Linux系统下实现网络内存共享关键技术探析
Linux下用户态和内核态内存共享的实现

1 引言Linux 是一类Unix计算机操作系统的统称。
Linux 操作系统的内核的名字也是“Linux”。
Linux 操作系统也是自由软件和开放源代码发展中最著名的例子。
Linux 是一套免费使用和自由传播的类Unix 操作系统。
无论是普通用户还是企业用户都可以编写自己的内核代码,再加上对标准内核的裁剪从而制作出适合自己的操作系统。
一个或多个内核模块的实现并不能满足一般 Linux 系统软件的需要,因为内核的局限性太大,如不能在终端上打印,不能做大延时的处理等等。
当需要做这些的时候,就需要将在内核态采集到的数据传送到用户态的一个或多个进程中进行处理。
这样,内核态与用空间进程通信的方法就显得尤为重要。
将列举 Linux 下基于 Netlink 机制的内核态与用户态进程通信的方法以及如何实现用户态和内核态的内存共享。
2 用户态和内核态用户态与内核态是操作系统的两种运行级别,IntelCPU提供Ring0-Ring33种级别的运行模式。
Ring0级别最高Ring3最低。
用户态:当进程在执行用户自己的代码时,则称其处于用户运行态即用户态。
此时处理器在特权级最低的(3 级)用户代码中运行。
内核态:当一个任务(进程)执行系统调用而陷入内核代码中执行时,就称进程处于内核运行态或简称为内核态。
此时处理器处于特权级最高的 0 级内核代码中执行。
当进程处于内核态时,执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。
在内核态下 CPU 可执行任何指令,在用户态下 CPU 只能执行非特权指令。
当 CPU 处于内核态,可以随意进入用户态;而当 CPU 处于用户态时,用户从用户态切换到内核态只有在系统调用和中断两种情况下发生,一般程序一开始都是运行于用户态,当程序需要使用系统资源时,就必须通过调用软中断进入内核态。
3 Linux 的用户态和内核态Linux 使用了 Ring3 级别运行用户态,Ring0 作为内核态。
Ring3状态不能访问 Ring0的地址空间包括代码和数据Linux 进程的 4GB 地址空间,3GB-4GB 部分是共享的,是内核态的地址空间,这里存放着整个内核的代码和所有的内核模块,以及内核所维护的数据。
linux下共享内存

Linux下共享内存SUNNY.MAN共享内存允许两个或多个进程进程共享同一块内存(这块内存会映射到各个进程自己独立的地址空间) 从而使得这些进程可以相互通信,进程退出时会自动和已经挂接的共享内存区段分离,但是仍建议当进程不再使用共享区段时调用shmdt来卸载区段。
注意,当一个进程分支出父进程和子进程时,父进程先前创建的所有共享内存区段都会被子进程继承。
如果区段已经做了删除标记(在前面以IPC_RMID指令调用shmctl),而当前挂接数已经变为0,这个区段就会被移除。
Linux中通过API函数shmget创建的共享内存一般都是在程序中使用shmctl来释放的,但是有时为了调试程序,开发人员可能通过Ctrl + C等方式发送中断信号来结束程序,此时程序申请的共享内存就不能得到释放,当然如果程序没有改动的话,重新运行程序时仍然会使用上次申请的共享内存,但是如果我们修改了程序,由于共享内存的大小不一致等原因会导致程序申请共享内存错误。
因此,我们总是希望每次结束时就能释放掉申请的共享内存。
有两种方法可以用来释放共享内存:第一种:如果总是通过Crtl+C来结束的话,可以做一个信号处理器,当接收到这个信号的时候,先释放共享内存,然后退出程序。
第二种:不管你以什么方式结束程序,如果共享内存还是得不到释放,那么可以通过linux命令ipcrm shm shmid来释放,在使用该命令之前可以通过ipcs -m命令来查看共享内存。
共享内存查看使用ipcs命令,不加如何参数时,会把共享内存、信号量、消息队列的信息都打印出来,如果只想显示共享内存信息,使用如下命令:[root@localhost ~]# ipcs –m同样共享内存的大小也可以用ipcs –lm来查看它的上限下限。
shmget( ) 创建一个新的共享内存区段取得一个共享内存区段的描述符shmctl( ) 取得一个共享内存区段的信息为一个共享内存区段设置特定的信息移除一个共享内存区段shmat( ) 挂接一个共享内存区段shmdt( ) 于一个共享内存区段的分离同样共享内存的大小也可以用ipcs –lm来查看它的上限下限。
linux内存分配机制

linux内存分配机制Linux操作系统的内存管理机制是指操作系统如何管理和分配系统的物理内存。
Linux使用虚拟内存管理机制来管理内存资源,以提供给应用程序更大的内存空间并保证系统的稳定性。
Linux的内存管理机制包括以下几个方面:1.虚拟内存管理:虚拟内存是一种将主存中的物理地址与应用程序中的虚拟地址进行映射的技术。
