奔跑吧Linux內(nèi)核卷2：調(diào)試與案例分析（第2版）

目　　錄

第 1章 并發(fā)與同步 1
1．1 原子操作 3
1．1．1 原子操作 3
1．1．2 atomic_add()函數(shù)分析 6
1．1．3 比較并交換指令 7
1．2 內(nèi)存屏障 11
1．2．1 經(jīng)典內(nèi)存屏障接口函數(shù) 11
1．2．2 內(nèi)存屏障擴(kuò)展接口函數(shù) 13
1．3 經(jīng)典自旋鎖 14
1．3．1 自旋鎖的實(shí)現(xiàn) 15
1．3．2 自旋鎖的變體 18
1．3．3 spin_lock()和raw_spin_lock()
函數(shù) 19
1．4 MCS鎖 20
1．4．1 快速申請(qǐng)通道 21
1．4．2 中速申請(qǐng)通道 22
1．4．3 慢速申請(qǐng)通道 23
1．4．4 釋放鎖 26
1．5 排隊(duì)自旋鎖 27
1．5．1 快速申請(qǐng)通道 29
1．5．2 中速申請(qǐng)通道 30
1．5．3 慢速申請(qǐng)通道 32
1．5．4 釋放鎖 36
1．5．5 案例分析：為什么這里
pending域要清零 36
1．5．6 小結(jié) 38
1．6 信號(hào)量 39
1．6．1 信號(hào)量簡(jiǎn)介 39
1．6．2 小結(jié) 43
1．7 互斥鎖 43
1．7．1 mutex數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 43
1．7．2 互斥鎖的快速通道 44
1．7．3 互斥鎖的慢速通道 46
1．7．4 樂(lè)觀自旋等待機(jī)制 47
1．7．5 mutex_unlock()函數(shù)分析 50
1．7．6 案例分析 51
1．7．7 小結(jié) 52
1．8 讀寫(xiě)鎖 52
1．9 讀寫(xiě)信號(hào)量 53
1．9．1 rw_semaphore數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 53
1．9．2 申請(qǐng)讀者類(lèi)型信號(hào)量 55
1．9．3 釋放讀者類(lèi)型信號(hào)量 58
1．9．4 申請(qǐng)寫(xiě)者類(lèi)型信號(hào)量 58
1．9．5 釋放寫(xiě)者類(lèi)型信號(hào)量 64
1．9．6 小結(jié) 64
1．10 RCU 64
1．10．1 關(guān)于RCU的一個(gè)簡(jiǎn)單例子 65
1．10．2 經(jīng)典RCU和Tree RCU 68
1．11 案例分析：內(nèi)存管理中的鎖 69
1．11．1 mm->mmap_sem 70
1．11．2 mm->page_table_lock 71
1．11．3 PG_Locked 72
1．11．4 anon_vma->rwsem 72
1．11．5 zone->lru_lock 74
1．11．6 RCU 75
1．11．7 RCU停滯檢測(cè) 78
第 2章 中斷管理 81
2．1 中斷控制器 82
2．1．1 中斷狀態(tài)和中斷觸發(fā)方式 82
2．1．2 ARM GIC-V2中斷控制器 83
2．1．3 關(guān)于ARM Vexpress V2P
開(kāi)發(fā)板的例子 85
2．1．4 關(guān)于QEMU虛擬機(jī)平臺(tái)的
例子 86
2．2 硬件中斷號(hào)和Linux中斷號(hào)的映射 87
2．3 注冊(cè)中斷 98
2．4 ARM64底層中斷處理 105
2．4．1 異常向量表 105
2．4．2 IRQ處理 107
2．4．3 棧框 108
2．4．4 保存中斷上下文 110
2．4．5 恢復(fù)中斷上下文 112
2．5 高層中斷處理 114
2．5．1 匯編跳轉(zhuǎn) 114
2．5．2 handle_arch_irq處理 115
2．5．3 小結(jié) 123
2．6 軟中斷和tasklet 125
2．6．1 軟中斷 125
2．6．2 tasklet 129
2．6．3 local_bh_disable()和
local_bh_enable()函數(shù)分析 134
2．6．4 小結(jié) 135
2．7 工作隊(duì)列 136
2．7．1 工作隊(duì)列的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 137
2．7．2 工作隊(duì)列初始化 141
2．7．3 創(chuàng)建工作隊(duì)列 143
2．7．4 添加和調(diào)度一個(gè)work 149
2．7．5 處理一個(gè)work 153
2．7．6 取消一個(gè)work 157
2．7．7 和調(diào)度器的交互 159
2．7．8 小結(jié) 161
