云物互联的博客_Linux 操作系统原理

Linux 操作系统原理 — 网络 I/O 虚拟化

目录文章目录目录IOMMU — CPU 硬件支撑的 I/O 虚拟化方案需求背景DMA Remapping FeatureIOMMU 硬件单元PCI Passthrough开启 IOMMUUIO Framework — 用户态网络协议栈方案VFIO — VNF/CNF 的用户态网络协议栈方案IOMMU Group IO

原力计划

用户态

虚拟化

网络协议栈

原创 2022-03-16 17:43:27 972 阅读

Linux 操作系统原理 — Namespace 资源隔离

目录文章目录目录Linux NamespaceLinux Namespace 的类型Linux NamespaceLinux Namespace（命名空间）是一种操作系统层级的资源隔离技术，能够将 Linux 的全局资源，划分为 namespace 范围内的资源，而且不同 namespace 间的资源彼此透明，不同 namespace 里的进程无法感知到其它 namespace 里面

文件系统

linux

父进程

原创 2022-03-16 14:47:36 3629 阅读

Linux 操作系统原理 — cgroups 进程资源配额与管理

目录文章目录目录cgroupscgroups 的子系统cgroups 的层级结构cgroups 与进程cgroups 与文件系统cgroups 的使用挂载 cgroups File System子节点和进程cgroupscgroups（control groups）是 Linux Kernel 提供的一种可以限制单个进程或者多个进程所使用资源的机制，

css

子节点

文件系统

原创 2022-03-16 14:47:26 170 阅读

Linux 操作系统原理 — 日志结构的文件系统与日志文件系统

目录文章目录目录日志结构的文件系统日志文件系统日志结构的文件系统技术的改变会给当前的文件系统带来压力。这种情况下，CPU 会变得越来越快，磁盘会变得越来越大并且越来越便宜（但不会越来越快）。内存容量也是以指数级增长。但是磁盘的寻道时间（除了固态盘，因为固态盘没有寻道时间）并没有获

文件系统

日志文件系统

幂等

原创 2022-03-16 11:36:41 1317 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — 内存分配算法

目录文章目录目录内存分配算法物理内存分配内存碎片伙伴（Buddy）分配算法申请和回收反碎片机制Slab 算法slab 分配器的结构slab 高速缓存分区页框分配器非连续内存区内存的分配虚拟内存的分配内核空间内存分配kmallocvmalloc用户空间内存分配（malloc）malloc 申请内存DMA 内存内存分配算法Linux 系统

高速缓存

链表

物理内存

原创 2022-03-16 11:36:29 1572 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — 基于局部性原理实现的内/外存交换技术

目录文章目录目录基于局部性原理实现的内-外存交换技术局部性原理Swap 交换分区基于局部性原理实现的内-外存交换技术虚拟存储器的实现思想就是将内存作为辅存的缓存，使得计算机系统拥有了主存+辅存（交换空间）大小的存储空间，同时也拥有了接近于主存的访问速度。局部性原理虚拟存储器的核心思路

数据

linux

主存

原创 2022-03-16 11:33:58 447 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — KSM 内存页共享的性能问题

目录文章目录目录KSM 内存页共享的性能问题KSM 内存页共享的性能问题KSM（Kernel Shared Memory）是 Linux Kernel 的一种内存共享机制，在 2.6.36 版本引入。简而言之，KSM 用于合并具有相同内容的物理主存页面以减少页面冗余。在 Kernel 中有一个 KSM 守护进程 ksmd，它会定期扫描用户向它注册的内

共享内存

linux

数据

原创 2022-03-16 11:33:45 708 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — 大页内存

目录文章目录目录前文列表大页内存Linux 的大页内存大页的实现原理大页内存配置透明巨型页 THP大页面对内存的影响大页内存的性能问题前文列表大页内存在页式虚拟存储器中，会在虚拟存储空间和物理主存空间都分割为一个个固定大小的页，为线程分配内存是也是以页为单位。比如：页的大小为 4K，那么 4GB 存储空间就需要 4GB/4KB=1M 条记录