通过虚拟内存管理机制,Linux可以将应用程序需要的内存空间按需从硬盘加载到物理内存,以满足应用程序的要求。
这样,应用程序能够访问比物理内存更大的内存空间,并且不需要关心实际的物理内存地址。
2.页面调度和换入换出:Linux将内存按照固定大小的页面(通常为4KB)进行管理。
物理内存被分成多个页面框,每个页面框可以存放一个页面。
当应用程序需要更多内存时,Linux会将一部分不常用的页面从物理内存中换出到硬盘上的交换空间,以腾出空间给新的页面。
而当应用程序访问换出到硬盘的页面时,Linux会将其换入到物理内存中。
3.页表和地址映射:为了实现虚拟内存的管理,Linux使用页表来存储虚拟地址与物理地址之间的映射关系。
每个进程都有自己的页表,用于将进程的虚拟地址转换为物理地址。
Linux使用多级页表来管理大内存空间,以节省内存空间的开销。
4.内存分配算法:Linux通过伙伴系统进行内存的分配。
伙伴系统将整个物理内存按照2的幂次进行划分,并以块为单位进行分配。
当应用程序请求一定大小的内存时,Linux会查找并分配与请求大小最接近的2的幂次块。
如果没有找到合适的块,则会从较大的块中进行分割,直到找到合适的块。
5.内存回收和回收算法:Linux通过页面置换算法回收不再使用的内存页面,以便将其分配给其他进程。
常用的页面置换算法包括最近最少使用(LRU)算法和时钟置换算法。
Linux还通过SLAB分配器来回收和管理内核对象的内存。
总结起来,Linux的内存分配机制包括虚拟内存管理、页面调度和换入换出、页表和地址映射、内存分配算法以及内存回收和回收算法。
Linux内核空间与用户空间通信机制的研究

Linux内核空间与用户空间通信机制的研究Linux kernel space and user space communicationmechanism摘要Linux是一个源码开放的操作系统,无论是普通用户还是企业用户都可以编写自己的内核代码,再加上对标准内核的裁剪从而制作出适合自己的操作系统,深受大家喜爱。
Linux系统中,在使用虚拟内存技术的多任务系统上,内核和用户有不同的地址空间,因此,在内核与用户之间进行数据交换需要专门的机制来实现。
一个或多个内核模块的实现并不能满足一般Linux 系统软件的需要,因为内核的局限性太大,内核空间与用户空间进程通信的方法就显得尤为重要。
本文将列举几种内核态与用户态进程通信的方法:Netlink通信机制,基于文件系统的通信机制,内核启动参数通信机制,并用实验板对几种重要的通信机制进行验证,详细分析它们的实现和适用环境,优缺点,并做出比较。
提供用户适合使用这种通信机制的环境,以便更好的运用Linux操作系统。
关键字内核空间用户空间地址空间ABSTRACTLinux is an open source operating system, whether ordinary users or business users can write your own kernel code, with the modification of the standard kernel,everyone can make up their own operating system, which makes Linux popular.In Linux systems, in the use of multi-tasking system with virtual memory technology, the kernel and the user have different address spaces, so the change of data between kernel and user needs Special Method to achieve. One or more kernel modules can not meet the general needs of Linux system software, just because the limitations of the kernel, make it important that the process communication method between kernel space and user space. In this article I will list some kernel mode and user mode process communication methods: Netlink communication mechanism, communication mechanism based on the file system, the kernel boot parameters of communication mechanism.I