第3章 內(nèi)核調(diào)試與性能優(yōu)化 164
3．1 打造ARM64實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 165
3．1．1 使用O0優(yōu)化等級(jí)編譯
內(nèi)核 165
3．1．2 QEMU虛擬機(jī)+Debian
實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 166
3．1．3 單步調(diào)試ARM64 Linux
內(nèi)核 171
3．1．4 以圖形化方式單步調(diào)試
內(nèi)核 172
3．1．5 單步調(diào)試head．S文件 176
3．2 ftrace 181
3．2．1 irqs跟蹤器 182
3．2．2 function跟蹤器 184
3．2．3 動(dòng)態(tài)ftrace 185
3．2．4 事件跟蹤 186
3．2．5 添加跟蹤點(diǎn) 188
3．2．6 trace-cmd和kernelshark 191
3．2．7 跟蹤標(biāo)記 192
3．2．8 小結(jié) 195
3．3 內(nèi)存檢測(cè) 196
3．3．1 slub_debug 197
3．3．2 KASAN內(nèi)存檢測(cè) 202
3．4 死鎖檢測(cè) 204
3．5 內(nèi)核調(diào)試方法 210
3．5．1 printk 210
3．5．2 動(dòng)態(tài)輸出 212
3．5．3 oops分析 213
3．5．4 BUG_ON()和WARN_ON()宏
分析 217
3．6 使用perf優(yōu)化性能 217
3．6．1 安裝perf工具 218
3．6．2 perf list命令 218
3．6．3 perf record/report命令 219
3．6．4 perf stat命令 220
3．6．5 perf top命令 221
3．7 SystemTap 222
3．8 eBPF和BCC 224
3．8．1 BCC工具集 224
3．8．2 編寫(xiě)B(tài)CC腳本 225
第4章 基于x86_64解決宕機(jī)難題 229
4．1 Kdump和Crash工具 230
4．2 x86_64架構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí) 230
4．2．1 通用寄存器 230
4．2．2 函數(shù)參數(shù)調(diào)用規(guī)則 231
4．2．3 棧的結(jié)構(gòu) 232
4．2．4 尋址方式 232
4．3 在CentOS 7．6中安裝和配置Kdump
和Crash 233
4．4 crash命令 235
4．5 案例1：一個(gè)簡(jiǎn)單的宕機(jī)案例 244
4．6 案例2：訪(fǎng)問(wèn)被刪除的鏈表 250
4．7 案例3：一個(gè)真實(shí)的驅(qū)動(dòng)崩潰案例 254
4．8 死鎖檢查機(jī)制 259
4．9 案例4：一個(gè)簡(jiǎn)單的死鎖案例 261
4．10 案例5：分析和推導(dǎo)參數(shù)的值
變量 263
4．11 案例6：一個(gè)復(fù)雜的宕機(jī)案例 270
4．11．1 問(wèn)題描述 271
4．11．2 分析ps進(jìn)程 276
4．11．3 分析test進(jìn)程 281
4．11．4 計(jì)算一個(gè)進(jìn)程被阻塞了多長(zhǎng)
時(shí)間 283
第5章 基于ARM64解決宕機(jī)難題 285
5．1 搭建Kdump實(shí)驗(yàn)環(huán)境 285
5．2 案例1：一個(gè)簡(jiǎn)單的宕機(jī)案例 287
5．3 案例2：恢復(fù)函數(shù)調(diào)用棧 288
5．4 案例3：分析和推導(dǎo)參數(shù)的值 291
5．5 案例4：一個(gè)復(fù)雜的宕機(jī)案例 294
5．5．1 分析ps進(jìn)程 296
5．5．2 分析test進(jìn)程 299
第6章 安全漏洞分析 303
6．1 側(cè)信道攻擊 303
6．2 CPU熔斷漏洞分析 306
















6．2．1 亂序執(zhí)行、異常處理和地址
空間 306
6．2．2 修復(fù)方案：KPTI技術(shù) 307
6．3 CPU“幽靈”漏洞 317
6．3．1 分支預(yù)測(cè) 317
6．3．2 攻擊原理 320
6．3．3 修復(fù)方案 321
附錄A 使用DS-5調(diào)試ARM64 Linux
內(nèi)核 325
附錄B ARM64中的獨(dú)占訪(fǎng)問(wèn)指令 341
附錄C 圖解MESI狀態(tài)轉(zhuǎn)換 345
附錄D 高速緩存與內(nèi)存屏障 350