内存空间

linux

应用程序

原创 2022-03-16 11:33:29 2084 阅读 1点赞 2收藏

Linux 操作系统原理 — 内存 — 页式管理、段式管理与段页式管理

目录文章目录目录前文列表页式管理快表多级页表基于页表的虚实地址转换原理应用 TLB 快表提升虚实地址转换速度页式虚拟存储器工作的全过程缺页中断段式管理段页式管理前文列表页式管理页式存储管理是一种把主存按页分配的存储管理方式，主存-辅存间信息传送单位是定长的页。对比块式管理而言，因为管理的粒度更细致，所以造成内存页碎片的浪费也会小很多。而缺点也正好相反，

主存

页表

虚拟地址

原创 2022-03-16 11:33:10 1135 阅读

Linux 操作系统原理 — 文件系统 —文件

目录文章目录目录文件文件的构造文件的类型常规文件ASCII 码文件二进制文件设备文件字符设备文件块设备文件目录文件其他文件文件的属性文件的操作目录的操作文件文件的构造文件的构造有多种方式。上图列出了常用的三种构造方式：上图中的 a 是一种无结构的字节序列，操作系统不关心序列的内容是什

数据

linux

文件系统

原创 2022-03-16 11:07:22 316 阅读

Linux 操作系统原理 — 文件系统 — 管理与优化

目录文章目录目录磁盘空间管理磁盘配额文件系统备份文件系统的一致性文件系统性能高速缓存块提前读减少磁盘臂运动磁盘碎片整理磁盘空间管理文件通常存在磁盘中，所以如何管理磁盘空间是一个操作系统的设计者需要考虑的问题。在文件上进行存有两种策略：分配 n 个字节的连续磁盘空间；或者把文件拆分

文件系统

高速缓存

位图

转载 2022-03-16 11:07:07 331 阅读

Linux 操作系统原理 — 文件系统 — 实现原理

目录文章目录目录文件的实现连续分配链表分配索引分配文件系统在内核中的实现参考文档文件的实现最重要的问题是记录各个文件分别用到了哪些磁盘块。不同的系统采用了不同的方法。下面我们会探讨一下这些方式。分配背后的主要思想是有效利用文件空间和快速访问文件，主要有三种分配方案：连续分配链

文件名

链表

文件系统

转载 2022-03-16 11:06:16 1028 阅读

Linux 操作系统原理 — 文件系统 — 存储布局

目录文章目录目录文件系统的布局MBR 与分区表磁盘分区创建 MBR 分区创建 GPT 分区分区的格式化分区特性引导块空闲空间块inode 区块、data block 区块与超级块LVM 与 RAIDLVM 逻辑卷管理RAID 磁盘阵列RAID 类型文件系统的布局MBR 与分区表磁盘的

文件系统

数据

linux

原创 2022-03-16 11:05:51 320 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — mmap 进程虚拟内存映射

目录文章目录目录mmap()mmap 与 read/write 的性能比较mmap 优点总结mmap()mmap() 是一个系统调用函数，本质是一种进程虚拟内存的映射方法，可以将一个文件、一段物理内存或者其它对象映射到进程的虚拟内存地址空间。实现这样的映射关系后，进程就可以采用指针的方式来读写操作这一段内存，进而

数据

缓存

用户空间

原创 2022-03-16 10:38:35 862 阅读

Linux Kernel TCP/IP Stack — L2 Layer — switchdev L2 Offload

目录文章目录目录网络 Offload交换 Offload网络 Offload网络 Offload，主要是指将原本在内核网络协议栈中进行的 IP 分片、TCP 分段、重组、checksum 校验等操作，转移到网卡硬件中进行，使得 CPU 的发包路径更短，消耗更低，从而提高处理性能。一开始这些 Offload 功能都是在网卡上针对特定功能设计一个专

linux

驱动程序

二层交换

原创 2022-03-16 10:23:39 427 阅读

Linux Kernel TCP/IP Stack — L7 Layer — Application Socket I/O 接口类型

目录文章目录目录基本概念同步与异步阻塞与非阻塞五种 IO 模型阻塞 IO非阻塞 IO同步 IO（信号驱动）异步 IOIO 多路复用selectpollepoll基本概念同步与异步同步是指一个任务的完成需要依赖另外一个任务时，只有等待被依赖的任务完成后，

