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Linux内核学习小结

网上学习总结的一些资料,加上个人的一些总结。

  1. Linux内核可以分成基础层和应用层。
    基础层包括数据结构,内核同步机制,内存管理,任务调度。
    应用层包括文件系统,设备和驱动,网络,虚拟化等。文件系统是应用层的基础。

  2. 内核基础层-数据结构
    双向链表
    hash链表
    红黑树: deadline调度算法 deadline-iosched.c 用到了红黑树。
    radix树:以空间冗余换时间消耗,代码见 /lib/radix-tree.c。Page cache的管理用到了radix tree。

  3. 内核基础层-内存管理
    主要有伙伴系统内存管理和Slab内存管理两种。
    3.1 伙伴系统内存管理

    • 基于页面的内存管理 (1页=4096字节,每个页面地址上连续)。分配内存以页为单位。
    • 自动完成页面的分割与合并
    • alloc_pages(): 从伙伴系统申请内存。申请得到的是页面结构的指针,如果要得到内存地址,需要调用page_address()。_get_free_pages()可以直接得到内存地址。
      3.2 Slab系统内存管理
    • 基于对象的内存管理 (建立在伙伴系统之上)。分配内存不以页为单位。
    • 提供内存的构造函数和析构函数
    • kmem_cache_create: 创建Slab对象
    • kmem_cache_alloc: 申请内存
    • kmem_cache_free: 释放内存
  4. 内核基础层-同步机制主要有自旋锁和信号量两种。
    4.1自旋锁 spin-lock
    我的理解是spin-lock主要是给多核同步用。如果是单核非抢占式,那么spin-lock没有什么作用。如果是单核抢占式,那么spin-lock起的作用是禁止抢占?。
    spin-lock如果没有抢到就busy-waiting,不会sleep。
    spin-lock可以用在interrupt-handler中,因为interrupt-handler不允许在里面sleep,spin-lock没抢到也不会sleep。
    4.2 信号量semaphore and mutex
    Semaphore计数可以多个,mutex计数只有一个。
    up: 释放信号量
    down: 获取信号量。如果没获取到就sleep
    down_trylock: 获取信号量。如果没获取到就立刻返回,不会进入sleep
    semaphore不可以用在interrupt-handler和tasklet等不能sleep的场景,因为Semaphore没抢到的话会sleep。
    对于可以sleep的场景,那就semaphore和spin-lock都可以用。spin-lock多用在轻量级场景。
    4.3 原子变量 - 读写不会被打断。用在简单的数据的读写上,比如多个进程读写一个公共int变量。
    atmoic_add - 加一个整数到原子变量
    atomic_sub - 减一个整数到原子变量
    atomic_set - 设置原子变量的数值
    atomic_read - 读取原子变量的数值
    4.4 completion - 提供一种等待完成的机制。类似信号量。
    wait_for_completion - 等待操作完成
    complete - 完成的信号
    4.5 CPU变量 - 每个CPU都有一个变量的备份
    DEFINE_PER_CPU
    4.6 RCU锁 - 免锁机制
    call_rcu
    rcu_read_lock
    4.7 顺序锁 - 适用于读多写少的场合
    read_seqbegin
    write_seqlock

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