Linux知识读书笔记

Linux IO 子系统

传统IO（读/写）

1. CPU copy：用户buffer => 内核buffer ----------------------------------------> 拷贝* 1
2. DMA copy：内核buffer => 硬件 ------------------------------------------------>拷贝 * 1
3. 上下文切换：用户态 => 内核态 => 用户态 ------------------------------------->上下文切换 * 2

PageCache技术

Linux IO 栈

1. 文件系统层：管理pagecache
2. 块层：管理块设备的IO队列，对IO请求进行合并、排序
3. 设备层：通过DMA和内存进行交互，负责数据传输

IO方式：

1. 传统 Buffer IO：磁盘 => pagecache => 用户空间 -------------------------------------------------------------------------> 拷贝 * 2
2. mmaped- IO：磁盘 => pagecache =>映射到用户空间，把pagecache映射到用户的地址空间里面 -----------> 拷贝 * 1
3. Direct IO：用户态和块IO层做对接，放弃了pagecache，从磁盘直接向用户态拷贝数据；好处：快，DMA拷贝，自己负责cache ----> 拷贝 * 1

1. Buffer IO：偏移 + 长度
2. mmaped IO：数据按页对齐
3. Direct IO：读写是底层存储块设备大小的整数倍

Linux内存

1. 地址空间

   1. 分段机制：逻辑地址 => 线性地址 GDT（段描述符）
   2. 分页机制：线性地址 => 物理地址

2. 碎片

   1. 伙伴系统：将空闲页分为11个链表，每个链表中页块中连续页的大小分别是1、2、4 .. 1024

      1. 申请：申请 4 ，看4

         1. 有：分配
         2. 没有：看8，分成两个4，将另一半挂到块大小为4的链表下
      2. 释放：看伙伴是否空闲，是则合并
      3. 优势：合并时地址只有一位不同，非常快速定位

   2. slab系统：

      1. slab 层有三个slab链表，slab-full、slab-partial、slab-empty
      2. 每个链表有多个page，每个page都分为若干个object

      3. 优势：

         1. 将频繁使用的对象缓存起来，减少分配、初始化和释放对象的时间开销，如PCB、inode、lock
         2. 减少伙伴系统分配小块内存造成的内部碎片

Linux 进程与线程

1. fork() + exec() = spawn()
2. COW => 创建开销只有复制页表和PCB块
3. fork() => clone(系统调用) => do_fork()

4. do_fork() => copy_process()

   1. 拷贝 task_struct、内核栈
   2. 清零
   3. 共享打开的文件描述符、信号处理函数
5. 线程创建指定额外参数：CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND