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不过，到了2002年，Linux系统已经发展了十年了，代码库之大让Linus很难继续通过手工方式管理了，社区的弟兄们也对这种方式表达了强烈不满，于是Linus选择了一个商业的版本控制系统BitKeeper，BitKeeper的东家BitMover公司出于人道主义精神，授权Linux社区免费使用这个版本控制系统。用于修改或更新上一次提交的命令。Linus虽然创建了Linux，但Linux的壮大是靠全世界热心的志愿者参与的，这么多人在世界各地为Linux编写代码，那Linux的代码是如何管理的呢？
2025-10-24 05:40:41
964
原创 页交换原理
概念大小作用管理结构Slot4KB存储一个页面swap_map[]Cluster连续slot组，优化分配Slot是物理存储单元Cluster是逻辑管理单元通过cluster提高局部性、减少碎片、支持并发类似文件系统中的"块"和"簇"的关系特性位置磁盘/文件第一页内核内存数量每个swap设备一个每个活动swap一个生命周期持久化swapon到swapoff作用设备标识和配置运行时管理关系源数据从header初始化。
2025-10-16 06:31:08
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原创 内存映射补充
文件页缓存是 Linux 内核用内存缓存磁盘文件数据的一种机制，用来加快文件读写，减少磁盘 I/O。它是进程文件访问和底层块设备之间的重要中间层。操作文件页缓存用户空间是否 copymmap+ 缺页访问直接映射同一物理页页表指向页缓存无拷贝（零拷贝）read页缓存中取数据复制到用户buf有拷贝write从用户buf拷贝到页缓存页缓存标记脏页有拷贝。
2025-09-19 05:45:58
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原创 巨型页实战
匿名 HugeTLB 映射直接用。不需要文件系统（hugetlbfs但依赖预留的池子。基于 hugetlbfs 的映射通过。更灵活，适合文件共享场景。普通页 (4KB)：延迟分配，缺页异常时才分配。显式巨型页 (HugeTLB)mmap阶段立即分配，且必须一次性分配整个大页。透明巨型页 (THP)：最初按 4KB 分配，后台尝试合并成大页。应用程序调用 mmap()│├── 普通页 (4KB)│ mmap: 只建立 VMA（不分配物理页）│ ↓。
2025-09-17 05:33:27
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原创 不连续页分配器补充
用户态用malloc()（底层 brk/mmap），本质是修改虚拟内存布局，缺页时通过 **伙伴系统 **分配物理页；内核态直接用kmalloc()（小块）、vmalloc()（大块，物理不连续）。内核线程没有独立的页表，它们不会切换到某个“内核专用页表”。调度到内核线程时，Linux 内核会让它们 借用上一个进程的页表（通过active_mm），只使用其中的内核地址映射部分。由于所有进程的内核区页表一致，内核线程就能安全运行。
2025-09-08 06:49:43
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原创 slab分配器补充
字段解释第一部分：对象统计nameslab 缓存的名字（例如 , , 等）。active_objs当前正在使用（已分配）的对象数量。num_objs当前 cache 中的对象总数（包括已分配和未分配的）。objsize每个对象的大小（字节数）。objperslab每个 slab 中能容纳的对象数量。（slab = 若干页的内存块，里面被切分成 个对象）。pagesperslab每个 slab 占用的物理页数。第二部分：tunables（可调参数）这些字段和 （CPU
2025-09-08 06:48:40
987
原创 伙伴分配器补充
可移动页 (MIGRATE_MOVABLE)用户进程的匿名页 (匿名内存)、文件缓存页（page cache）等。它们被 swap-out 或从文件重新读入后，可以放到别的物理页。所以这些页是“可移动的”。不可移动页 (MIGRATE_UNMOVABLE)内核数据结构、页表、一些 slab 分配的对象。这些数据与内核内部指针直接绑定，没法整体迁移到其他物理页。可回收页 (MIGRATE_RECLAIMABLE)比如 slab 中的 dentry cache、inode cache。
2025-09-01 09:06:04
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原创 物理内存组织结构
