Linux内核源码解析---万字解析从设计模式推演per-cpu实现原理

       引子

       在如今的大型服务器中，NUMA架构扮演着关键角色。码质它允许系统拥有多个物理CPU，码质不同NUMA节点之间通过QPI通信。码质虽然硬件连接细节在此不作深入讨论，码质电影投资系统源码但需明白每个CPU优先访问本节点内存，码质当本地内存不足时，码质可向其他节点申请。码质从传统的码质SMP架构转向NUMA架构，主要是码质为了解决随着CPU数量增多而带来的总线压力问题。

       分配物理内存时，码质numa_node_id() 方法用于查询当前CPU所在的码质NUMA节点。频繁的码质内存申请操作促使Linux内核采用per-cpu实现，将CPU访问的码质变量复制到每个CPU中，以减少缓存行竞争和False Sharing，类似于Java中的Thread Local。

       分配物理页

       尽管我们不必关注底层实现，buddy system负责分配物理页，关键在于使用了numa_node_id方法。接下来，我们将深入探索整个Linux内核的per-cpu体系。

       numa_node_id源码分析获取数据

       在topology.h中，我们发现使用了raw_cpu_read函数，传入了numa_node参数。接下来，我们来了解numa_node的定义。

       在topology.h中定义了numa_node。我们继续跟踪DECLARE_PER_CPU_SECTION的定义，最终揭示numa_node是一个共享全局变量，类型为int，存储在.data..percpu段中。

       在percpu-defs.h中，numa_node被放置在ELF文件的.data..percpu段中，这些段在运行阶段即为段。快聊软件源码接下来，我们返回raw_cpu_read方法。

       在percpu-defs.h中，我们继续跟进__pcpu_size_call_return方法，此方法根据per-cpu变量的大小生成回调函数。对于numa_node的int类型，最终拼接得到的是raw_cpu_read_4方法。

       在percpu.h中，调用了一般的read方法。在percpu.h中，获取numa_node的绝对地址，并通过raw_cpu_ptr方法。

       在percpu-defs.h中，我们略过验证指针的环节，追踪arch_raw_cpu_ptr方法。接下来，我们来看x架构的实现。

       在percpu.h中，使用汇编获取this_cpu_off的地址，代表此CPU内存副本到".data..percpu"的偏移量。加上numa_node相对于原始内存副本的偏移量，最终通过解引用获得真正内存地址内的值。

       对于其他架构，实现方式相似，通过获取自己CPU的偏移量，最终通过相对偏移得到pcp变量的地址。

       放入数据

       讨论Linux内核启动过程时，我们不得不关注per-cpu的值是如何被放入的。

       在main.c中，我们以x实现为例进行分析。通过setup_percpu.c文件中的代码，我们将node值赋给每个CPU的numa_node地址处。具体计算方法通过early_cpu_to_node实现，此处不作展开。网站封站源码

       在percpu-defs.h中，我们来看看如何获取每个CPU的numa_node地址，最终还是通过简单的偏移获取。需要注意如何获取每个CPU的副本偏移地址。

       在percpu.h中，我们发现一个关键数组__per_cpu_offset，其中保存了每个CPU副本的偏移值，通过CPU的索引来查找。

       接下来，我们来设计PER CPU模块。

       设计一个全面的PER CPU架构，它支持UMA或NUMA架构。我们设计了一个包含NUMA节点的结构体，内部管理所有CPU。为每个CPU创建副本，其中存储所有per-cpu变量。静态数据在编译时放入原始数据段，动态数据在运行时生成。

       最后，我们回到setup_per_cpu_areas方法的分析。在setup_percpu.c中，我们详细探讨了关键方法pcpu_embed_first_chunk。此方法管理group、unit、静态、保留、动态区域。

       通过percpu.c中的关键变量__per_cpu_load和vmlinux.lds.S的链接脚本，我们了解了per-cpu加载时的地址符号。PERCPU_INPUT宏定义了静态原始数据的起始和结束符号。

