• read系统调用：

  • 参数检查：
    • 检查文件描述符存在性
    • 检查当前文件读写位置（通过file_ppos），该位置是file对象的，不是文件的，也就是说，同一个文件的两个句柄存有不同的位置
    • 检查权限（在inode结构中，如果没有权限，返回-EACCESS）
  • 调用VFS的读函数：
    • 普通文件：通过超级块和inode,使用块设备驱动读取到内核缓冲区，如果已经在缓存中，则直接使用，最后拷贝到用户空间
    • 设备文件：调用设备驱动的read函数
  • 更新文件位置，返回结果

• write系统调用：

  • 参数检查（同read）
  • 将数据从用户空间复制到内核缓冲区，调用VFS读函数
    • 普通文件：通过inode和超级块定位写文件位置，如果超出大小，则扩展（根据文件系统的不同而不同），然后通过块设备驱动写入磁盘
    • 设备文件：调用设备驱动的write函数
  • 更新文件位置，返回结果（成功写入的长度）

  一般写时会有延迟写入，write会暂时保存在缓冲中，在合适的时候写入（比如umount）

• 内核态和用户态：

  • 内核态：权限高，可以执行所有CPU指令（包括特权指令），可以直接访问硬件
  • 用户态：权限低，只能执行用户级别指令，不能直接访问硬件，需要使用资源时，需要借助系统调用等操作系统API

• 从用户态切入内核态：

  • 异常和中断处理（被动）
  • 系统调用（主动）
  • 缺页异常（可以认为是主动）

• 中断现场保存在哪（x86）：在内核栈上，中断发生时，CPU负责将当前指令位置和相关寄存器保存到内核栈上（中断帧），然后查询中断向量表进入中断处理函数；如果是在用户态触发，则由TSS段负责切换到内核栈（提权），再进入中断处理函数。

• 内存屏障：控制CPU核心之间按照一定的顺序访问某块内存，防止由于CPU优化等导致的缓存不一致行为（保证其他核心看到的是修改后的数据），常用来实现同步原语、中断处理中的数据修改、外设IO操作等

• Linux内存申请：

  • kmalloc申请不仅虚拟内存和物理内存都连续的内存，可用于DMA，用于较小内存分配
  • vmalloc申请虚拟连续，物理不一定连续的内存，不可用于DMA
  • __get_free_pages伙伴系统，获取连续页

• 写时复制（COW）：拷贝对象时不进行复制，而是先绑定引用，当其中一个对象进行修改时，为其复制这部分数据，提高内存的使用效率。操作系统中用于进程虚拟内存管理、现代语言的标准库中用来优化对象之间的拷贝。

• Linux页大小：一般是4KB，但也支持2MB大页，1GB超大页

  • 4KB页：大多数现代处理器原生支持4KB页
  • 大页：对于大量连续物理内存内存的场景可以减少TLB缺失，也可以减少所需页表条目大小，降低分页管理的开销。

• 页面异常（Page Fault）：在访问虚拟页出现问题时触发（缺页异常、保护错误）

  • 越界访问、非法地址等问题
  • 页面可能在内存中（交换机制）
  • COW，需要在中断中进行复制
  • 共享库的延迟加载，需要加载器介入

更新日志

2025/9/1 05:34

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• 4bba0-C++11于 2025/9/1

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