奔跑吧Linux內(nèi)核：基礎架構+調(diào)試與案例分析（套裝2冊）

《奔跑吧Linux內(nèi)核（第2版）卷1：基礎架構》
目　　錄

第　1章 處理器架構　1

1.1　處理器架構介紹　3

1.1.1　精簡指令集和復雜指令集　3

1.1.2　大/小端字節(jié)序　3

1.1.3　一條存儲讀寫指令的執(zhí)行全過程　4

1.1.4　內(nèi)存屏障產(chǎn)生的原因　8

1.1.5　高速緩存的工作方式　10

1.1.6　高速緩存的映射方式　11

1.1.7　組相聯(lián)的高速緩存　13

1.1.8　PIPT和VIVT的區(qū)別　14

1.1.9　頁表的創(chuàng)建和查詢過程　17

1.1.10　TLB　21

1.1.11　MESI協(xié)議　21

1.1.12　高速緩存?zhèn)喂蚕怼?6

1.1.13　高速緩存在Linux內(nèi)核中的應用　27

1.1.14　ARM的大/小核架構　28

1.1.15　高速緩存一致性和一致性內(nèi)存模型　30

1.1.16　高速緩存的回寫策略和替換策略　30

1.1.17　NUMA　31

1.1.18　ARM處理器設計　32

1.1.19　最新進展　33

1.2　ARM64架構　34

1.2.1　ARMv8-A架構　34

1.2.2　采用ARMv8架構的常見處理器內(nèi)核　35

1.2.3　ARMv8架構中的基本概念　35

1.2.4　ARMv8處理器執(zhí)行狀態(tài)　36

1.2.5　ARMv8支持的數(shù)據(jù)寬度　36

1.2.6　不對齊訪問　37

1.3　ARMv8寄存器　37

1.3.1　通用寄存器　37

1.3.2　處理器狀態(tài)　38

1.3.3　特殊寄存器　39

1.3.4　系統(tǒng)寄存器　41

1.4　A64指令集　42

1.4.1　常用的算術和搬移指令　42

1.4.2　乘法和除法指令　43

1.4.3　移位操作指令　45

1.4.4　位操作指令　45

1.4.5　條件操作　47

1.4.6　內(nèi)存加載指令　48

1.4.7　多字節(jié)內(nèi)存加載和存儲指令　50

1.4.8　非特權訪問級別的加載和存儲指令　50

1.4.9　內(nèi)存屏障指令簡介　51

1.4.10　獨占內(nèi)存訪問指令　51

1.4.11　跳轉與比較指令　52

1.4.12　異常處理指令　53

1.4.13　系統(tǒng)寄存器訪問指令　54

1.5　GCC內(nèi)聯(lián)匯編　55

1.6　函數(shù)調(diào)用標準和棧布局　57

1.7　ARM64異常處理　59

1.7.1　異常類型　59

1.7.2　同步異常和異步異?！?0

1.7.3　異常發(fā)生后的處理　60

第　2章 ARM64在Linux內(nèi)核中的實現(xiàn)　62

2.1　ARM64內(nèi)存管理　63

2.1.1　頁表　63

2.1.2　頁表映射　64

2.1.3　頁表項描述符　65

2.1.4　Linux內(nèi)核中的頁表　68

2.1.5　ARM64內(nèi)核內(nèi)存分布　74

2.1.6　案例分析：ARM64的頁表映射過程　78

2.2　高速緩存管理　84

2.3　TLB管理　87

2.4　內(nèi)存屬性　90

2.4.1　內(nèi)存屬性　91

2.4.2　高速緩存共享屬性　94

2.5　內(nèi)存屏障　95

2.5.1　內(nèi)存屏障指令　95

2.5.2　加載-獲取屏障原語與存儲-釋放屏障原語　96

2.6　Linux內(nèi)核匯編代碼分析　97

2.6.1　鏈接文件基礎知識　97

2.6.2　vmlinux.lds.S文件分析　99

2.6.3　啟動匯編代碼　102

2.6.4　創(chuàng)建恒等映射和內(nèi)核映像映射　106

2.6.5　__cpu_setup函數(shù)分析　114

2.6.6　__primary_switch函數(shù)分析　117

2.7　關于頁表的常見疑問　120

2.7.1　關于下一級頁表基地址　121

2.7.2　軟件遍歷頁表　121

第3章　內(nèi)存管理之預備知識　124

