Linux内核学习小结
网上学习总结的一些资料，加上个人的一些总结。
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Linux内核可以分成基础层和应用层。
基础层包括数据结构，内核同步机制，内存管理，任务调度。
应用层包括文件系统，设备和驱动，网络，虚拟化等。文件系统是应用层的基础。 -
内核基础层-数据结构
双向链表
hash链表
红黑树: deadline调度算法 deadline-iosched.c 用到了红黑树。
radix树：以空间冗余换时间消耗，代码见 /lib/radix-tree.c。Page cache的管理用到了radix tree。 -
内核基础层-内存管理
主要有伙伴系统内存管理和Slab内存管理两种。
3.1 伙伴系统内存管理- 基于页面的内存管理 (1页=4096字节，每个页面地址上连续)。分配内存以页为单位。
- 自动完成页面的分割与合并
- alloc_pages(): 从伙伴系统申请内存。申请得到的是页面结构的指针，如果要得到内存地址，需要调用page_address()。_get_free_pages()可以直接得到内存地址。
3.2 Slab系统内存管理 - 基于对象的内存管理 (建立在伙伴系统之上)。分配内存不以页为单位。
- 提供内存的构造函数和析构函数
- kmem_cache_create: 创建Slab对象
- kmem_cache_alloc: 申请内存
- kmem_cache_free: 释放内存
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内核基础层-同步机制主要有自旋锁和信号量两种。
4.1自旋锁 spin-lock
我的理解是spin-lock主要是给多核同步用。如果是单核非抢占式，那么spin-lock没有什么作用。如果是单核抢占式，那么spin-lock起的作用是禁止抢占?。
spin-lock如果没有抢到就busy-waiting，不会sleep。
spin-lock可以用在interrupt-handler中，因为interrupt-handler不允许在里面sleep，spin-lock没抢到也不会sleep。
4.2 信号量semaphore and mutex
Semaphore计数可以多个，mutex计数只有一个。
up: 释放信号量
down: 获取信号量。如果没获取到就sleep
down_trylock: 获取信号量。如果没获取到就立刻返回，不会进入sleep
semaphore不可以用在interrupt-handler和tasklet等不能sleep的场景，因为Semaphore没抢到的话会sleep。
对于可以sleep的场景，那就semaphore和spin-lock都可以用。spin-lock多用在轻量级场景。
4.3 原子变量 - 读写不会被打断。用在简单的数据的读写上，比如多个进程读写一个公共int变量。
atmoic_add - 加一个整数到原子变量
atomic_sub - 减一个整数到原子变量
atomic_set - 设置原子变量的数值
atomic_read - 读取原子变量的数值
4.4 completion - 提供一种等待完成的机制。类似信号量。
wait_for_completion - 等待操作完成
complete - 完成的信号
4.5 CPU变量 - 每个CPU都有一个变量的备份
DEFINE_PER_CPU
4.6 RCU锁 - 免锁机制
call_rcu
rcu_read_lock
4.7 顺序锁 - 适用于读多写少的场合
read_seqbegin
write_seqlock