IPC全名为inter-Process Communication,含义为进程间通信,是指两个进程之间进行数据交换的过程。在Android和Linux中都有各自的IPC机制,这里分别来介绍下。
ARM64架构处理器采用48位物理寻址机制,最大可以寻找到256TB的物理地址空间。对于目前的应用来说已经足够了,不需要扩展到64位的物理地址寻址。虚拟地址也同样最大支持48位支持,所以在处理器的架构设计上,把虚拟地址空间划分为两个空间,每个空间最大支持256TB。Linux内核在大多数体系结构中都把两个地址空间划分为用户空间和内核空间。
对于精通 CURD 的业务同学,内存管理好像离我们很远,但这个知识点虽然冷门(估计很多人学完根本就没机会用上)但绝对是基础中的基础。
过去,CPU的地址总线只有32位, 32的地址总线无论是从逻辑上还是从物理上都只能描述4G的地址空间(232=4Gbit),在物理上理论上最多拥有4G内存(除了IO地址空间,实际内存容量小于4G),逻辑空间也只能描述4G的线性地址空间。
之前写了两篇详细分析 Linux 内存管理的文章,读者好评如潮。但由于是分开两篇来写,而这两篇内容其实是有很强关联的,有读者反馈没有看到另一篇读起来不够不连贯,为方便阅读这次特意把两篇整合在一起,看这一篇就够了!
进程隔离概念 : 系统中的进程存在 " 进程隔离 " , 出于对进程运行的保护 , 两个进程的内存是隔离的 , 并且不允许进行直接通信 ;
主要是驱动设备的初始化(binder_init),打开 (binder_open),映射(binder_mmap),数据操作(binder_ioctl)。
Linux系统是虚拟内存系统,虚拟内存并不是真正的物理内存,而是虚拟的连续内存地址空间。虚拟内存又分为内核空间和用户空间,内核空间是内核程序运行的地方,用户空间是用户进程代码运行的地方,只有内核才能直接访问物理内存并为用户空间映射物理内存(MMU)。内核会为每个进程分配独立的连续的虚拟内存空间,并且在需要的时候映射物理内存,为了完成内存映射,内核为每个进程都维护了一张页表,记录虚拟地址与物理地址的映射关系,这个页表就是存在于MMU中;用户进程访问内存的时候,通过页表把虚拟内存地址转换为物理内存地址进而访问数据;其实对于用户进程而言,虚拟内存就是内存一般的存在(当作内存看待就好)。这样的设计可以把用户程序和系统程序分开,互不影响;内核可以对所有的用户程序进行管理,比如限制内存滥用等
linux操作系统包含了五种IO模型,各种上层编程语言或者网络编程框架的上层实现都是基于操作系统的这些IO实现来实现的。
Linux内核给每个进程都提供了一个独立的虚拟地址空间,并且这个地址空间是连续的。Linux的空间又分为内核空间和用户空间,在32位中,内核空间占1G,用户空间占3G;而在64位中,内核空间和用户空间各占128T。如图3-24所示。
Linux 已经提供了管道、消息队列、共享内存和 Socket 等 IPC 机制。那为什么 Android 还要提供 Binder 来实现 IPC 呢?主要是基于性能、稳定性和安全性几方面的原因。
ByteBuffer 是 java.nio 包下提供的一个类,提供了堆内内存分配与堆外内存分配机制,堆内内存分配方式:ByteBuffer.allocate(size)分配大小为size的字节数组;堆外内存分配方式:ByteBuffer.allocateDirect(size), 在堆外内存空间分配大小为size的空间地址。ByteBuffer.allocateDirect 返回的是一个DirectByteBuffer对象。
物理内存也称为主存,大多数计算机用的主存都是动态随机访问内存(DRAM)。只有内核才可以直接访问物理内存。