will analysis of their implementation, application environment, the advantages and disadvantages in detail, and make the comparison. I will provide users with suitable environment for each communication mechanism in order to let others make good use of Linux operating system.Keywords kernel space user space address spaces目录第一章绪论 (1)1.1操作系统发展史 (1)1.2选题背景及研究意义 (2)1.3主要工作 (2)第二章内核空间与用户空间通信机制概述 (4)2.1L INUX嵌入式操作系统简介 (4)2.2课题研究所需知识点解释 (4)2.3内核空间与用户空间通信概述 (5)第三章用户空间与内核空间通信机制 (9)3.1N ETLINK通信机制 (9)3.2基于文件系统的通信机制 (14)3.3内核启动参数通信机制 (22)第四章典型通信机制的验证 (24)4.1验证环境简介 (24)4.2N ETLINK通信机制 (24)4.3 PROCFS通信使用方法 (27)4.4系统调用的使用方法 (29)第五章结论 (32)5.1九种通信机制总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)第一章绪论1.1 操作系统发展史操作系统的发展历程和计算机硬件的发展历程是密切相关的。
Linux操作系统中的网络通信原理

Linux操作系统中的网络通信原理一、引言Linux操作系统是一种广泛应用于各种领域的开源操作系统,而网络通信则是其最重要的功能之一。
本文将深入探讨Linux操作系统中的网络通信原理,包括网络协议、套接字编程以及网络通信的实现机制等方面。
二、网络协议1. TCP/IP协议栈TCP/IP协议栈是Linux操作系统中实现网络通信的基础。
它由四个层次组成:网络接口层、网络层、传输层和应用层。
网络接口层负责将数据从应用层传输到网络层,网络层负责将数据从源主机传输到目标主机,传输层负责提供可靠的数据传输服务,而应用层则负责处理具体的网络应用。
2. IP地址和端口号IP地址是在Internet上对主机和路由器进行唯一标识的地址,而端口号则用于标识网络中的不同进程或服务。
Linux操作系统中使用IP 地址和端口号来实现网络通信的目的。
3. ICMP协议ICMP协议是Internet控制报文协议的缩写,用于在IP网络中发送控制消息和错误报文。
它有助于网络中的主机和路由器之间进行通信和故障排除。
三、套接字编程套接字是实现网络通信的一种机制,也是Linux操作系统中网络通信的核心。
通过套接字编程,可以在应用层使用socket函数进行网络通信的建立和数据传输。
1. 套接字类型在Linux操作系统中,套接字类型可以分为面向连接的套接字和无连接的套接字。
面向连接的套接字主要基于TCP协议,提供可靠的数据传输和连接管理功能;无连接的套接字则主要基于UDP协议,提供高效的数据传输和较低的开销。
2. 套接字编程流程套接字编程的一般流程包括创建套接字、绑定地址、监听连接、接受连接、数据传输和关闭套接字等步骤。
通过这些步骤,应用程序可以实现与其他主机或服务的通信。
四、网络通信实现机制1. 数据链路层数据链路层是网络通信中的第一层,主要负责将数据包从物理层传输到网络层。
在Linux操作系统中,数据链路层由网络接口卡驱动程序和相应的设备驱动程序实现。
《深度探索Linux系统虚拟化:原理与实现》记录

《深度探索Linux系统虚拟化:原理与实现》阅读随笔目录一、内容描述 (2)1.1 虚拟化的概念 (3)1.2 Linux系统虚拟化的背景 (4)二、Linux系统虚拟化原理 (6)2.1 虚拟化技术的基本原理 (7)2.2 Linux系统虚拟化的关键实现技术 (9)三、Linux系统虚拟化实现方法 (10)3.1 KVM虚拟化技术 (12)3.2 Xen虚拟化技术 (13)3.3 VMware虚拟化技术 (15)3.4 QEMU/KVM混合虚拟化技术 (16)四、Linux系统虚拟化实例分析 (17)4.1 CentOS系统虚拟化实践 (18)4.2 Ubuntu系统虚拟化实践 (19)五、Linux系统虚拟化性能优化 (21)5.1 硬件资源优化 (23)5.2 软件资源优化 (24)5.3 系统配置优化 (25)六、Linux系统虚拟化安全问题及防范措施 (27)6.1 虚拟化环境下的安全隐患 (28)6.2 安全防护策略与工具 (29)七、总结与展望 (31)7.1 本书总结 (32)7.2 未来发展趋势 (33)一、内容描述在科技飞速发展的时代,虚拟化技术已成为信息技术领域的重要组成部分。