3.1　從硬件角度看內(nèi)存管理　126

3.1.1　內(nèi)存管理的“遠古時代”　126

3.1.2　分段機制　127

3.1.3　分頁機制　128

3.1.4　虛擬地址到物理地址的轉換　128

3.2　從軟件角度看內(nèi)存管理　129

3.2.1　從Linux系統(tǒng)使用者的角度看內(nèi)存管理　129

3.2.2　從Linux應用程序開發(fā)人員的角度看內(nèi)存管理　130

3.2.3　從內(nèi)存分布的角度看內(nèi)存管理　131

3.2.4　從進程的角度看內(nèi)存管理　131

3.2.5　從Linux內(nèi)核的角度看內(nèi)存管理　135

3.3　物理內(nèi)存管理之預備知識　136

3.3.1　內(nèi)存架構之UMA和NUMA　136

3.3.2　內(nèi)存管理之數(shù)據(jù)結構　138

3.3.3　內(nèi)存大小　140

3.3.4　物理內(nèi)存映射　141

3.3.5　zone初始化　143

3.3.6　空間劃分　145

3.3.7　物理內(nèi)存初始化　146

第4章　物理內(nèi)存與虛擬內(nèi)存　152

4.1　頁面分配之快速路徑　153

4.1.1　分配物理頁面的接口函數(shù)　154

4.1.2　分配掩碼　155

4.1.3　alloc_pages()函數(shù)　158

4.1.4　get_page_from_freelist()函數(shù)　162

4.1.5　zone_watermark_fast()函數(shù)　164

4.1.6　rmqueue()函數(shù)　165

4.1.7　釋放頁面　167

4.1.8　小結　170

4.2　slab分配器　170

4.2.1　slab分配器產(chǎn)生的背景　170

4.2.2　創(chuàng)建slab描述符　173

4.2.3　slab分配器的內(nèi)存布局　176

4.2.4　配置slab描述符　178

4.2.5　分配slab對象　180

4.2.6　釋放slab緩存對象　183

4.2.7　slab分配器和伙伴系統(tǒng)的接口函數(shù)　185

4.2.8　管理區(qū)　185

4.2.9　kmalloc()　188

4.2.10　小結　189

4.3　vmalloc()　190

4.4　虛擬內(nèi)存管理之進程地址空間　194

4.4.1　進程地址空間　194

4.4.2　mm_struct數(shù)據(jù)結構　195

4.4.3　VMA數(shù)據(jù)結構　197

4.4.4　VMA的屬性　199

4.4.5　查找VMA　201

4.4.6　插入VMA　203

4.4.7　合并VMA　206

4.4.8　紅黑樹例子　207

4.4.9　小結　209

4.5　malloc()　210

4.5.1　brk系統(tǒng)調(diào)用　210

4.5.2　用戶態(tài)地址空間劃分　212

4.5.3　__do_sys_brk()函數(shù)　213

4.5.4　do_brk_flags()函數(shù)　213

4.5.5?。適m＿populate()函數(shù)　215

4.5.6　get_user_pages()函數(shù)　216

4.5.7　小結　220

4.6　mmap　223

4.6.1　mmap概述　223

4.6.2　小結　225

4.7　缺頁異常處理　227

4.7.1　ARM64缺頁異常的底層處理流程　228

4.7.2　do_page_fault()函數(shù)　234

4.7.3　handle_mm_fault()函數(shù)　237

4.7.4　匿名頁面缺頁中斷　240

4.7.5　系統(tǒng)零頁　241

4.7.6　文件映射缺頁中斷　242

4.7.7　寫時復制　245

4.7.8　ARM64硬件DBM機制導致的競爭問題　248

4.7.9　關于pte_offset_map()安全使用的問題　251

4.7.10　關于寫時復制的競爭問題　253

4.7.11　為什么要在切換頁表項之前刷新TLB　256

4.7.12　缺頁異常引發(fā)的死鎖　257