我们知道程序代码和数据必须驻留在内存中才能得以运行,然而系统内存数量很有限,往往不能容纳一个完整程序的所有代码和数据,更何况在多任务系统中,可能需要同时打开子处理程序,画图程序,浏览器等很多任务,想让内存驻留所有这些程序显然不太可能。因此首先能想到的就是将程序分割成小份,只让当前系统运行它所有需要的那部分留在内存,其它部分都留在硬盘。当系统处理完当前任务片段后,再从外存中调入下一个待运行的任务片段。的确,老式系统就是这样处理大任务的,而且这个工作是由程序员自行完成。但是随着程序语言越来越高级,程序员对系统体系的依赖程度降低了,很少有程序员能非常清楚的驾驭系统体系,因此放手让程序员负责将程序片段化和按需调入轻则降低效率,重则使得机器崩溃;再一个原因是随着程序越来越丰富,程序的行为几乎无法准确预测,程序员自己都很难判断下一步需要载入哪段程序。因此很难再靠预见性来静态分配固定大小的内存,然后再机械地轮换程序片进入内存执行。系统必须采取一种能按需分配而不需要程序员干预的新技术。
Flink的内存管理是基于JVM内存模型的,所以,在内存调优或者解决各种OOM等问题时JVM内存管理是绕不开的话题。本文以Direct Memory为切入点,探索堆外内存、直接内存、以及他们在Java NIO源码中如何体现的。最后,简单介绍Java NIO的零拷贝在Kafka和Netty中的应用。
当然磁盘到内核空间属于DMA拷贝(DMA即直接内存存取,原理是外部设备不通过CPU而直接与系统内存交换数据)。而内核空间到用户空间则需要CPU的参与进行拷贝,既然需要CPU参与,也就涉及到了内核态和用户态的相互切换,如下图:
C/C++程序为编译后的二进制文件,运行时载入内存,运行时内存分布由代码段、初始化数据段、未初始化数据段、堆和栈构成,如果程序使用了内存映射文件(比如共享库、共享文件),那么包含映射段。Linux环境程序典型的内存布局如图1-5所示。
上一节内容的学习我们知道了CPU是如何访问内存的,CPU拿到内存后就可以向其它人(kernel的其它模块、内核线程、用户空间进程、等等)提供服务,主要包括: 以虚拟地址(VA)的形式,为应用程序提供远大于物理内存的虚拟地址空间(Virtual Address Space) 每个进程都有独立的虚拟地址空间,不会相互影响,进而可提供非常好的内存保护(memory protection) 提供内存映射(Memory Mapping)机制,以便把物理内存、I/O空间、Kernel Image、文件等对象映射到相应进
上一节内容的学习我们知道了CPU是如何访问内存的,CPU拿到内存后就可以向其它人(kernel的其它模块、内核线程、用户空间进程、等等)提供服务,主要包括:
我们知道,linux系统中用户空间和内核空间是隔离的,用户空间程序不能随意的访问内核空间数据,只能通过中断或者异常的方式进入内核态,一般情况下,我们使用copy_to_user和copy_from_user等内核api来实现用户空间和内核空间的数据拷贝,但是像显存这样的设备如果也采用这样的方式就显的效率非常底下,因为用户经常需要在屏幕上进行绘制,要消除这种复制的操作就需要应用程序直接能够访问显存,但是显存被映射到内核空间,应用程序是没有访问权限的,如果显存也能同时映射到用户空间那就不需要拷贝操作了,于是字符设备中提供了mmap接口,可以将内核空间映射的那块物理内存再次映射到用户空间,这样用户空间就可以直接访问不需要任何拷贝操作,这就是我们今天要说的0拷贝技术。
Linux内核是高并发服务的关键组件之一。以下是一些可用于优化Linux内核的配置。
从应用程序或者应用开发者的角度来看,操作系统是计算机系统的核心软件,它为应用程序提供运行环境和基础服务。
这个问题展开可以聊的东西非常多,从编程语言到可执行文件,从堆栈空间到虚拟内存,可以帮助面试官快速了解候选人这部分的知识储备。
解引用NULL指针为什么会出错,导致程序挂死?或者说访问内存地址为0的位置为什么会视为非法?
