X Project

本文将基于“Linux时间子系统之(十七):ARM generic timer驱动代码分析[1]”,以bubblegum-96平台为例,介绍ARM generic timer的移植步骤。

另外,我们在[2]中完成了ARM GIC驱动的移植,但还没有测试是否可用。刚好借助timer驱动,测试GIC是否可以正常工作,顺便理解Interrupt的使用方法。

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标签: Linux Kernel 内核 timer porting generic

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X-014-KERNEL-ARM GIC driver的移植

作者:wowo 发布于:2016-10-31 22:23 分类:X Project

X Project”完成“X-012-KERNEL-serial early console的移植”之后,终止在如下的kernel panic中:

NR_IRQS:64 nr_irqs:64 0
Kernel panic - not syncing: No interrupt controller found.
---[ end Kernel panic - not syncing: No interrupt controller found.

结果很明显,系统中没有注册中断控制器。因此,本文将以“Bubbugum-96”平台为例,介绍ARM GIC驱动的移植步骤,顺便继续加深对device tree的理解和认识。

注1:由于“Bubbugum-96”的GIC符合ARM标准,Linux kernel中相关的驱动是现成的,因此GIC驱动的移植就非常简单了,只要配置一下device tree即可。

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标签: Linux Kernel 内核 driver porting 移植

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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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