本文旨在深入探讨Linux操作系统的虚拟内存管理机制。我们将从基本概念开始,逐步深入到内核级别的实现细节。为了达到这个目标,本文将结合理论讨论和实际的代码分析。我们希望通过这种方式,使读者对Linux虚拟内存管理有更深入的理解。
万物互联和大数据技术的发展,让我们的生活更加活色生香,其背后离不开安全、稳定可靠的服务器系统。
以交友平台用户中心的user表为例,单表数据规模达到千万级别时,你可能会发现使用用户筛选功能查询用户变得非常非常慢,明明查询命中了索引,但是,部分查询还是很慢,这时候,我们就需要考虑拆分这张user表了。
常见的内存分配函数有malloc,mmap等,但大家有没有想过,这些函数在内核中是怎么实现的?换句话说,Linux内核的内存管理是怎么实现的?
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。
在开始介绍go sys call 库之前先介绍下Linux syscall的几个概念
这段代码非常简单,就是先用mmap的方式,为该进程分配10GiB的虚拟内存,然后再用page写的方式,让操作系统为这10GiB虚拟内存,分配对应的物理内存,最后sleep,等待我们测试。
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本文列举四个比较经典的 Linux 收包引擎,如果还有其他你觉得ok的可以留言。这四个分别是:
报道称,Linux内核中出现了一个新的安全漏洞,可能允许用户在目标主机上获得更高的权限。
我们以用户通过网络读取一个本地磁盘上文件为例,在说零拷贝之前,我们先要说说一个普通的IO操作是怎样做的
上一篇我们了解了内存在内核态是如何管理的,本篇文章我们一起来看下内存在用户态的使用情况,如果上一篇文章说是内核驱动工程师经常面对的内存管理问题,那本篇就是应用工程师常面对的问题。
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) 。
内存映射mmap是Linux内核的一个重要机制,它和虚拟内存管理以及文件IO都有直接的关系,这篇细说一下mmap的一些要点。
Linux的内存管理分为 虚拟内存管理 和 物理内存管理,本文主要介绍 虚拟内存管理 的原理和实现。在介绍 虚拟内存管理 前,首先介绍一下 x86 CPU 内存寻址的具体过程。
共享内存是进程间通信最有用的方式,也是最快的IPC形式。共享内存是说:同一块内存被映射到多个进程的地址空间。但是共享内存并不提供同步机制,因此需要互斥锁或者信号量。使用共享内存唯一需要注意的是:当前如果有进程正在向共享内存写数据,则在写入完成以前,别的进程不应当去读、写共享内存。
由于管道仅仅是将一个进程的读端和另一个进程的写端连通的单通信方法,所以又叫“半双工管道”。在shell中管道用“|”表示。 管道的历史很悠久了。
随着cpu技术发展,现在大部分移动设备、PC、服务器都已经使用上64bit的CPU,但是关于Linux内核的虚拟内存管理,还停留在历史的用户态与内核态虚拟内存3:1的观念中,导致在解决一些内存问题时存在误解。
Kafka之所以那么快,其中一个很大的原因就是零拷贝(Zero-copy)技术,零拷贝不是kafka的专利,而是操作系统的升级,又比如Netty,也用到了零拷贝。下面我就画图讲解零拷贝,如果对你有帮助请点个赞支持。
随着计算机技术的飞速发展,Linux操作系统作为开源领域的佼佼者,已经深入到了各个应用场景之中。在Linux系统中,内核与用户空间之间的交互是核心功能之一,而设备驱动则是实现这一交互的关键环节。然而,传统的设备驱动开发往往受限于内核空间的限制,无法充分发挥用户空间程序的灵活性和性能优势。为了解决这个问题,Linux内核引入了UIO(Userspace I/O)驱动模型。
简单来讲,/dev/mem是系统物理内存的映像文件,这里的 “物理内存” 需要进一步解释。
在容器逃逸技术概览一文中我们提到,由于容器与宿主机共享内核,内核漏洞成为容器逃逸的四大原因之一。由于潜在后果的严重性(提升至系统最高权限)和影响的广泛性(一个漏洞会影响相当多的计算机设备),系统开发者陆续在内核实现了一系列的漏洞缓解技术,以减小内核被攻破的可能性。
mmap/munmap接口是用户空间的最常用的一个系统调用接口,无论是在用户程序中分配内存、读写大文件,链接动态库文件,还是多进程间共享内存,都可以看到mmap/munmap的身影。mmap/munmap函数声明如下:
1.mmap函数 所需头文件:#include<sys/mman.h> 函数原型:void* mmap(void* addr, size_t length, int prot, int flags, int fd, off_t offset) 参数: 第一个参数void* addr是映射区的首地址,传NULL,让内核去指定,返回值用来指定映射区的首地址。
本文讲解 Linux 的零拷贝技术,云计算是一门很庞大的技术学科,融合了很多技术,Linux 算是比较基础的技术,所以,学好 Linux 对于云计算的学习会有比较大的帮助。
https://man7.org/linux/man-pages/man2/mmap.2.html
Kmalloc分配的是连续的物理地址空间。如果需要连续的物理页,可以使用此函数,这是内核中内存分配的常用方式,也是大多数情况下应该使用的内存分配方式。
首先看linux进程在32位处理器下的虚拟空间内存布局,以i386 32位机器为例
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。