数据

文件描述符

非阻塞

原创 2022-03-16 10:23:31 245 阅读

Linux 操作系统原理 — 内核态与用户态

目录文章目录目录Linux 的内核态与用户态系统调用ShellCPU 与内核态用户态和内核态的切换Linux 的内核态与用户态我们常说的 Linux 严格来说指代的是 Linux Kernel，泛指使用或裁剪标准 Linux Kernel 并在此基础之上实现各种应用程序解决方案的操作系统发行版本（e.g. RHEL、SUSE 和 Ubuntu）。一个完整的 Linux 操作系统体系架构通常由...

用户态

内核态

系统调用

原创 2022-03-11 18:55:37 483 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — 物理存储器与虚拟存储器

虚拟存储器

虚拟地址

内存空间

原创 2022-03-11 18:55:20 321 阅读

Linux 操作系统原理 — 系统结构

目录文章目录目录Linux 系统架构Linux 内核内存管理进程管理文件系统设备驱动程序网络接口ShellLinux 系统架构Linux 系统一般有 4 个主要部分：内核、Shell、文件系统和应用程序。其中，内核、Shell 和文件系统一起形成了基本的操作系统结构，它们使得用户可以运行应用程序、管理文件并使用系统。Linux 内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系...

linux

文件系统

设备驱动程序

原创 2022-03-11 18:52:42 1030 阅读

Linux 操作系统原理 — 文件系统 — 虚拟文件系统

目录文章目录目录Linux 文件系统目录结构文件系统类型虚拟文件系统文件类型Linux 文件系统文件系统是文件存放在磁盘等存储设备上的组织方法。Linux 系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目录层次结构。Linux 会将这些分属不同分区的、单独的文件系统按一定的方式形成一个系统的总的目录层次结构。一个操作系统的运行离不开对文件的操作，因此必然要拥有并维护自己的文件系统。目录结构和...

文件系统

linux

数据

原创 2022-03-11 18:52:28 782 阅读

Linux 操作系统原理 — 操作系统的本质

目录文章目录目录操作系统的起源操作系统和高级编程语言使硬件抽象化操作系统的起源在操作系统尚不存在的年代，人们通过各种按钮来控制计算机，这一过程非常麻烦。于是，有人开发出了仅仅具有加载和运行功能的监控程序（Supervisor），这就是操作系统的原型。通过监控程序，程序员可以根据需要将各

监控程序

编程语言

应用程序

原创 2022-03-11 18:17:11 456 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — Cache 和 Buffer

目录文章目录目录Cache 和 Buffer 的区别在哪里？Linux 缓存机制Cache 和 Buffer 的区别在哪里？Cache 和 Buffer 是两个不同的概念，简单的说，Cache 是加速 “读”，而 Buffer 是缓冲 “写”，前者解决读的问题，保存从磁盘上读出的数据，后者是解决写的问题，保存即将要写入到磁盘上的数据。在很多情况下，这两个名词并没有严格区分，常常把读写混合类型...

缓存

数据

linux

原创 2022-03-11 18:16:57 290 阅读

Linux 操作系统原理 — 内存 — 基于 MMU 硬件单元的虚/实地址映射技术

目录文章目录目录为什么需要虚拟内存？Linux 内核的虚拟内存为什么需要虚拟内存？在现代操作系统中，多任务已是标配。多任务并行，大大提升了 CPU 利用率，但却引出了多个进程对内存操作的冲突问题，虚拟内存概念的提出就是为了解决这个问题。操作系统有一块物理内存（中间的部分），有两个进程（实际会更多）P1 和 P2，操作系统偷偷地分别告诉 P1 和 P2，我的整个内存都是你的，随便用，管够。...