虚拟地址空间(Virtual Address Space)是每一个程序被加载运行起来后,操作系统为进程分配的虚拟内存,它为每个进程提供了一个假象,即每个进程都在独占地使用主存。
本文以 32 位系统为例介绍内核空间(kernel space)和用户空间(user space)。
什么是零拷贝 维基上是这么描述零拷贝的:零拷贝描述的是CPU不执行拷贝数据从一个存储区域到另一个存储区域的任务,这通常用于通过网络传输一个文件时以减少CPU周期和内存带宽。 零拷贝给我们带来的好处: 减少甚至完全避免不必要的CPU拷贝,从而让CPU解脱出来去执行其他的任务 减少内存带宽的占用 通常零拷贝技术还能够减少用户空间和操作系统内核空间之间的上下文切换 Linux系统的“用户空间”和“内核空间” 从Linux系统上看,除了引导系统的BIN区,整个内存空间主要被分成两个部分:内核空间(Ke
首先Binder是Android中的一种独有的跨进程通信方式,简称IPC。它是专门为Android平台设计的。
JVM一向很好的帮我们管理内存,它就是一个贤内助:“向政府(内存空间)能要到地盘,还能有效的对自己的一亩三分地进行管理。”但是有时候呢,我们不懂怜香惜玉的一而再再而三的向它施压,把我们的一切不管好的坏的都扔给它,但是呢它也没有怨言,只是在地实在放不下的时候会悄悄的告知我们:“StackOverFlowError或者OutOfMemoryError。”既然它如此劳心劳力的付出,我们是不是也应该知道为什么它要抛出来这些异常呢?又或者我们通过一些方式避免掉这些异常让我们的JVM更欢快的奔跑在它的一亩三分地上呢!
虚拟内存是一种操作系统提供的机制,用于将每个进程分配的独立的虚拟地址空间映射到实际的物理内存地址空间上。通过使用虚拟内存,操作系统可以有效地解决多个应用程序直接操作物理内存可能引发的冲突问题。
内核、shell、文件系统和应用程序。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程序、管理文件并使用系统。部分层次结构如图1-1所示。
零拷贝技术指在计算机执行操作时,CPU不需要先将数据从一个内存区域复制到另一个内存区域,从而可以减少上下文切换以及CPU的拷贝时间。它的作用是在数据报从网络设备到用户程序空间传递的过程中,减少数据拷贝次数,减少系统调用,实现CPU的零参与,彻底消除CPU的负载。
linux驱动程序一般工作在内核空间,但也可以工作在用户空间。下面我们将详细解析,什么是内核空间,什么是用户空间,以及如何判断他们。 Linux简化了分段机制,使得虚拟地址与线性地址总是一致,因此,Linux的虚拟地址空间也为0~4G。Linux内核将这4G字节的空间分为两部分。将最高的1G字节(从虚拟地址0xC0000000到0xFFFFFFFF),供内核使用,称为“内核空间”。而将较低的3G字节(从虚拟地址 0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间)。因为每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟空间。 Linux使用两级保护机制:0级供内核使用,3级供用户程序使用。从图中可以看出(这里无法表示图),每个进程有各自的私有用户空间(0~3G),这个空间对系统中的其他进程是不可见的。最高的1GB字节虚拟内核空间则为所有进程以及内核所共享。 内核空间中存放的是内核代码和数据,而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间,它们都处于虚拟空间中。 虽然内核空间占据了每个虚拟空间中的最高1GB字节,但映射到物理内存却总是从最低地址(0x00000000)开始。对内核空间来说,其地址映射是很简单的线性映射,0xC0000000就是物理地址与线性地址之间的位移量,在Linux代码中就叫做PAGE_OFFSET。 内核空间和用户空间之间如何进行通讯? 内核空间和用户空间一般通过系统调用进行通信。 如何判断一个驱动是用户模式驱动还是内核模式驱动? 判断的标准是什么? 用户空间模式的驱动一般通过系统调用来完成对硬件的访问,如通过系统调用将驱动的io空间映射到用户空间等。因此,主要的判断依据就是系统调用。 内核空间和用户空间上不同太多了,说不完,比如用户态的链表和内核链表不一样;用户态用printf,内核态用printk;用户态每个应用程序空间是虚拟的,相对独立的,内核态中却不是独立的,所以编程要非常小心。等等。 还有用户态和内核态程序通讯的方法很多,不单单是系统调用,实际上系统调用是个不好的选择,因为需要系统调用号,这个需要统一分配。 可以通过ioctl、sysfs、proc等来完成。