       接下来，我们关注如何分配per-cpu元数据信息pcpu_alloc_info。percpu.c中的方法执行后，元数据分配如下图所示。外卖同城配送源码

       接着，我们分析pcpu_alloc_alloc_info的方法，完成元数据分配。

       在pcpu_setup_first_chunk方法中，我们看到分配的smap和dmap在后期将通过slab再次分配。

       在main.c的mm_init中，我们关注重点区域，完成map数组的slab分配。

       至此，我们探讨了Linux内核中per-cpu实现的原理，从设计到源码分析，全面展现了这一关键机制在现代服务器架构中的作用。

linux操作系统与windows操作系统相比，linux操作系统有哪些优点

       1. Linux操作系统的开源特性，对于软件开发者来说是一个巨大的优势，因为它允许开发者访问源代码并进行修改，从而提高软件质量和安全性。

       2. Linux操作系统是免费的，并且存在多种版本，用户可以根据自己的需求选择合适的版本，这为用户提供了更多的选择。

       3. Linux操作系统的体积小，占用内存少，这使得它可以在资源有限的设备上运行，如嵌入式设备。

       4. Linux操作系统具有很高的安全性，因为它的超级用户权限很大，这使得系统管理员可以更好地控制系统的访问和操作。

       5. Linux操作系统具有很好的稳定性，因为它是为服务器和工作站设计的，因此在大型的服务器和工作站中广泛使用。

       6. Linux操作系统的高效性和灵活性使其能够在 PC计算机上实现全部的 Unix特性，具有多任务、多用户的最新转转源码搭建能力。

       7. Linux操作系统是在 GNU公共许可权限下免费获得的，是一个符合 POSIX标准的操作系统。

       8. Linux操作系统软件包不仅包括完整的 Linux操作系统，而且还包括了文本编辑器、高级语言编译器等应用软件。

       9. Linux操作系统与Windows操作系统相比，具有更好的安全性能，只握蠢有一个方面例外（确信度）。

       . Linux操作系统与Windows操作系统的工作方式存在一些根本的区别，这些区别只有在您对两者都很熟悉以后才能体会到，但它们却是 Linux 思想的核心。

linux服务器的优点

       很多人都认为Linux服务器具有最好的生态系统，服务器端的各种软件都为它而设计。Linux系统之所以会成为目前最受关注的系统之一，主要原因是它的免费，以及系统的开放性，可以随时取得程序的原代码，这对于程序开发人员是很重要的。除了这些它还具有以下的优势：

       Linux服务器优势1：良好的稳定性

       Linux内核的源代码是以标准规范的位(在位CPU上是位)的计算机来做的最佳化设计，可确保其系统的稳定性。正因为Linux的稳定，才使得一些安装Linux的主机像Unix机一样常年不关而不曾宕机。

       Linux服务器优势2：丰富的软件支持

       与其他的操作系统不同的是，安装了Linux系统后，用户常用的一些办公软件、图形处理工具、多媒体播放软件和网络工具等都已无需安装。而对于程序开发人员来说，Linux更是一个很好的操作平台，在Linux的软件包中，包含了多种程序语言与开发工具，如gcc、cc、C++、Tcl/Tk、Perl、Fortran等。

       Linux服务器优势3：可靠的安全性

       Linux系统是一个具有先天病毒免疫能力的操作系统，很少受到病毒攻击。

       对于一个开放式系统而言，在方便用户的同时，很可能存在安全隐患。不过，利用Linux自带防火墙、入侵检测和安全认证等工具，及时修补系统的漏洞，就能大大提高Linux系统的安全性，让黑客们无机可乘。

       Linux服务器优势4：完善的网络功能

       Linux内置了很丰富的免费网络服务器软件、数据库和网页的开发工具，如Apache、Sendmail、VSFtp、SSH、MySQL、PHP和JSP等。近年来，越来越多的企业看到了Linux的这些强大的功能，利用Linux担任全方位的网络服务器。

       Linux服务器优势5：多用户多任务

       和Unix系统一样，Linux系统是一个真正的多用户多任务的操作系统。多个用户可以各自拥有和使用系统资源，即每个用户对自己的资源(例如：文件、设备)有特定的权限，互不影响，同时多个用户可以在同一时间以网络联机的方式使用计算机系统。多任务是现代计算机的最主要的一个特点，由于Linux系统调度每一个进程是平等地访问处理器的，所以它能同时执行多个程序，而且各个程序的运行是互相独立的。

       Linux服务器优势6：跨平台的硬件支持

       由于Linux的内核大部分是用C语言编写的，并采用了可移植的Unix标准应用程序接口，所以它支持如i、Alpha、AMD和Sparc等系统平台，以及从个人电脑到大型主机，甚至包括嵌入式系统在内的各种硬件设备。

       Linux在它的追捧者眼里是一个近乎完美的操作系统，它具有运行稳定、功能强大、获取方便等优点，因而有着广阔的前景。只要你不是有什么特殊的需求，那么你就可以采用Linux系统。可参考书籍《Linux就该这么学》了解更多Linux知识。

Linux内核源码分析：Linux内核版本号和源码目录结构

       深入探索Linux内核世界：版本号与源码结构剖析

       Linux内核以其卓越的稳定性和灵活性著称，版本号的精心设计彰显其功能定位。Linux采用xxx.yyy.zzz的格式，其中yy代表驱动和bug修复，zz则是修订次数的递增。主版本号（xx）与次版本号（yy）共同描绘了核心功能的大致轮廓，而修订版（zz）则确保了系统的稳定性与可靠性。

