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本系列是针对 Systems Performance: Enterprise and the Cloud, 2nd Edition (2020) 书籍的读书笔记，退出了一些集体了解以及拓展，并且针对一些难以了解的中央提供了一些额定的参考
内核（Kernel）
经典模型中，内核在操作系统构造中的地位如图所示：
从里到外别离是：
- 硬件（Hardware）：操作系统运行在的硬件设施。
- 内核（Kernel）：操作系统的外围软件，内核治理着 CPU 调度、内存、文件系统、网络协议以及各种零碎设施（磁盘 IO、网络 IO 等等）。通过 零碎调用 提供服务。
- 零碎调用（System Calls）：提供拜访硬件设施或者内核服务的程序接口。例如
open,close,read,write,ioctl等，需蕴含头文件unistd.h。 - 零碎库（System Libraries）：间接用零碎调用可能不太不便，咱们能够应用封装好的库函数进行编程应用。从图上能够看出，这里其实有个缺口，因为利用也能够不应用零碎库而是间接应用零碎调用。例如像是 Go 语言运行环境，他就应用了本人封装的零碎调用层而不是规范库
libc。
目前很多操作系统都在这个模型的根底上做了变种，之后咱们会详细分析。
内核执行
通过一直地迭代，内核目前曾经十分宏大，有上百万的代码。内核的执行是 按需的 ，例如当用户级别的应用程序发动了零碎调用，或者设施发送了一个 中断（interrupt）的时候。另外，某些内核线程回异步执行一些维护性的工作，可能蕴含内核时钟程序以及内存治理工作，然而这些工作都会尽量放弃轻量级并只占用很少的 CPU 资源。
像 Web 服务器这种 I/O 密集型的利用（一直的承受申请返回响应），会常常在内核上下文中执行。计算密集型的利用则会尽量不打搅内核，能够不中断地在 CPU 上执行。内核调度器会决定那个线程会运行，哪个会期待，以及调度到哪个 CPU 上。内核会抉择硬件缓存更热或者对于这个过程本地性更好的 CPU，来进步性能。
内核态以及用户态
内核态 （kernel mode）：运行内核程序的时候，CPU 处于的模式即 内核态，在这一状态下，设施的所有拜访以及各种特权命令执行都是被容许的。内核管制对于设施的拜访来实现多过程解决。除非明确指定，否则过程之间或者用户之间的数据是无奈相互拜访的
用户态 （user mode）: 运行用户程序的时候，CPU 处于的模式。通过 零碎调用，会从用户态切换到内核态用更高的权限级别执行：
用户态切换到内核态是一种 模式切换（mode switch），所有的零碎调用都会模式切换，某些零碎调用还会上下文切换：遇到硬盘 IO 或者网络 IO 的线程会上下文切换到能够运行的线程。这种切换都是有性能损耗的，个别通过如下几种优化来防止：
- 用户模式零碎调用（User-mode syscalls）: 能够在用户模式库实现一些零碎调用。Linux 通过裸露 virtual dynamic shared object（vDSO）来实现，能够参考：https://man7.org/linux/man-pa…
- 内存映射（Memory mappings）：用于按需装载内存页（缺页中断），前面还会提到。这样能防止间接拜访 IO 造成零碎调用。
- 内核绕开（Kernel bypass）：能够让用户态程序间接拜访设施，例如 DPDK（Data Plane Development Kit），这里举荐一篇对于 DPDK 的文章
- 内核态利用：例如运行在内核的 TUX 服务器，以及 BPF(Berkeley Packet Filter). 对于 BPF，有一个驰名的基于 BPF 实现的工具汇合是：https://github.com/iovisor/bcc