也谈谈这四年来对内核的研究

chenrvmldd

按照惯例，先回答一些兄弟提出的问题：
FBWD：女朋友是必须要有的，因为对于一个人男人来讲，不管从心理上和生理上都需要女朋友的支持，当你在最困难的时候女人往往会给你带来很多你意象不到的好处！

懂医术的厨师和futex，nettom这三个兄弟回答的都七不离八了，但是或多或少都有点不够详细，其实我喜欢我们的兄弟在回答我的问题，或者在提出自己的问题的时候，尽量的详细一点，尤其在回答的时候，也许你心里非常的清楚和明白到底是怎么回事，可是版内有很多兄弟毕竟不是很清楚，也许他们是初学者，对于初学者来讲，内核的入门是痛苦的，因为我们也曾经有过这样的痛苦，为了减轻下一代人的痛苦，我们尽量的让自己的解释更详细，更易懂，谢谢这最近大家对本贴的支持，我会再接再厉，提出一些更高，更深刻的话题出来！

chenrvmldd

回复 69# linewer


    回答：linewer兄弟的问题
这个兄弟提出的这个问题：其实当时我也困惑过，这个问题问的不错，证明Linewer兄弟认真的思考过了地址映射的过程，下面我大概的描述一下用户态进程页表映射的过程和内核页表映射的过程，你看明白这个我详细对于你问的这个问题就可以迎刃而解了！
用户态进程的页表的映射：众所周知：linux中是采用的写时复制机制，当发生访问一个文件内容，这个内容还没有被载入到实际的物理内存时，就会发生缺页异常，缺页异常的主要任务就是建立当前用户进程和某段物理地址（物理地址是通过Buddy分配的）之间的映射关系，如果这个时候buddy分配失败会启动kswapd进程（这个过程就太长了，不讲了，以后再讲），在这个过程中内核只负责为缺页分配了用户态进程所需要的实际物理内存，然后去填用户进程的页表！
下面关于内核页表的映射，在缺页的过程中，并没有发生先将物理内存映射到内核页表再将物理内存映射到用户进程的页表，对于内核页表的映射我只讲一部分，因为全讲所花的篇目比较长，还是留在以后的问题中再阐述！就来讲讲正常情况下内核页表的映射：对于内存小于896M以下的物理内存都是和内核页表一一映射，也就说物理内存的0-896M和内核的线性地址的：3G-3G+896M是一一对应的，在内核页表初始化的时候就已经映射好了，以后就不需要再去映射了，那就解释了为什么内核中访问内存的时候不会存在缺页的情况，这样做的目的是什么了？为什么不能像用户态那样了？我的理解如下：
第一：在内核态能越少做事情就越少做事情，这样可以提高系统的响应和吞吐！
第二：内核中没有必要延迟分配，因为内核申请的内存都是紧急的！
也许有的地方讲的不是是很慎密，毕竟好久没有接触这块的内容了，代码细节的方面都忘了差不多了！不知道Linewer兄弟能不能理解我所讲的，你的问题弄懂了没有？

chenrvmldd

我自己来回答自己的三个问题：
第一个小问：记得在学操作系统的时候，老师曾经提过进程上下文切换，说进程上下文切换比较耗时，在这点上线程要比进程有优势,那么进程的上下文是什么了？切换的时候都做了些什么？我相信这个对于看过内核代码的兄弟都比较容易，那好，我们知道在进程切换的时候：在古老的Linux中采用的方法和现代版本的Linux中采用的是不同办法？这两个办法有什么差别了？为什么新版本的内核采用现在的切换机制？其实，这个问题我想考察大家对Linux各种版本之间的关系，因为Linux内核不停的再优化，为什么会这么优化基于什么样的考虑？这个可以从内核不停的修改这方面可以看得出，这样也可以为我们去优化内核提供思路
关于进程上下文是什么，简单的说一下：那就是一些寄存器！具体的不讲了！稍微看一下代码就OK了，着重讲解进程的切换！
其实，当时我在看0.11版本的内核时，发现进程上下文的切换是这样做的：
通过一个jmp语句直接跳到下一个进程中去执行了，这也就是我们所说的通过硬件完成自动的切换！这样带来一个问题，那就是浪费时间，有没有更好的办法了？
后来的Linux的版本提出了软件切换，也一直延续到现在的内核版本：关于具体的切换代码，我就不贴出来了，切换的过程主要是通过; switch_to这个函数完成的，那么问题又来了，为什么软件切换的速度要比硬件切换的速度要来得快了？这貌似和我们平时理解的有点不太一样，因为我们都觉得让硬件做一般比硬件快，这个到现在我也不是特别的理解，后来看到Linux内核情景分析上提到过，但是讲的也不是很详细，后来想通过intel的手册去找到答案，最后也是无果而终！
我的理解和猜测应该是这样：对于硬切换虽然是通过一个Jmp操作，但是在JMP之后有很多隐含要执行的指令，这些指令要比软切换执行的指令要多！如果其他兄弟有更好的看法可以提出来！从这一段小小的代码就可以发现，Linux内核的设计是多么的慎密，其实还有很多细节可以体现出Linux设计的博大精深！比如：我记得以前看到过的*(unsigned long*)&jiffies++!
其实，发现看内核代码对我们程序员有太多太多的好处：我觉得最重要的两点：
1.        提高我们自身的编码能力
2.        提高我们优化程序的能力
3.        给我们解决问题提供一些不可估量的思路，其实我在做嵌入这块，有的时候会无形当中参考了内核的一些方面的设计的思想

chenrvmldd

回复 84# 独孤九贱


    事实上从源码来看，也没有做什么安全性的检查？能不能详细一点解释一下了？

chenrvmldd

回复 85# linewer


    看内核代码一直有种 "明白--->迷惑--->又明白--->又迷惑的--->...."的感觉，学习时做些笔记或者代码中注释下比较好
你说的这种感觉相信大家都会有过的，确实是这样的

chenrvmldd

回复 94# mournjust


    有两个问题你要弄清楚：内核初始化用掉的那块确实是分配出去了，后来buddy system初始化的时候没有算用掉的内存，页表映射只是把896M一下的内存映射到内核页表中去，但是没有从Buddy中扣除掉，

chenrvmldd

回复 97# gw2004


    这个观点很难理解，当初slab就是以对象的观点提出来的，把相同的对象放在一起管理

chenrvmldd

回复 99# mournjust


    风险是有的，如果你获得root权限就可以做任何想做的事了，因为内存管理本来是由内核提供的，如果按照正常的规则来走不会出现你说的情况，如果谁获得了root权限恶意的去做这种事就会出现你所说的情况

chenrvmldd

大家最近不是很活跃啊，都干啥去了？

chenrvmldd

回复 114# superwiles


    他的书就是垃圾，基本上就是把源代码翻译一遍，这种书有什么意思了