深入理解linux内核 linux内核的介绍

大家好，今天给各位分享深入理解linux内核的一些知识，其中也会对linux内核的介绍进行解释，文章篇幅可能偏长，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在就马上开始吧！

一文搞懂Linux内核内存管理中的KASAN实现原理

深入探索Linux内核的KASAN内存保护机制：越界检测与实现原理

Kernel Address Sanitizer(KASAN)，作为内存错误检测的守护者，专为x86_64和arm64架构的Linux 4.4及更高版本设计。它通过GCC 4.9.2及以上版本的强大支持，利用shadow memory这一内存监控机制，确保了对内存越界访问的精准捕捉。启动时，只需在编译选项中设置CONFIG_SLUB_DEBUG=y和CONFIG_KASAN=y，SLUB_DEBUG将提供额外的调试信息，可能会增加boot.img的大小。

KASAN的核心策略是利用系统1/8的内存空间作为shadow memory，通过编译时插入的load/store检查，实时监控每个内存操作。当内存访问尝试超出定义范围时，__asan_load#size()和__asan_store#size()这些内置函数会触发异常，发出警告。比如，8字节内存访问要求shadow memory值为0，任何偏离这一规则的操作都会触发错误检查。

在ARM64架构下，KASAN区域位于kernel空间的VMALLOC区域，支持KASLR。编译器会在每个内存访问前后自动插入检查，通过__asan_load#size()和__asan_store#size()来验证内存地址的有效性。例如，全局变量的构造函数由编译器生成，如char a[4]变为struct{ char original[4]; char redzone[60];}，redzone的填充规则由实际占用内存与32字节的余数决定。

关于shadow memory的物理映射，它与kernel地址之间的关系是：shadow_addr=(kaddr>> 3)+ KASAN_SHADOW_OFFSE。KASAN区域作为虚拟地址，必须通过映射将其转换为物理地址才能操作。初始化过程在kasan_early_init()和kasan_init()函数中进行，确保内存映射的正确性。当分配内存时，如kmalloc(20)，KASAN会标记多余的内存为不可访问，以防止意外的越界使用。

更具体地，KASAN通过struct kasan_global结构体来管理全局变量，如smc_num1、smc_num2和smc_num3。反编译System.map和vmlinux.txt，我们发现每个全局变量都有对应的构造函数，如smc_num1的构造函数地址为ffff200009381df0，初始化过程由__asan_register_globals()执行。

总结来说，KASAN通过编译器的智能处理，确保了对内存访问的严格监控。它在栈分配变量和全局变量上都有相应的边界检查和shadow memory初始化。错误日志提供了详尽的bug信息，如地址、任务、kmalloc_oob_right错误描述等，帮助开发者快速定位问题。

在实践中，KASAN在Linux内核4.18版本中表现出色，通过检测slab-out-of-bounds错误，为内存管理提供了强大的安全保障。深入理解KASAN的工作原理，对保证系统稳定性和代码质量至关重要。

一文分析Linux v4l2框架

深度解析Linux v4l2框架：驱动与应用一体化的视频接口

在Linux内核4.14的ARM64架构上，Cortex-A53双核处理器环境下，v4l2框架是视频设备驱动的基石，它为应用程序和硬件扩展提供了统一的接口。本文将带您深入了解这个强大的框架，从基础到应用，一一剖析。

框架概览

Linux v4l2是内核中负责视频设备驱动的核心框架，它提供了一致的API，让应用程序能够灵活地与各种硬件设备交互。主要模块包括v4l2-core、媒体框架（media framework）和videobuf2，它们共同构成了视频数据处理的核心架构。

入门指南

视频数据采集：从设备驱动的启动到数据的收集，v4l2框架确保了流程的连贯性。

硬件抽象：涉及相机模块、Camera Sensor Interface(CSI)、系统级接口及图像信号处理器(ISP)，这些是设备接入的基础。

关键数据结构

v4l2_device：内核中设备的基本抽象，是用户和硬件交互的桥梁。

v4l2_subdev：子设备抽象，通过v4l2_subdev_ops为不同功能提供操作接口。

user space的接入点——video_device，它搭建了用户与内核的沟通桥梁。

注册与流程管理

驱动程序集成v4l2_device，并实现标准的v4l2功能，通过video_register_device和cdev_add进行注册。

驱动与v4l2框架的无缝对接，确保用户空间接口的正常调用，如open、ioctl等。

后续学习资源

代码执行剖析，深入理解v4l2内核操作原理。

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深入了解v4l2框架的运作，可以通过内核技术中文网，我们全国领先的内核技术交流论坛，获取更多学习资源和免费直播课程。想要更深入地探索，别忘了访问我们的论坛，构建权威内核技术交流平台，一文分析Linux v4l2框架，共同提升技术实力。

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。

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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。