不是白白浪费了 CPU 的资源吗? 官方解释说,因为单线程已经够用了,CPU 不是 redis 的瓶颈。Redis 的瓶颈最有可能是机器内存或者网络带宽。既然单线程容易实现,而且 CPU 不会成为瓶颈,那就顺理成章地采用单线程的方案了。
本系列将按照类别对题目进行分类整理,重要的地方标上星星,这样有利于大家打下坚实的基础。
https://www.cnblogs.com/poloyy/category/1806772.html
引言 传统的 Linux 操作系统的标准 I/O 接口是基于数据拷贝操作的,即 I/O 操作会导致数据在操作系统内核地址空间的缓冲区和应用程序地址空间定义的缓冲区之间进行传输。这样做最大的好处是可以减少磁盘 I/O 的操作,因为如果所请求的数据已经存放在操作系统的高速缓冲存储器中,那么就不需要再进行实际的物理磁盘 I/O 操作。但是数据传输过程中的数据拷贝操作却导致了极大的 CPU 开销,限制了操作系统有效进行数据传输操作的能力。 零拷贝( zero-copy )技术可以有效地改善数据传输的性能,在内核驱动程序(比如网络堆栈或者磁盘存储驱动程序)处理 I/O 数据的时候,零拷贝技术可以在某种程度上减少甚至完全避免不必要 CPU 数据拷贝操作。
作者简介: 程磊,一线码农,在某手机公司担任系统开发工程师,日常喜欢研究内核基本原理。 1.1 内存管理的意义 1.2 原始内存管理 1.3 分段内存管理 1.4 分页内存管理 1.5 内存管理的目标 1.6 Linux内存管理体系 2.1 物理内存节点 2.2 物理内存区域 2.3 物理内存页面 2.4 物理内存模型 2.5 三级区划关系 3.1 Buddy System 3.1.1 伙伴系统的内存来源 3.1.2 伙伴系统的管理数据结构 3.1.3 伙伴系统的算法逻辑 3.1.4 伙伴系统的接口 3.1
移动设备的操作系统阵营之一的Android,底层基于Linux内核,中间为Native&Runtime层和Framework层。我们知道Linux本身有着很成熟的IPC(进程间通信)机制,比如管道、消息队列、共享内存、socket、信号和信号量等。然而,Android却使用Binder来作为它的IPC的方案,这是为何呢?接下来,就把我之前学习Binder的心得写下来。
之前一直对 Binder 理解不够透彻,仅仅知道一些皮毛,所以最近抽空深入理解一下,并在这里做个小结。
用户空间(User Space) :用户空间又包括用户的应用程序(User Applications)、C 库(C Library) 。
大白话解释,零拷贝就是没有把数据从一个存储区域拷贝到另一个存储区域。但是没有数据的复制,怎么可能实现数据的传输呢?其实我们在java NIO、netty、kafka遇到的零拷贝,并不是不复制数据,而是减少不必要的数据拷贝次数,从而提升代码性能
在计算机操作系统中,所谓的I/O就是 输入(Input)和输出(Output),也可以理解为读(Read)和写(Write),针对不同的对象,I/O模式可以划分为磁盘IO模型和网络IO模型。
Linux虚拟内存的大小为2^32(在32位的x86机器上),内核将这4G字节的空间分为两部分。最高的1G字节(从虚地址0xC0000000到0xFFFFFFFF)供内核使用,称为“内核空间”。而较低的3G字节(从虚地址0x00000000到0xBFFFFFFF),供各个进程使用,称为“用户空间”。也就是说,在这4G的内存中,0-3G是给用户留下的用户空间,这段空间是各个进程独立,无法互相访问的,3-4G是进程的内核空间,每个进程可以通过系统调用进入内核,因此,Linux内核空间由系统内的所有进程共享。于是,从具体进程的角度来看,每个进程可以拥有4G字节的虚拟地址空间(也叫虚拟内存)。
操作系统确实是比较难啃的一门课,至少我认为比计算机网络难太多了,但它的重要性就不用我多说了。
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