linux 内核结构(linux内核源码)

今天给各位分享linux 内核结构的知识，其中也会对linux内核源码进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！

Linux内核学习笔记——内核页表隔离KPTI机制

Linux内核探索：深入理解KPTI机制对抗Meltdown& Spectre漏洞

在现代计算机体系结构中，Meltdown和Spectre两大漏洞利用了CPU预测执行的微妙特性，通过非法操作在rax被清零前传递关键信息。其攻击策略主要包括非法指令标记、rax清除、缓存中的信息泄露以及利用时间差异定位关键地址。针对这一挑战，Linux内核引入了KPTI（Kernel Page Table Isolation）机制，以KAISER为基础，旨在增强用户和内核空间的隔离，同时尽可能减少性能影响。

KPTI的核心在于精细化的页表管理。当运行用户应用时，只保留必要的内核异常映射，避免直接暴露敏感信息。设计了trampoline kernel PGD（跳板页全局目录），在用户权限进入内核时，负责执行转换，确保用户无法触及kernel data。

Unmap kernel mapping过程

从内核返回用户空间时，正常情况下kernel_exit会调用trampoline的退出处理，将内核映射替换为trampoline，这个过程被称为unmap kernel mapping，旨在强化隔离。

而TLB（Translation Lookaside Buffer）作为虚拟地址到物理地址转换的高速缓存，其刷新策略至关重要。在最初的系统设计中，每个进程独立的虚拟地址空间导致地址转换时的混乱，进程切换时会刷新TLB。引入KPTI后，操作系统区分了内核和用户空间，内核空间使用全局TLB以提高效率。

PCID和ASID的引入

为了应对KPTI需求，引入了PCID（进程上下文标识符）和ASID（地址空间标识符）。这样，每个进程都拥有独特的标识，TLB条目根据当前进程的ASID进行标记。

这样做的好处在于，内核空间不再是全局共享，确保了隔离性。同时，避免了在内核用户模式切换时刷新TLB，从而避免性能损失。

通过这些策略，KPTI机制有效地防止了恶意攻击，同时也为用户和内核提供了一层额外的安全防护层。

深入了解KPTI机制

若想深入了解KPTI的实现细节和影响，可以参考原文：[Link to original article]()

Linux内核:内存管理——Slab分配器

深入解析Linux内核：内存管理的艺术——SLAB分配器

在Linux内核的世界里，内存管理是一项至关重要的任务。其中，SLAB分配器扮演着关键角色，它解决了页框分配器的大页框浪费问题，通过专用SLAB（如TCP）和普通SLAB（如kmalloc-8, kmalloc-16等）实现了高效而灵活的内存管理。通过执行`cat/proc/slabinfo`，我们可以窥探SLAB的运行状态。

SLAB的核心理念在于对象大小的固定性，这有助于减少内存碎片，提高内存使用效率。kmem_cache（SLAB缓存）是其最高层级的数据结构，它负责描述和管理SLAB及其对象。内核模块通过kmem_cache_create定制化的SLAB，确保内存管理的灵活性。

kmem_cache结构内部，对象大小(object_size)与SLAB的全局配置如gfporder和num保持同步。每个NUMA节点的SLAB管理由struct kmem_cache_node数组负责，它支持分布式内存管理，确保了内存的均衡分配。

在kmem_cache的内部结构中，SLAB链表是关键部分，包括slabs_partial、slabs_full和slabs_free。slabs_partial存储部分使用的SLAB描述符，slabs_full则是所有对象的链表，而slabs_free则记录空闲的SLAB。这些链表通过spinlock_t lock进行同步，确保了在分配和回收过程中的线程安全。

SLAB设计巧妙，如SLUB（Simple Low Overhead Buffering）和SLOB（Simplified Low Overhead Buffering）结构，它们结合了计数器、活跃对象和动态链表，以实现内存的高效分配。SLAB描述符还包括页标志、对象地址指针和空闲对象链表，这些细节都在CONFIG_SLUB配置中有所体现。

SLAB描述符中的freelist和填充区域的优化，以及对象地址的着色设计，都是提高内存利用率的重要手段。内存着色通过添加偏移量避免同一行内存冲突，提升了性能。本地CPU和共享链表的组合，形成了SLAB分配器的高效运作框架，优先级分配原则保证了快速响应。

了解这些细节后，我们发现SLAB分配器是Linux内核内存管理的精髓所在，它在内存分配和回收的过程中，巧妙地平衡了效率与灵活性。通过深入研究这些内部机制，我们可以更好地理解和优化我们的系统内存使用。

【推荐阅读】

1. Linux文件系统详解

2. Linux进程管理：实时调度

3. Linux内核内存管理-缺页异常& brk系统调用

原文作者：tolimit

原文地址：linux内存源码分析- SLAB分配器概述

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经过上述的精炼与重构，文章内容更加清晰，突出了SLAB分配器在Linux内核内存管理中的核心作用和关键细节，为读者提供了深入理解内存管理的窗口。

linux内核调试(三)内核崩溃日志抓取pstore

深入探索Linux内核调试：内核崩溃日志的pstore捕获技术

在Linux内核的世界里，ARMv8架构的5.14.0-rc5版本引入了pstore，一个强大的内核日志管理工具，它以模块化设计轻松地保存内核日志、console日志和ftrace信息，同时还支持灵活的存储设备扩展。pstore的核心在于其文件系统，它以文件形式呈现重启时的数据，便于查询和操作。

初始化pstore流程中，首先设置压缩算法，如deflate或lzo，接着初始化文件系统，创建一个挂载点，并将文件系统注册到内核中。在实际操作中，当系统挂载pstore文件系统时，会填充超级块并从后台读取数据，确保崩溃日志的完整性。

深入细节：pstore的幕后操作

当处理崩溃日志时，pstore通过一系列关键步骤进行工作。首先是打开后台设备（open(psi)），然后进入一个循环（for(; stop_loop;--stop_loop)），每次迭代中，记录（record）会被初始化（pstore_record_init(record, psi)），可能需要解压缩（decompress_record(record)），并根据记录内容创建文件（pstore_mkfile(root, record)）。

在pstore backend的注册流程中，关键在于构造一个包含设备名、缓存、标志、限制以及回调函数的pstore_info结构体。接着，根据配置和分区操作，进行参数校验，最后将前端与后端进行连接（注册流程）。

前端操作：记录的捕获与处理

内核异常时，kmsg_dump函数扮演了重要角色，它遍历dump_list，根据dumper的限制条件（max_reason），执行dump操作。dmesg前端的dump函数中，首先初始化记录（（1）初始化record结构），接着读取log并写入，经过压缩（如果启用）（（2,3）），然后将记录安全地写入后端设备（（4））。

为了充分利用pstore，开发者需要在内核配置中启用（（1）启用pstore功能），并在devicetree中为ramoops预留内存（（2）devicetree配置）。挂载时，将指向/sys/fs/pstore，即可访问并操作保存的崩溃日志（（3,4））。

通过深入了解pstore，开发者可以更好地诊断和修复Linux内核中的问题，确保系统在遇到异常时，日志数据能被有效保存和管理。掌握这一技术，无疑为内核维护者提供了强大的工具。