目前多处理器系统主要有两种体系结构。（1））：指内存被划分成多个内存节点的多处理器系统，访问一个内存节点花费的时间取决于处理器和内存节点的距离。每个处理器有一个本地内存节点，处理器访问本地内存节点的速度比访问其他内存节点的速度快。（2））：即一致内存访问（Uniform Memory Access，），所有处理器访问内存花费的时间是相同的。每个处理器的地位是平等的，仅在内核初始化的时候不平等：“0号处理器作为引导处理器负责初始化内核，其他处理器等待内核初始化完成。
2025-08-21 09:03:45
318
原创 内存映射原理（mmap）
VMA 是抽象描述，页表才是真正的映射。延迟分配物理内存：按需分配，访问才分配（缺页中断）。文件映射与页缓存绑定：多个进程可共享缓存。COW 保证 MAP_PRIVATE 的写时隔离。设备映射需要特殊处理（页不在页缓存）。mmap和DMA结合使用（后续补充）
2025-08-18 11:40:55
483
原创 内核地址空间布局
参考资料用户进程的虚拟地址空间由mm_struct描述。但内核虚拟地址空间的管理方式则完全不同——它没有一个统一的结构体像mm_struct那样去描述整个内核空间。以下是Linux在ARM64处理器架构下的UL<<UL<<1UL1<<UL??PAGE_ALIGN4UL1<<30structpageUL1<<1PCI_IO_END<<内核镜像。
2025-08-11 16:49:13
843
原创 用户虚拟地址空间布局
因为目前应用程序没有那么大的内存需求，所以ARM64处理器完全的64位虚拟地址。虚拟地址的最大宽度一般是48位（ARMv8.2+支持52位ARM64架构内核/用户虚拟地址空间划分如下图（假设虚拟地址的宽度是48位）：在编译ARM64架构的Linux内核时，可以虚拟地址（1）如果选择页长度4KB，默认的虚拟地址宽度是39位。（2）如果选择页长度16KB，默认的虚拟地址宽度是47位。（3）如果选择页长度64KB，默认的虚拟地址宽度是42位。（4）可以选择48位虚拟地址。通过或者查询页大小。
2025-08-11 16:48:28
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原创 SMP调度机制
目前多处理器系统有三种体系结构。（1））：指内存被划分成多个内存节点的多处理器系统，访问一个内存节点花费的时间取决于处理器和内存节点的距离。每个处理器有一个本地内存节点，处理器访问本地内存节点的速度比访问其他内存节点的速度快。（2））：即一致内存访问（Uniform Memory Access，），所有处理器访问内存花费的时间是相同的。每个处理器的地位是平等的，仅在内核初始化的时候不平等：“0号处理器作为引导处理器负责初始化内核，其他处理器等待内核初始化完成。
2025-08-11 16:47:14
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原创 进程间通信组件实现
AIO（Asynchronous I/O）和NIO（Non-blocking I/O）是两种高性能I/O模型，主要用于解决高并发场景下的I/O效率问题。数据流通道，允许相关进程（通常有父子关系）进行通信。在 Linux 内核中，设备模块是驱动硬件的核心组件，它们通过标准化的接口与内核交互。管道（Pipe）是 Linux 中最经典的进程间通信（IPC）机制之一，它提供了一种。因为大量网络IO，使用AIO的话会有大量的内核->用户空间的调用，命名管道，可用于任意进程间通信。，实现一个进程间通信组件。
2025-07-21 05:27:24
657
原创 用户态文件系统fuse
FUSE（Filesystem in Userspace）是一种让非特权用户在用户空间实现文件系统的机制。文件系统的逻辑实现不在内核态运行，而是在用户态运行，通过与内核中的 FUSE 模块通信实现文件操作的响应。
2025-07-03 09:07:31
1019
原创 调度器之任务分组
我们先看以下两种场景。（1）执行（选项表示同时执行 10 条命令），编译 Linux 内核，同时运行视频播放器，如果给每个进程平均分配 CPU 时间，会导致视频播放很卡。（2）用户 1 启动 100 个进程，用户 2 启动 1 个进程，如果给每个进程平均分配 CPU 时 间，用户 2 的进程只能得到不到 1%的 CPU 时间，用户 2 的体验很差。怎么解决呢？把进程分组。
2025-07-03 09:06:22
944
原创 进程生命周期
Linux是多任务操作系统，系统中的每个进程能够分时复用CPU时间片，通过有效的进程调度策略实现多任务并行执行。进程在被CPU调度运行，等待CPU资源分配以及等待外部事件时会处于不同的状态。
2025-05-30 09:43:14
429
原创 内核进程基础