       Linux源码的结构犹如一座精密的城堡，由多个功能强大的模块构成。首先，arch目录下包含针对不同体系结构的代码，比如RISC-V和x的虚拟地址翻译，是内核与硬件之间的重要桥梁。接着，block与drivers的区别在于，前者封装了通用的块设备操作，如读写，而后者则根据特定硬件设备分布在各自的子目录中，如GPIO设备在drivers/gpio。

       为了保证组件来源的可信度和系统安全，certs目录存放认证和签名相关的代码，预先装载了必要的证书。从Linux 2.2版本开始，内核引入动态加载模块机制，fs和net目录下的代码分别支持虚拟文件系统和网络协议，这大大提升了灵活性，但同时也对组件验证提出了更高要求，以防止恶意代码的入侵。

       内核的安全性得到了进一步加强，crypto目录包含了各种加密算法，如AES和DES，它们为硬件驱动提供了性能优化。同时，内核还采用了压缩算法，如LZO和LZ4，以减小映像大小，提升启动速度和内存利用效率。

       文档是理解内核运作的关键，《strong>Documentation目录详尽地记录了模块的功能和规范。此外，include存储内核头文件，init负责初始化过程，IPC负责进程间通信，kernel核心代码涵盖了进程和中断管理，lib提供了通用库函数，而mm则专注于内存管理。网络功能则在net目录下，支持IPv4和TCP/IPv6等协议。

       内核的实用工具和示例代码在scripts和samples目录下，而security则关注安全机制，sound负责音频驱动，tools则存放开发和调试工具，如perf和kconfig。用户内核源码在usr目录，虚拟化支持在virt，而LICENSE目录保证了源码的开放和透明。

       最后，Makefile是编译内核的关键，README文件则包含了版本信息、硬件支持、安装配置指南，以及已知问题、限制和BUG修复等重要细节。这份详尽的指南是新用户快速入门Linux内核的绝佳起点。

       通过深入研究这些目录，开发者和爱好者可以更全面地理解Linux内核的运作机制，从而更好地开发、维护和优化这个强大的操作系统。[原文链接已移除，以保护版权]

解析LinuxSS源码探索一探究竟linuxss源码

       被誉为“全球最复杂开源项目”的Linux SS（Secure Socket）是一款轻量级的网络代理工具，它在Linux系统上非常受欢迎，也成为了大多数网络应用的首选。Linux SS的源码的代码量相当庞大，也备受广大开发者的关注，潜心钻研Linux SS源码对于网络研究者和黑客们来说是非常有必要的。

       我们以Linux 3. 内核的SS源码为例来分析，Linux SS的源码目录位于linux/net/ipv4/netfilter/目录下，在该目录下包含了Linux SS的主要代码，我们可以先查看其中的主要头文件，比如说：

       include/linux/netfilter/ipset/ip_set.h

       include/linux/netfilter_ipv4/ip_tables.h

       include/linux/netfilter/x_tables.h

       这三个头文件是Linux SS系统的核心结构之一。

       接下来，我们还要解析两个核心函数：iptables_init函数和iptables_register_table函数，这两个函数的主要作用是初始化网络过滤框架和注册网络过滤表。iptables_init函数主要用于初始化网络过滤框架，主要完成如下功能：

       1. 调用xtables_init函数，初始化Xtables模型；

       2. 调用ip_tables_init函数，初始化IPTables模型；

       3. 调用nftables_init函数，初始化Nftables模型；

       4. 调用ipset_init函数，初始化IPset模型。

       而iptables_register_table函数主要用于注册网络过滤表，主要完成如下功能：

       1. 根据提供的参数检查表的有效性；

       2. 创建一个新的数据结构xt_table；

       3. 将该表注册到ipt_tables数据结构中；

       4. 将表名及对应的表结构存放到xt_tableshash数据结构中；

       5. 更新表的索引号。

       到这里，我们就大致可以了解Linux SS的源码，但Learning Linux SS源码只是静态分析，细节的分析还需要真正的运行环境，观察每个函数的实际执行，而真正运行起来的Linux SS，是与系统内核非常紧密结合的，比如：

       1. 调用内核函数IPv6_build_route_tables_sockopt，构建SS的路由表；

       2. 调用内核内存管理系统，比如kmalloc、vmalloc等，分配SS所需的内存；

       3. 初始化Linux SS的配置参数；

       4. 调用内核模块管理机制，加载Linux SS相关的内核模块；

       5. 调用内核功能接口，比如netfilter, nf_conntrack, nf_hook等，通过它们来执行对应的网络功能。

       通过上述深入了解Linux SS源码，我们可以迅速把握Linux SS的构架和实现，也能熟悉Linux SS的具体运行流程。Linux SS的深层原理揭示出它未来的发展趋势，我们也可以根据Linux SS的现有架构改善Linux的网络安全机制，进一步开发出与Linux SS和系统内核更加融合的高级网络功能。