4.7.13　小結　257

第5章　內(nèi)存管理之高級主題　259

5.1　page　260

5.2　RMAP　272

5.3　頁面回收　285

5.4　匿名頁面生命周期　318

5.5　頁面遷移　321

5.6　內(nèi)存規(guī)整　329

5.7　KSM　339

5.8　頁面分配之慢速路徑　362

5.9　內(nèi)存碎片化管理　368

第6章　內(nèi)存管理之實戰(zhàn)案例分析　375

6.1　內(nèi)存管理日志信息和調(diào)試信息　375

6.2　內(nèi)存管理調(diào)優(yōu)參數(shù)　400

6.3　內(nèi)存管理實戰(zhàn)案例分析　407

第7章　進程管理之基本概念　430

7.1　關于進程的基本概念　431

7.2　與進程創(chuàng)建和終止相關的操作系統(tǒng)原語　441

7.3　代碼分析：進程的創(chuàng)建和終止　447

7.4　進程調(diào)度原語　461

第8章　進程管理之調(diào)度與負載均衡　469

8.1　CFS　470

8.2　負載計算　503

8.3　SMP負載均衡　517

8.4　綠色節(jié)能調(diào)度器　542

8.5　實時調(diào)度　574

第9章　進程管理之調(diào)試與案例分析　580

9.1　進程管理之調(diào)試　580

9.2　綜合案例分析——系統(tǒng)調(diào)度　587

9.3　進程管理　589


《奔跑吧Linux內(nèi)核（第2版）卷2：調(diào)試與案例分析》

目　　錄
第 1章 并發(fā)與同步 1

1.1 原子操作 3

1.1.3 比較并交換指令 7

1.2 內(nèi)存屏障 11

1.3 經(jīng)典自旋鎖 14

1.4 MCS鎖 20

1.5 排隊自旋鎖 27

1.6 信號量 39

1.7 互斥鎖 43

1.8 讀寫鎖 52

1.9 讀寫信號量 53

1.10 RCU 64

1.11 案例分析：內(nèi)存管理中的鎖 69

第 2章 中斷管理 81

2.1 中斷控制器 82

2.2 硬件中斷號和Linux中斷號的映射 87

2.3 注冊中斷 98

2.4 ARM64底層中斷處理 105

2.5 高層中斷處理 114

2.6 軟中斷和tasklet 125

2.7 工作隊列 136

第3章 內(nèi)核調(diào)試與性能優(yōu)化 164

3.1 打造ARM64實驗平臺 165

3.2 ftrace 181

3.3 內(nèi)存檢測 196

3.4 死鎖檢測 204

3.5 內(nèi)核調(diào)試方法 210

3.6 使用perf優(yōu)化性能 217

3.7 SystemTap 222

3.8 eBPF和BCC 224

第4章 基于x86_64解決宕機難題 229

4.1 Kdump和Crash工具 230

4.2 x86_64架構基礎知識 230

4.3 在CentOS 7.6中安裝和配置Kdump和Crash 233

4.4 crash命令 235

4.5 案例1：一個簡單的宕機案例 244

4.6 案例2：訪問被刪除的鏈表 250

4.7 案例3：一個真實的驅(qū)動崩潰案例 254

4.8 死鎖檢查機制 259

4.9 案例4：一個簡單的死鎖案例 261

4.10 案例5：分析和推導參數(shù)的值變量 263

4.11 案例6：一個復雜的宕機案例 270

第5章 基于ARM64解決宕機難題 285

5.1 搭建Kdump實驗環(huán)境 285

5.2 案例1：一個簡單的宕機案例 287

5.3 案例2：恢復函數(shù)調(diào)用棧 288

5.4 案例3：分析和推導參數(shù)的值 291

5.5 案例4：一個復雜的宕機案例 294

第6章 安全漏洞分析 303

6.1 側信道攻擊 303

6.2 CPU熔斷漏洞分析 306

6.3 CPU“幽靈”漏洞 317

附錄A 使用DS-5調(diào)試ARM64 Linux內(nèi)核 325

附錄B ARM64中的獨占訪問指令 341

附錄C 圖解MESI狀態(tài)轉換 345

附錄D 高速緩存與內(nèi)存屏障 350