操作系统作为硬件的使用层，提供使用硬件资源的能力；进程作为操作系统的使用层，提供使用操作系统抽象出的资源层的能力。进程：是指计算机中已运行的程序。进程本身不是基本的运行单位，而是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序(指令和数据)的真正运行实例。Linux内核把进程叫做（任务），进程的虚拟地址空间可分为和，所有进程内核虚拟地址空间(内核页表全局唯一)，每个进程有的用户虚拟地址空间。进程有两种特殊的形式：没有用户虚拟地址空间的进程叫；共享用户虚拟地址空间的进程叫。
2025-05-30 09:42:30
344
原创 RCU（Read-Copy Update）
为什么需要RCU？在Linux内核中，虽然已经有多种互斥机制（如、原子操作、等），但这些机制在某些场景下可能会成为性能瓶颈。是一种特殊的同步机制，主要用于解决读多写少的场景下的性能问题。RCU对于读多写少场景，性能比等都要高。它的设计目标是最大限度地减少读操作的开销，同时保证数据的一致性。为什么需要RCU？传统互斥机制的问题锁的开销：传统的锁机制（如）在读写冲突时会导致性能下降，尤其是在读多写少的场景中。读操作需要加锁，即使没有写操作，也会引入额外的开销。
2025-05-30 09:37:20
1042
原创 内存屏障技术
程序在执行时，指令一般不按照源程序顺序执行，原因是为提高程序执行性能，会对它进行优化，主要为两种：编译器优化和CPU执行优化，可能会导致内存访问乱序。内存屏障(Memory Barrier)是一种保证内存访问顺序的方法，用来解决下面这些内存访问乱序问题。1）编译器编译代码时可能汇编指令，使编译出来的程序在处理器上运行更快，但是有时候优化的结果可能不符合程序员的意图，导致程序运行过程中出现问题。2）现代的处理器采用（每个流水线阶段能同时执行多条指令）和，能够在一个时钟周期并行执行多条指令。
2025-05-30 09:34:27
472
原创 每处理器变量和每处理器计数器
void __percpu_counter_add(struct percpu_counter *fbc, s64 amount, s32 batch) // batch即阈值s64 count;// 禁止内核抢占// 读取当前CPU的计数器值并计算新值if (count >= batch || count <= -batch) { // 当前CPU计数值超过阈值的情况// 将当前CPU的累计值加到全局count// 重置当前CPU的计数值} else {参考资料。
2025-05-30 09:33:08
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原创 内核抢占、进程和中断互斥
内核抢占是指当进程在内核模式下运行的时候可以被其他进程抢占，编译内核时打开配置宏则允许内核抢占。抢占是指当进程在内核模式下运行的时候可以被其他进程抢占，如果优先级更高的进程处于就绪状态，强行剥夺当前进程的处理器使用权。
2025-05-30 09:27:57
311
原创 内核读写锁
内核自旋锁spinlock_t的一个不足就是没有区分读者和写着，即使多个读者之间也会进行竞争。内核实际是，从自旋锁衍生而来，是对自旋锁的改进，区分读者和写者，允许多个读者同时进入临界区，读者和写者互斥，写者和写者互斥。如果读者占有读锁，写者申请写锁的时候自旋等待。如果写者占有写锁，读者申请读锁的时候自旋等待。
2025-03-31 16:49:06
449
原创 内核自旋锁
自旋锁用于处理器之间的互斥，适合保护很短的临界区，并且。申请自旋锁的时候，如果自旋锁被其他处理器占有，本处理器(也称为内核的自旋锁是(queuedspinlock，也称为"FIFO ticket spinlock"，票号锁),算法类似于银行柜台的排队叫号。（1）锁拥有，服务号是当前占有锁的进程的排队号。（2）每个进程申请锁的时候，首先申请一个排队号，然后轮询锁的服务号是否等于自己的排队号，如果等于，表示自己占有锁，可以进入临界区，否则继续轮询。
2025-03-31 16:48:20
358
原创 内核原子变量
原子变量用来实现对整数的互斥访问，通常用来实现。例如，我们写一行代码把变量a加1，编译器会把代码编译成3条汇编指令。（1）把变量a从内存加载到寄存器。（2）把寄存器的值加1。（3）把寄存器的值写回内存。在单处理器系统中，如果进程1和进程2都执行把变量a加1的操作，可能出现下面的执行顺序:预期结果是进程1和进程2执行完以后变量a的值加，但是因为在进程1把变量a的新值写回内存之前，进程调度器调度进程2，进程2从内存读取变量a的旧值，导致进程1和进程2执行完以后变量a的值实际只增加了1。
2025-03-31 16:46:54
366
原创 内核实时互斥量