《深度探索Linux系统虚拟化:原理与实现》为我们系统、全面地揭示了Linux系统虚拟化的奥秘。
本书的内容描述涵盖了虚拟化技术的理论基础、实现方法和实践应用,是学习和掌握Linux系统虚拟化技术的理想读物。
本书介绍了虚拟化的基本概念和原理,包括虚拟化的定义、分类、发展历程以及其在云计算、大数据等领域的应用。
通过对虚拟化技术的原理进行深入剖析,帮助读者理解虚拟化技术的基本思想和工作机制。
本书详细阐述了Linux系统虚拟化的实现方法。
包括系统虚拟化的关键组件、技术细节以及实现流程。
通过对KVM、Xen等主流虚拟化技术的讲解,使读者了解Linux系统虚拟化的技术实现和实际应用。
还介绍了虚拟化管理的相关工具和技术,如Docker容器技术等。
基于Linux操作系统的网络共享服务的研究

基于Linux操作系统的网络共享服务的研究【摘要】本文简单的介绍相关的操作系统,主要介绍linux操作系统。
基本的描述了几种网络共享的服务,包括共享服务的起源与发展,简述各个各种网络共享服务的关系,详解常用的共享服务。
随着计算机电子技术的发展,我们的社会进入了一个全新时代,互联网的出现更是推动了的计算机的大众化,而网络共享作为互联网应用的最优体现已经成为一种商业形态,如何更好的获得共享服务一直是我们所关心的问题。
本文将从linux系统平台的优势,共享服务方式的发展,目前常用的共享方式、应用实例、使用中常出现的问题、解决方案,未来共享服务发展方向等方面做深入研究。
【关键词】操作系统平台;共享服务;发展1.linux系统平台linux系统是一种完全不同于dos的操作系统,它是模仿unix 来写,unix与windows分别占领着不同的领域,linux的优势在于它是一种开源的类unix 的操作系统,遵循 posix.1,采用gpl协议,网络效率高等,这使得原本运行于unix下的程序只需做很少的更改即可应用于linux系统下,unix的使用者可以很轻易的适应linux系统,这些优势使得linux操作系统得到各大硬件厂商的支持。
2.共享服务2.1共享服务的发展共享是一种生活形态,是当今社会的理念,它可以是文件共享,也可以是软件共享,我们从网络上了解信息、学习知识等,我们浏览网页、下载数据、查收信息等这都是网络共享,它是随着商业的形态而转变的,也是当今科技发展的一大推手,是互联网今后发展的一个长远的路线。
2.2共享服务简介2.2.1 ftp (file transfer protocol)vsftpd(very secure ftp):ftp是网络文件共享的一种方式,是一种跨平台的文件共享工具,它遵从tcp/ip网络传输协议,工作时需要开两个端口,它有两种传输数据的模式:主动模式需要的服务端口是21、20;被动模式需要的服务端口是21、随机端口(21是命令端口,20是数据端口)。
linux内存机制

linux内存机制
Linux内存机制是指Linux操作系统中对内存的管理和分配机制。
Linux内存机制是由内核实现的,其目的是为了确保系统稳定性和高效性。
Linux 内存机制包括物理内存管理、虚拟内存管理、内存映射、内存分配和释放等方面。
物理内存管理是指对物理内存的管理和控制。
Linux 内核通过内存映射和页表管理,将物理内存映射到虚拟内存中,实现了内存的隔离和保护。
虚拟内存管理是指对虚拟内存的管理和控制。
Linux 内核通过虚拟内存管理,将进程的逻辑地址空间映射到物理内存中,实现了多个进程的共享内存空间。
内存映射是指将一个文件或设备映射到进程的地址空间中,从而使得这个文件或设备可以像内存一样被访问。
内存分配和释放是指对内存的动态分配和释放。
Linux 内核提供了多种内存分配器,如 SLUB、SLAB 和 Buddy 等,可以根据不同场
景选择不同的内存分配器。
总之,Linux 内存机制是 Linux 操作系统中一个非常重要的子
系统,它为系统提供了高效的内存管理和分配机制,为系统的稳定性和高效性提供了保障。
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关 键 词 :网络内存共享:动态函数截获:异步缓存数据
中图分类号 :1 3 3 P 9
文献标识码 : A
文章编号: 02 2 2 ( 0 1 0 — 0 2-2 i0 — 4 2 2 1 ) 2 0 4 - 0
Ex l r t n o y Te h oo is o t r h r d M e r n Liu p o a i n Ke c n l ge f Ne wo k S a e o mo y i n x
l动 态 函数 截 获技 术
11 内 核 模 块 . - -
ห้องสมุดไป่ตู้
利用 了系统中存在 的窗 口程序来 部署 自己的特殊应用 。一
