趣谈Linux操作系统
刘超
网易杭州研究院云计算技术部首席架构师
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入门准备篇 (3讲)
开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统？
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01 | 入学测验：你究竟对Linux操作系统了解多少？
02 | 学习路径：爬过这六个陡坡，你就能对Linux了如指掌
核心原理篇：第一部分 Linux操作系统综述 (3讲)
03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板
04 | 快速上手几个Linux命令：每家公司都有自己的黑话
05 | 学会几个系统调用：咱们公司能接哪些类型的项目？
核心原理篇：第二部分 系统初始化 (4讲)
06 | x86架构：有了开放的架构，才能打造开放的营商环境
07 | 从BIOS到bootloader：创业伊始，有活儿老板自己上
08 | 内核初始化：生意做大了就得成立公司
09 | 系统调用：公司成立好了就要开始接项目
核心原理篇：第三部分 进程管理 (10讲)
10 | 进程：公司接这么多项目，如何管？
11 | 线程：如何让复杂的项目并行执行？
12 | 进程数据结构（上）：项目多了就需要项目管理系统
13 | 进程数据结构（中）：项目多了就需要项目管理系统
14 | 进程数据结构（下）：项目多了就需要项目管理系统
15 | 调度（上）：如何制定项目管理流程？
16 | 调度（中）：主动调度是如何发生的？
17 | 调度（下）：抢占式调度是如何发生的？
18 | 进程的创建：如何发起一个新项目？
19 | 线程的创建：如何执行一个新子项目？
核心原理篇：第四部分 内存管理 (7讲)
20 | 内存管理（上）：为客户保密，规划进程内存空间布局
21 | 内存管理（下）：为客户保密，项目组独享会议室封闭开发
22 | 进程空间管理：项目组还可以自行布置会议室
23 | 物理内存管理（上）：会议室管理员如何分配会议室？
24 | 物理内存管理（下）：会议室管理员如何分配会议室？
25 | 用户态内存映射：如何找到正确的会议室？
26 | 内核态内存映射：如何找到正确的会议室？
核心原理篇：第五部分 文件系统 (4讲)
27 | 文件系统：项目成果要归档，我们就需要档案库
28 | 硬盘文件系统：如何最合理地组织档案库的文档？
29 | 虚拟文件系统：文件多了就需要档案管理系统
30 | 文件缓存：常用文档应该放在触手可得的地方
核心原理篇：第六部分 输入输出系统 (5讲)
31 | 输入与输出：如何建立售前售后生态体系？
32 | 字符设备（上）：如何建立直销模式？
33 | 字符设备（下）：如何建立直销模式？
34 | 块设备（上）：如何建立代理商销售模式？
35 | 块设备（下）：如何建立代理商销售模式？
核心原理篇：第七部分 进程间通信 (7讲)
36 | 进程间通信：遇到大项目需要项目组之间的合作才行
37 | 信号（上）：项目组A完成了，如何及时通知项目组B？
38 | 信号（下）：项目组A完成了，如何及时通知项目组B？
39 | 管道：项目组A完成了，如何交接给项目组B？
40 | IPC（上）：不同项目组之间抢资源，如何协调？
41 | IPC（中）：不同项目组之间抢资源，如何协调？
42 | IPC（下）：不同项目组之间抢资源，如何协调？
核心原理篇：第八部分 网络系统 (7讲)
43 预习 | Socket通信之网络协议基本原理
43 | Socket通信：遇上特大项目，要学会和其他公司合作
44 | Socket内核数据结构：如何成立特大项目合作部？
45 | 发送网络包（上）：如何表达我们想让合作伙伴做什么？
46 | 发送网络包（下）：如何表达我们想让合作伙伴做什么？
47 | 接收网络包（上）：如何搞明白合作伙伴让我们做什么？
48 | 接收网络包（下）：如何搞明白合作伙伴让我们做什么？
核心原理篇：第九部分 虚拟化 (7讲)
49 | 虚拟机：如何成立子公司，让公司变集团？
50 | 计算虚拟化之CPU（上）：如何复用集团的人力资源？
51 | 计算虚拟化之CPU（下）：如何复用集团的人力资源？
52 | 计算虚拟化之内存：如何建立独立的办公室？
53 | 存储虚拟化（上）：如何建立自己保管的单独档案库？
54 | 存储虚拟化（下）：如何建立自己保管的单独档案库？
55 | 网络虚拟化：如何成立独立的合作部？
核心原理篇：第十部分 容器化 (4讲)
56 | 容器：大公司为保持创新，鼓励内部创业
57 | Namespace技术：内部创业公司应该独立运营
58 | CGroup技术：内部创业公司应该独立核算成本
59 | 数据中心操作系统：上市敲钟
实战串讲篇 (9讲)
