Linux内核策略介绍学习笔记

主要内容

硬件	策略
CPU	进程调度、系统调用、中断
内存	内存管理
外存	文件IO
网络	协议栈
其他	时间管理

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进程调度

内核的运行时间

系统启动、中断发生、系统调用以及内核线程。

进程和线程的区别

• 在linux中，底层都是调用clone函数。
• 进程创建为60～8000次/s，线程为5～10w/s
• 进程创建调用fork()，主要瓶颈在页表复制，如果一个进程没有访问内存，页表共享的内存栈不需要复制页表。（例如：一个网络处理服务，只是收到包，fork进程进行内存访问，性能应该在一万左右，但是如果主进程简单做一些处理的话，性能就会下降为一千左右。）
• 线程创建调用pthread_create(),主要瓶颈在堆栈(8k)分配上，如果并发线程增多1w时约为5w
• 并发性能CPU切换，进程30～100w/s,线程50～150w/s
• 内存消耗，进程要比线程更消耗内存(3~N倍)

进程调度

• sched_yield更细粒度让出cpu
• 各个核都有自己的运行队列
• 就近balance原则，运行clone、wakeup的进程就在该核
• CPU绑定函数sched_setaffinity

中断

• 通过/proc/interrupt查看中断
• 中断主要来源于时钟、网卡、硬盘
• 通过/proc/irq/N/smp_affinity查看在那个核
• 调度顺序：硬中断调度－>软中断－>进程调度

常用系统调用性能

是在C类机器测试，自己使用最好在自己的机器类型测试。

	性能（次/秒）
ntohl	2.5亿
memset 1k	150w
getppid	100w
gettimeofday	30~400w
time	30w~400w~1000w
shmget	300w
shmat	40w
socket	10w~50w
sendto	40w
fork
pthread_create	5~10w

工具

• strace
• perf

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内存管理

• 查看进程地址空间/proc/PID/maps或者pmap
• 防止内存交换出去调用mlock，如果内存使用非常紧张的时候得注意
• 空闲内存计算：/proc/meminfo查看，MemFree+cached+buffer-Mapped

共享内存建立方法

• IPC 我们经常使用
• shm_open，文件操作，方便append和dump
• tmpfs可以直接挂载到某个盘
• hugetlbfs节省页表空间

内存权限

	shared	private
File	共享内存	数据段、代码段
anon	父子进程	堆

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文件IO

文件系统层次架构

• VFS Layer
• NFS EXT2 EXT3 NTFS
• Page Cache
• Generic Block Layer
• I/O Scheduler Layer
• Block Device Driver Layer
• Block Device Layer

PageCache起了缓存得作用，采用read ahead机制，如果我们顺序读性能比较好，随机读性能就比较差了。对于写，如果在pagecache中存在，那么直接写PacheCache中的页就可以，否则需要加载该页内容，然后写入PageCache，最后delay write。

虚拟文件系统为filetab[fd]->file->dentry->inode->mapping.dentry采用全局hash，查找性能为30～35w/s,100w个文件也为30w/s。

EXT3添加了日志模式，由高到低为journal、ordered、writeback

协议栈

• recv_queue中的包大小，为内核的包大小，而不是ip包大小。

• 如果发出去的包太大，需要修改write_queue和tx_queue两个参数，tx_queue主要是流量控制。
• 多进程必须在socket后再fork，即使设置了REUSEADDR，从hashtable看出原因。
• net.ipv4.tcp_max_syn_backlog参数决定了SYN_RECV状态队列的数量，一般默认值为512或者1024，即超过这个数量，系统将不再接受新的TCP连接请求.
• sync cookie,外网要注意，同一个集线器来的用户，可能导致大量不可以建立链接。
• somaxconn决定了listen监听队列的大小
• select有1024的限制，即使没有达到1024，但是分配的fd大于1024也会有问题。

• epoll多用于单进程多线程

时间

• gettimeofday根据硬件不同性能差距很大
• usleep(1),睡眠不一定是1微妙，有可能是毫秒级的，也和硬件有关。

参考文献

man 2

man 7

ULK