Linux IO 子系统

传统 IO（读 / 写）

1. CPU copy：用户 buffer => 内核 buffer —————————————-> 拷贝 * 1
2. DMA copy：内核 buffer => 硬件 ————————————————> 拷贝 * 1
3. 上下文切换：用户态 => 内核态 => 用户态 ————————————-> 上下文切换 * 2

PageCache 技术

Linux IO 栈

1. 文件系统层：治理 pagecache
2. 块层：治理块设施的 IO 队列，对 IO 申请进行合并、排序
3. 设施层：通过 DMA 和内存进行交互，负责数据传输

IO 形式：

1. 传统 Buffer IO：磁盘 => pagecache => 用户空间 ————————————————————————-> 拷贝 * 2
2. mmaped- IO：磁盘 => pagecache => 映射到用户空间，把 pagecache 映射到用户的地址空间外面 ———–> 拷贝 * 1
3. Direct IO：用户态和块 IO 层做对接，放弃了 pagecache，从磁盘间接向用户态拷贝数据；益处：快，DMA 拷贝，本人负责 cache —-> 拷贝 * 1

1. Buffer IO：偏移 + 长度
2. mmaped IO：数据按页对齐
3. Direct IO：读写是底层存储块设施大小的整数倍

Linux 内存

1. 地址空间

   1. 分段机制：逻辑地址 => 线性地址 GDT（段描述符）
   2. 分页机制：线性地址 => 物理地址

2. 碎片

   1. 搭档零碎：将闲暇页分为 11 个链表，每个链表中页块中间断页的大小别离是 1、2、4 .. 1024

      1. 申请：申请 4，看 4

         1. 有：调配
         2. 没有：看 8，分成两个 4，将另一半挂到块大小为 4 的链表下
      2. 开释：看搭档是否闲暇，是则合并
      3. 劣势：合并时地址只有一位不同，十分疾速定位

   2. slab 零碎：

      1. slab 层有三个 slab 链表，slab-full、slab-partial、slab-empty
      2. 每个链表有多个 page，每个 page 都分为若干个 object

      3. 劣势：

         1. 将频繁应用的对象缓存起来，缩小调配、初始化和开释对象的工夫开销，如 PCB、inode、lock
         2. 缩小搭档零碎调配小块内存造成的外部碎片

Linux 过程与线程

1. fork() + exec() = spawn()
2. COW => 创立开销只有复制页表和 PCB 块
3. fork() => clone( 零碎调用) => do_fork()

4. do_fork() => copy_process()

   1. 拷贝 task_struct、内核栈
   2. 清零
   3. 共享关上的文件描述符、信号处理函数
5. 线程创立指定额定参数：CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES | CLONE_SIGHAND