60 | 搭建操作系统实验环境（上）：授人以鱼不如授人以渔
61 | 搭建操作系统实验环境（下）：授人以鱼不如授人以渔
62 | 知识串讲：用一个创业故事串起操作系统原理（一）
63 | 知识串讲：用一个创业故事串起操作系统原理（二）
64 | 知识串讲：用一个创业故事串起操作系统原理（三）
65 | 知识串讲：用一个创业故事串起操作系统原理（四）
66 | 知识串讲：用一个创业故事串起操作系统原理（五）
67 | 期末测试：这些操作系统问题，你真的掌握了吗？
结束语 | 永远别轻视任何技术，也永远别轻视自己
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专栏加餐 (2讲)
学习攻略（一）：学好操作系统，需要掌握哪些前置知识？
“趣谈Linux操作系统”食用指南
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42 | IPC（下）：不同项目组之间抢资源，如何协调？
刘超 2019-07-03
IPC 这块的内容比较多，为了让你能够更好地理解，我分成了三节来讲。前面我们解析完了共享内存的内核机制后，今天我们来看最后一部分，信号量的内核机制。
首先，我们需要创建一个信号量，调用的是系统调用 semget。代码如下：
SYSCALL_DEFINE3(semget, key_t, key, int, nsems, int, semflg)
{
struct ipc_namespace *ns;
static const struct ipc_ops sem_ops = {
.getnew = newary,
.associate = sem_security,
.more_checks = sem_more_checks,
};
struct ipc_params sem_params;
ns = current->nsproxy->ipc_ns;
sem_params.key = key;
sem_params.flg = semflg;
sem_params.u.nsems = nsems;
return ipcget(ns, &sem_ids(ns), &sem_ops, &sem_params);
}
我们解析过了共享内存，再看信号量，就顺畅很多了。这里同样调用了抽象的 ipcget，参数分别为信号量对应的 sem_ids、对应的操作 sem_ops 以及对应的参数 sem_params。
ipcget 的代码我们已经解析过了。如果 key 设置为 IPC_PRIVATE 则永远创建新的；如果不是的话，就会调用 ipcget_public。
在 ipcget_public 中，我们能会按照 key，去查找 struct kern_ipc_perm。如果没有找到，那就看看是否设置了 IPC_CREAT。如果设置了，就创建一个新的。如果找到了，就将对应的 id 返回。
我们这里重点看，如何按照参数 sem_ops，创建新的信号量会调用 newary。
static int newary(struct ipc_namespace *ns, struct ipc_params *params)
{
int retval;
struct sem_array *sma;
key_t key = params->key;
int nsems = params->u.nsems;
int semflg = params->flg;
int i;
......
sma = sem_alloc(nsems);
......
sma->sem_perm.mode = (semflg & S_IRWXUGO);
sma->sem_perm.key = key;
sma->sem_perm.security = NULL;
......
for (i = 0; i < nsems; i++) {
INIT_LIST_HEAD(&sma->sems[i].pending_alter);
INIT_LIST_HEAD(&sma->sems[i].pending_const);
spin_lock_init(&sma->sems[i].lock);
}
sma->complex_count = 0;
sma->use_global_lock = USE_GLOBAL_LOCK_HYSTERESIS;
INIT_LIST_HEAD(&sma->pending_alter);
INIT_LIST_HEAD(&sma->pending_const);
INIT_LIST_HEAD(&sma->list_id);
sma->sem_nsems = nsems;
sma->sem_ctime = get_seconds();
retval = ipc_addid(&sem_ids(ns), &sma->sem_perm, ns->sc_semmni);
......