般说来 , 使用 函数 截获方法具有 如下优点 : () 于 A I I便 P 函数 的监控 。具备控 制 A I P 函数 调用 的
Ln x内核是 单一 平面 结构( o o ti , 就是 说这 是 iu m nlhc 也 i )
一
个独立 的大程序 ,所有 的内核功 能构件均可访 问任_ 个
能力是 非常有用 的。这 能够使程 序开发 者追踪一些 发生在 A I 用过 程 中、 常对 外部 应用 “ 可见 ” 系统 行为 P调 通 不 的
这种 方法主 要用于 特定 环境下 对 函数参 数的验 证和 检查 。 比如 , 在某些情 况下, 控与 内存 相关 的 A I 监 P 调用可 以有效 的捕获 内存 资源泄漏 的问题 。 ( ) 于调试与逆 向工程 。基于 函数截获 的调试 方法 2便
21 年4月 01
电 脑 学 习
第2 期
Lnx系统下实现网络 内存共 享关键 技术探 析 i u
黄丽娟 ‘
摘 要 :网络内存共享的出现主要借鉴了传统的网格计算技术和亲群内存共享技术。论文从动态函数截获。 缓存教据组织与管
理 和 异 步缓 存数 据 写入 三 方面 探 讨 了网 络内 存共 享 的关 键 技术 。
H a gLj a un i n u
Ab ta t T e e eg ne o ew r hrd m moymanyb nfsf m tet dt nl sr c: h m re c fn tok sae e r il e e t r h r io a i o a i cm uiga d cut mo h o p t n ls rme r s— n e y
问题 ,应用 程序开发者 可 以利用 函数截 获方法对原 函数添 加一些额外 的前置和后 置处理过 程 。这种 方法对 改变一些 已经编译后 的代码行为极 为有用 。
都要重新 编译 内核 了。 一般来说 , 内核模 块可 以应用于 设备
非开源操 作系统有深层 了解 。函数截获 方法是一种有 效 的
探索 A I P 内部细节 的方法 。
( ) 于扩展 函数 的功 能。为 了能够 改变或扩展 模块 4便 功能 ,通 常使用 函数截 获 的方法 对程序 的正常执行 流进行 重新定 向。比如 , 许多第三方 软件 产品有 时候无法 满足具体 的安全要求 , 因此 不得不对其进 行一些调整 。 为了解 决这种
ai g tc n lg .Th a e ic se e e h oois o ewok s ae me r b u u h he ons a a tr rl e h oo y l e p p r ds u ss k y tc n lge fn t r h d r moy a o ts c tre p it s c pu e
一
内部数据 结构和例程 。 为了方便使用 同时又提 供 了模 块化
的机制, 这就是内核模块。 内核模块是可以按照需要动态载 入内核和从内核中卸载的代码。内核模块可以不需要重起
系统扩展 内核的功 能。对于 “n x内核模块 , 以用 is o l l 可 nm d
或r o mm d命令显 式载入或 卸载,或者 由内核 在需要 时调用
内核 守护 程序(e l1 k me 自动载 入和 卸载 。 内核 模 块运行 在 d 1n x内核空 间, 以方便地 使用 内核 提供 的系统函数 和变 .u . , i 可
量。 从模块 程序链接 的方式来看 , 内核模 块并不能 自由地使 用用户空 间里定义 的函数库 , 能使用 内核 空间 中定义 的、 只
f d n mi u cin a h aa og n zto n w iig o a y c rn u c c e d t. o y a c f n to ,c c e d t ra ia in a d rtn sn h o o s a h aa f
Ke r s N t o k S ae moy a t r f D n mi F n t n Asn ho o s C c e D t y wo d : e r h rd Me r;C pue o y a c u c o ; y c rn u a h aa w i
直在调试 技术 中占据 重要 的地 位。许 多程序开发 者使用
函数截 获方法来 确定程 序部件 的实现 和相互 关联 。A I P 截
获是获取 二进制执行文件信 息的重要方法 。
( ) 于窥视系统 内部 实现 。许 多程 序开发者 希望对 3 便
资源受 到限制的 函数 。 内核 在内核符 号表 中维护 了一 个模 块 的链表 , 每个符 号表对应 一个模 块 , 模块加载进 内核 时正 确地对其进 行解释 , 并将模 块作 为内核 的一 部分来执 行 : 加 载进 内核 的模块具有 全部 内核权限 。模块可 以在系统 启动 时加 载到系 统 中, 可 以在系统 运行 时加 载 不需要 时 , 也 ; 在 可 以将模 块动态卸 载,这样 就不用每 次修改 系统 的配 置时