在我们进行数据持久化,对文件内容进行落盘处理时,我们时常会使用fsync操作,该操作会将文件关联的脏页(dirty page)数据(实际文件内容及元数据信息)一同写回磁盘。这里提到的脏页(dirty page)即为页缓存(page cache)。
mmap是一种内存映射文件的方法,即将一个文件或者其它对象映射到进程的地址空间,实现文件磁盘地址和进程虚拟地址空间中一段虚拟地址的一一对映关系。实现这样的映射关系后,进程就可以采用指针的方式读写操作这一段内存,而系统会自动回写脏页面到对应的文件磁盘上,即完成了对文件的操作而不必再调用read,write等系统调用函数。相反,内核空间对这段区域的修改也直接反映用户空间,从而可以实现不同进程间的文件共享
Linux内核由于存在page cache, 一般修改的文件数据并不会马上同步到磁盘,会缓存在内存的page cache中,我们把这种和磁盘数据不一致的页称为脏页,脏页会在合适的时机同步到磁盘。为了回写page cache中的脏页,需要标记页为脏。
fork是一个拥有50年历史的陈年系统调用,它是一个传奇!时至今日,它依旧灿烂。
[注: 转载自今日头条号"闪念基因"] 在我们进行数据持久化,对文件内容进行落盘处理时,我们时常会使用fsync操作,该操作会将文件关联的脏页(dirty page)数据(实际文件内容及元数据信息)一同写回磁盘。这里提到的脏页(dirty page)即为页缓存(page cache)。
mmap() 系统调用能够将文件映射到内存空间,然后可以通过读写内存来读写文件。我们先来看看 mmap() 系统调用的用法吧,mmap() 函数的原型如下:
之前负责过QQ音乐Android版的播放功能,对于Android音频系统有过一些了解,因此将这些内容整理成文。本文是Android音频系统的基础篇,主要介绍了匿名内存内部实现以及对外的接口。下篇文章将介绍Ashmem对外提供的接口以及MemoryBase+MemoryHeapBase实现进程间共享内存的原理。
大家在看内核代码时会经常看的以上术语,但在ARM的芯片手册中并没有用到这些术语,而是使用L1,L2,L3页表这种术语。
作者简介: viho he,ARM64专家,现供职于某芯片公司,专注于Linux内核、BSP、ARM64虚拟化以及与ARM64 SoC相关的各种底软技术 问题简述 在笔者的开发平台上,应用程序使用ION申请cma内存,并用mmap映射到用户地址空间去做写操作。 重点代码摘要如下: 客户希望提高 node->var = some_value; 这里的访问效率(实际代码要复杂些,是申请了一个大数组并往里循环读写数据)。 第一轮分析 首先用perf分析应用程序行为,发现程序在运行时产生了不少page fault
先讲一个作者大约5-6年前我在某当时很火的一个应用分发创业公司的面试小插曲,该公司安排了一个刚工作1年多的一个同学来面我,聊到我们项目中的配置文件里写的一个开关,这位同学就跳出来说,你这个读文件啦,每个用户请求来了还得多一次的磁盘IO,性能肯定差。借由这个故事其实我发现了一个问题,虽然我们中的大部分人都是计算机科班出身,代码也写的很遛。但是在一些看似司空见惯的问题上,我们中的绝大多数人并没有真正理解,或者理解的不够透彻。
该文介绍了Linux系统编程中进程地址空间的基本概念和详细说明。包括分段机制、虚拟地址、分页机制、环境变量、命令行参数、栈、共享库和mmap内存映射区等。
进程是指计算机中已运行的程序。进程本身不是基本的运行单位,而是线程的容器。程序本身只是指令、数据及组织形式的描述,而进程才是程序真正的运行实体。在Linux内核中,进程又称为任务(task),进程的虚拟地址空间可以分为用户虚拟地址空间和内核虚拟地址空间,所有进程共享内核虚拟地址空间,又各自拥有独立的用户虚拟地址空间。
要想一个系统不崩溃,性能还得好,同步技术是非常关键的。但是,完全避免竞态条件几乎是难于上青天。因为它要求对内核各个功能模块之间的交互得有一个清晰深刻的理解。下面我们看一下Linux内核中一些具体保护数据访问的示例,加深对其理解,甚至可以在自己的内核设计上借鉴一下。
零拷贝是老生常谈的问题啦,大厂非常喜欢问。比如Kafka为什么快,RocketMQ为什么快等,都涉及到零拷贝知识点。最近技术讨论群几个伙伴分享了阿里、虾皮的面试真题,也都涉及到零拷贝。因此本文将跟大家一起来学习零拷贝原理。
输入输出(input/output)的对象可以是文件(file), 网络(socket),进程之间的管道(pipe)。在linux系统中,都用文件描述符(fd)来表示。
理解硬件访问内存的原理,MMU和页表;澄清Linux内核ZONE,buddy,slab管理;澄清用户空间malloc与内核关系,Lazy分配机制;澄清进程的内存消耗的vss,rss,pss,uss概念;澄清内存耗尽的OOM行为;澄清文件背景页面与匿名页,page cache与swap;澄清内存的回收、dirty page的写回,以及一些内存管理/proc/sys/vm sysctl配置的幕后原理;DMA和cache一致性,IOMMU等;给出一些内存相关的调试和优化方法;消除网上各种免费资料的各种误解。
也许你很少面临这一情况,但是一旦如此,你一定知道出什么错了:可用内存不足或者说内存用尽(OOM)。结果非常典型:你不能再分配内存,内核会杀掉一个任务(一般是正在运行那个)。一般半随着大量的交换读写,你可以从屏幕和磁盘动向看出来。
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