ns->used_sems += nsems;
......
return sma->sem_perm.id;
}
newary 函数的第一步，通过 kvmalloc 在直接映射区分配一个 struct sem_array 结构。这个结构是用来描述信号量的，这个结构最开始就是上面说的 struct kern_ipc_perm 结构。接下来就是填充这个 struct sem_array 结构，例如 key、权限等。
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精选留言(7)
Sharry终于把共享内存和信号量集合的知识串联在一起了, 其中的操作的确有些复杂
共享内存若想实现进程之间的同步读写, 则需要配合信号量共同使用
- **共享内存**
- **共享内存的创建**
- 开辟共享内存区域, 使用 shmid_kernel 描述
- 通过 kvmalloc 在内核的直接映射区分配一个 shmid_kernel 结构体
- 将内存映射到文件
- 这个文件并非磁盘文件, **而是通过内存文件系统 shmem 创建的内存文件**
- 这么做的原因是因为**文件可以跨进程共享**
- 将这个 shmid_kernel 挂载到共享内存基树上, 返回对应的 id
- **共享内存的映射**
- 通过 id 在共享内存基树上找到对应的共享内存描述 shmid_kernel
- 创建一个 shm_file_data 指向共享内存的内存文件
- 创建一个 file 指向 shm_file_data
- 在用户空间找一块内存区域, 将这个 file 映射到用户地址空间
- 通过文件映射之后, 便可以在用户空间操作这块内存了
- **信号量集合**
- 信号量集合的创建
- 创建 sem_array 结构体, 用于描述信号量
- 将这个 sem_array 信号量添加到基树上, 返回对应的 id
- 信号量集合的初始化
- SETALL: 为所有信号量集合赋值
- SETVAL: 为指定信号量赋值
- 操作信号量集合
- 调用 **perform_atomic_semop** 尝试从操作队列中读取执行
- 若执行成功, 则说明无需等待
- 调用 do_smart_update, 看看这次操作能够激活等待队列中的哪些进程
- 调用 **wake_up_q** 唤醒因为信号量阻塞的进程
- 若需要等待
- 根据是操作信号量还是信号集合, 将其挂载到对应的 pending_alter 中
- 执行 looper 等待, 直到 timeout 或者被 wake_up_q 唤醒
- 若未设置 timeout, 则让出 CPU 资源2019-07-03 2- Geek_835e66请问消息队列的内容在哪里？
作者回复: 实际编程的时候，用的少，就没有解析
2019-07-16 1 1 
免费的人消息队列的内核实现好像没讲过？作者回复: 是的，因为不太被使用
2019-07-03 2 1- Helios思考问题总结了个图：
https://user-images.githubusercontent.com/12036324/67062221-431e6f80-f195-11e9-9dd1-4353ebbc730c.png
https://github.com/helios741/myblog/issues/602019-10-18 
王之刚请问一下老师，在应用程序开发中，像信号量 共享内存这些内核资源怎么样防止泄漏呢？比如有进程a和b用共享内存共享数据，共享内存资源由教程a申请和维护，但由于异常情况导致教程异常退出导致共享内存资源没有释放，导致了申请的共享内存没有释放。这种情况一般怎么处理呢？Linux内核是否有相关资源保护吗？谢谢了作者回复: 或者客户端，或者服务端，要负责到底，不负责到底的话，linux就被搞挂了呗。所以c语言不像java那样有个垃圾回收器，而是自己要操心整个生命周期，不操心就会出事情
2019-07-06
安排schedule_timeout调用完后，会让出cpu，过一段时间还会回来。这个过一段时间是多长时间啊？是说超时之后返回来吗，还是被其它信号打断睡眠之后回来？2019-07-04 1
莫名老师，有没有打算讲一下POSIX IPC呢？2019-07-04
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