内核mutex存在优先级反转的问题。什么是优先级反转？考虑一种情况，系统上有两个进程运行：进程A优先级高，进程C优先级低。假定进程C已经获取了一个互斥量，正在所保护的临界区中运行，且在短时间内不打算退出。但在进程C进入临界区之后不久，进程A也试图获取该互斥量。由于进程C已经获取到该互斥量，因而进程A必须等待。这导致高优先级的进程A等待低优先级的进程C。如果有第3个进程B，优先级介于进程A和进程C之间，情况会更加糟糕。假定进程C仍然持有锁，进程A在等待。现在进程B开始运行。
2025-03-31 16:46:11
500
原创 内核读写信号量
内核中的读写信号量提供了一个高效的同步机制，允许多个读者同时访问共享资源，但写者需要独占访问。用户空间中的读写锁提供了类似的功能，通过POSIX线程库可以实现读写锁，用于同步多线程访问共享资源。
2025-03-31 16:36:37
422
原创 内核信号量
信号量（Semaphore）是一种用于同步和互斥的机制，能够控制对共享资源的访问，广泛应用于多线程和多进程编程中。应用程序中使用的信号量是基于内核信号量实现的。
2025-03-31 16:32:14
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原创 内核定时器2-高分辨率定时器
高分辨率定时器与低分辨率定时器相比，有如下两个根本性的不同。(1) 高分辨率定时器使用对定时器进行管理。(2) 定时器独立于周期时钟。即，精度可以达到纳秒级别。内核2.6.16版本开始，支持高分辨率定时器。在该版本中，低分辨率定时器的经典实现的基础部分已经替换为新的实现，该实现。由于低分辨率定时器的实现基于高分辨率机制，即使不启用高分辨率定时器，内核中也会联编（一部分）对高分辨率定时器的支持。当然，这种情况下系统只能够提供低分辨率定时功能。
2025-02-03 17:26:30
644
原创 内核定时器1-普通定时器
jiffies是内核中用于表示时间的一个全局变量，通常用于衡量系统自启动以来的时间流逝。它的作用类似于一个时钟计数器，在每个时钟中断时递增。具体来说，jiffies 用于表示经过的“滴答数”，每一滴答对应一个固定的时间间隔。jiffies是一个全局变量，类型通常为，它记录的是自系统启动以来的时钟滴答数。每个硬件时钟中断（或称为时钟滴答）都会增加jiffies的值。内核定时器、调度等功能依赖于jiffies来计算时间。jiffies定义代码如下。对于 64 位系统，jiffies_64。
2025-02-03 17:24:20
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原创 软中断介绍
软中断（Soft Interrupt）是一种由操作系统设计并执行的软件机制，它不是由硬件直接触发，而是由软件显式调用或触发的一种中断类型。软中断主要用于处理延迟执行的任务或轻量级异步任务，以减少对实时性的影响。因为它们的运作方式与上文描述的中断类似，但完全是用软件实现的，所以称为软中断（software interrupt）或softIRQ。通常软中断的优先级低于硬件中断，但高于普通进程调度。
2025-01-11 06:53:56
1679
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原创 开启_禁止中断
软件可以禁止中断，，但是不可屏蔽中断（NMI，Non Maskable Interrupt）例外。禁止中断在需要临界区保护的场景下非常重要，避免中断打断正在执行的代码。禁止中断的接口如下。(2)local_irq_save(flags):首先把中断状态保存在参数flags中,然后禁止中断。这两个接口只能,不能禁止其他处理器的中断。禁止中断以后，处理器不再响应中断请求。开启中断的接口如下。(2)local irq_restore(flags):恢复本处理器的中断状态。
2025-01-11 06:53:04
926
原创 处理器间中断
处理器间中断（Inter-Processor Interrupt）是一种特殊的中断，在多处理器系统中，一 个处理器可以向其他处理器发送中断。要求目标处理器执行某件事情。处理器间中断是多核系统中用于处理核间通信的一种重要机制。
2025-01-11 06:52:05
851
1
原创 中断处理流程
对于中断控制器的每个中断源，向中断域添加硬件中断号到Linux中断号的映射时，内核分配一个Linux中断号和一个中断描述符irq_desc。
2024-12-23 06:11:03
998
原创 中断控制器及中断域
不同种类的中断控制器的访问方法存在差异，为了屏蔽差异，内核定义了中断控制器描述符irq_chip，每种中断控制器自定义各种操作函数。
2024-12-23 06:09:52
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