虚拟地址

地址空间

物理地址

原创 2022-03-11 18:13:47 556 阅读

Linux 操作系统原理 — 多处理器架构

目录文章目录目录多处理器计算平台中的多任务并行与调度多处理器实现与多任务性能的影响CPU 亲和性设定进程或线程的 CPU 亲和性C 语言调用接口设定 CPU 亲和Linux 指令设定 CPU 亲和Python 语言设定进程的 CPU 亲和设定 NUMA 结构体系中的 CPU 亲和策略设定 SMP IRQ Affinity如何选择多线程的数量多处理器计算平台中的多任务并行与调度多任务分为硬件支...

多处理器

超线程

linux

原创 2022-03-11 18:13:27 1483 阅读

Linux Kernel TCP/IP Stack — L1 Layer — NIC Controller — NAPI

目录文章目录目录网卡网络设配器收发包过程![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20191112145458690.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_

中断处理

数据

linux

原创 2022-03-11 15:44:33 362 阅读

Linux Kernel TCP/IP Stack — 协议栈初始化处理流程

目录文章目录目录数据报文数据报文的封装与分用数据报文首部的数据结构ethhdr：描述以太网数据帧首部iphdr：描述 IP 数据报首部udphdr：描述 UDP 数据段首部Linux 内核网络协议栈内核网络协议栈的分层结构数据结构参考文章数据报文数据报文的封装与分用封装：当应用程序用 TCP 协议传送数据时，数据首先进入内核网络协议栈中，然后逐一通过 TCP/IP 协议族的每层直到被当作...

初始化

网卡驱动

linux

原创 2022-03-11 15:44:11 1469 阅读 1点赞 1收藏

Linux 操作系统原理 — 零拷贝技术

目录文章目录目录Linux I/O 缓存背景零拷贝技术（Zero-Copy）参考文章Linux I/O 缓存背景当请求文件服务器的下载功能时，服务端程序所做的事情是：将服务器磁盘中的文件不做修改地从已连接的 Socket 发送到客户端，通常使用下面的代码完成：

数据

用户态

零拷贝

原创 2022-03-11 14:34:21 220 阅读

Linux 操作系统原理 — 进程与线程管理

目录目录进程与线程Linux 的内核态与用户态Linux 的内核线程，用户线程与轻量级进程内核线程轻量级进程用户线程轻量级进程与用户线程的区别用户线程与轻量级进程的混合模式多线程、多进程与多处理器计算平台Linux 进程与线程的调度任务类型与优先级设定进程优先级任务调度调度类型调度策略任务切换与

用户线程

内核线程

linux

原创 2022-03-11 11:12:58 507 阅读

Linux 操作系统原理 — I/O 系统

目录文章目录目录Linux I/O 读写方式I/O 中断原理DMA 传输原理传统 I/O 方式传统读操作传统写操作参考文章Linux I/O 读写方式Linux 提供了轮询、I/O 中断以及 DMA 传输这 3 种磁盘与主存之间的数据传输机制。其中轮询方式是基于死循环对 I/O 端口进行不断检测。

数据

缓存

系统调用

原创 2022-03-10 10:36:08 343 阅读

Linux 操作系统原理 — 系统启动流程

目录目录前言系统启动流程控制RHEL7启动过程编辑gurbcfgRHEL7启动级别修改系统运行级别RHEL7破密码步骤grup2加密防止破密码initramfs文件前言RHEL7使用GRUB2，引导程序。系统启动流程控制RHEL7启动过程开机加载主板BIOS 检测硬件是否有故障找启动介质

linux

流程控制

密码

加载

文件系统

原创 2022-03-09 15:53:07 248 阅读

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