系统调用
用户进程与内核进行交互的一组接口；
需要C库支持，通过使用C库定义的函数来访问系统调用
系统调用、中断、异常是访问内核的三种方式。
- 系统调用号：关联系统调用
- 系统调用的性能：
- linux很短的上下文切换时间
- 系统调用处理程序和每个系统调用都非常简洁
- 系统调用处理程序：用户空间的程序使用软中断来通知内核执行系统调用
通过exa寄存器传递系统调用号给内核；
给用户空间的返回值也通过寄存器传递（x86系统：存放在eax寄存器上）；
建立系统调用的好处：
- 系统调用创建容易且使用方便
- Linux系统调用性能很高
- 保证了系统的安全性和稳定性：用户程序不能直接操作内核地址空间。
系统调用和库函数的区别：
- 库函数是0-n个系统调用的封装
- 函数库调用是调用函数库中的一个程序，而系统调用是调用系统内核的一个服务
- 函数库调用属于过程调用，开销较小，系统调用需要有用户态和内核态之间的切换开销
- 库函数调用是在用户地址空间执行，而系统调用是在内核地址空间执行
问题：
- 围绕系统调用号来讲，包括系统预分配、再固化、注册到每个需要支持的体系结构、维护困难（只能在主内核树维护）、功能简单的话便是大材小用
内存管理
-
页：内核把物理页作为内存管理的基本单位
-
内存管理单元（MMU）：管理内存并把虚拟地址转换为物理地址的硬件，以页为单位进行处理。
-
struct page:使用了大量的联合体union来保证struct page结构体足够小
-
区：Linux把系统的页划分成区，形成不同的内存池，这样可以根据用途进行分配。
ZONE_DMA:DMA使用的页
ZONE_NORMAL:正常可寻址的页
ZONE_HIGHMEM:动态映射的页
-
kmalloc()：返回在物理连续的一段以字节为单位的内核内存
-
kfree()：与kmalloc()配对使用，避免内存泄漏
-
vmalloc()：分配的内存虚拟地址连续，物理地址无需连续
分配非连续的物理内存块，再“修正”页表，把内存映射到逻辑地址空间的连续区域中
-
kmalloc和vmalloc
大部分内核代码选用kmalloc分配内存的原因，主要出于性能考虑。
vmalloc为了把物理上不连续的页转换为虚拟地址空间上连续的页，必须专门建立页表项。并且，通过vmalloc获得的页必须一个一个进行映射，会导致比直接映射产生更大的TLB抖动。
-
内核常用的内存分配方式：使用某个低级页分配器或者kmalloc
-
当创建和撤销很多大的数据结构，可以建立slab高速缓存来提升性能
进程地址空间
用户空间中进程的内存，成为进程地址空间。
-
内存区域：
- 代码段：可执行文件代码的内存映射
- 数据段：可执行文件的已初始化的全局变量和静态变量
- BSS段：未初始化的全局变量和静态变量
- 堆：任何匿名的内存映射（如malloc分配的内存）
- 栈：进程用户空间栈（进程内核栈独立存在并由内核维护）
-
内核同时使用了mmap（链式结构）和mm_rb（红黑树）来描述同一块内存区域，在可以同时遍历整个节点同时，保证了查找节点的效率
-
查找内存地址所对应的内存区域：
- 查看mmap_cache缓存
- 未命中时则选择搜索mm_rb红黑树结构，未找到则返回NULL
-
linux使用三级页表完成地址转换（虚拟地址转换成物理地址）
-
brk sbrk
定时器和时间管理
-
实际时间：开机后，内核初始化从RTC读取，放入到xtime变量中。系统读写 xtime 时用的就是顺序锁
-
定时器
-
静态定时器：执行周期性的工作
-
更新系统运行时间
-
更新实际时间
-
检查当前进程是否用尽了自己的时间片，如果用尽，需要重新调度。
-
-
-
动态定时器
动态创建的定时器，使用后销毁。一般在内核代码中使用的基本都是动态定时器
-
HZ：
节拍率(HZ)是时钟中断的频率，表示的一秒内时钟中断的次数。比如 HZ=100 表示一秒内触发100次时钟中断程序。
-
jiffies
jiffies用来记录自系统启动以来产生的总节拍数。比如系统启动了 N 秒，那么 jiffies就为 N×HZ
-
时间中断处理程序
时钟中断处理程序作为系统定时器而注册到内核中，体系结构的不同，可能时钟中断处理程序中处理的内容不同
-
-
定时器执行流程
定义：定时器在内核中用一个链表来保存的，链表的每个节点都是一个定时器
生命周期：
img
网友评论