R.3 内核速查

以 Linux 6.8 为基线；函数名随版本变化，读源码前先 git grep。

1. 关键数据结构

关系：task_struct.mm → mm_struct → 一组 vm_area_struct；task_struct.files → files_struct → fd 表 → struct file → dentry/inode。

2. 系统调用路径

用户: syscall 指令（%rax=号，%rdi/%rsi/%rdx/%r10/%r8/%r9=参数）
  → entry_SYSCALL_64（保存寄存器、切内核栈）
  → do_syscall_64（按号查 sys_call_table）
  → __x64_sys_xxx（SYSCALL_DEFINE 包装）
  → 子系统（ksys_read → vfs_read → f_op->read_iter）
  → 返回 %rax；负值表示 -errno

• 32 位入口 int 0x80 / sysenter；x86-64 用 syscall。
• ptrace 可在 syscall 入口/出口停住；strace 基于它。
• seccomp 在入口过滤；audit 记录。

3. 中断与下半部

硬件中断 → CPU 跳 IDT → 通用入口 → 中断控制器 ack
  → 驱动 handler（上半部，关中断/快速）
  → 触发软中断（NET_RX_SOFTIRQ、TASKLET_SOFTIRQ…）
  → do_softirq / ksoftirqd（下半部，可抢占）
  → 协议栈/驱动收尾

观测：/proc/interrupts、/proc/softirqs、/proc/net/softnet_stat、perf top 看 ksoftirqd。

4. 进程生命周期

fork/clone → copy_process（复制 task_struct、fd、mm/COW、信号）
  → wake_up_new_task → 调度
execve → 替换 mm、打开 ELF、设置栈/寄存器
exit → do_exit（释放 mm/files、置 ZOMBIE、通知父进程）
wait → 父进程回收 task_struct

• TASK_RUNNING：可运行/运行；S 可中断睡眠；D 不可中断；T 停止；Z 僵尸。
• current 指向当前 task_struct；x86-64 通过 gs 基址取。
• 内核线程没有用户 mm，借用 active_mm。

5. 调度

• CFS：vruntime 红黑树，按权重分配；nice 影响权重。
• EEVDF（6.6+）：lag/vslice，按延迟需求分配；字段与调参变化。
• 调度域/负载均衡：/proc/schedstat、/proc/sched_debug。
• 绑核：taskset、sched_setaffinity；隔离：isolcpus。

6. 内存

NUMA node → zone（DMA/DMA32/NORMAL/HIGHMEM）→ page
buddy：2^order 页块，/proc/buddyinfo
slab/slub：kmalloc/kmem_cache，/proc/slabinfo
vmalloc：非连续虚拟地址，适合大块

缺页路径：

page fault → do_page_fault → handle_mm_fault
  → 匿名页：do_anonymous_page（零页/新页）
  → 文件页：do_fault → filemap_fault（page cache）
  → COW：do_wp_page
  → 交换：do_swap_page

回收：

• LRU active/inactive；kswapd 后台回收；直接回收（__alloc_pages 慢路径）。
• memory.max/memory.high（cgroup v2）；OOM killer 看 oom_score。
• mmap_lock（5.8+ 取代 mmap_sem）；RMAP 反向映射；KSM 合并相同匿名页。

观测：/proc/meminfo、/proc/vmstat、/proc/PID/smaps、slabtop、/sys/kernel/debug/tracing。

7. VFS 与文件系统

open → path_openat → 逐级 lookup（dcache/inode）
  → may_open（权限）→ do_dentry_open → file->f_op
read/write → vfs_read/vfs_write → filemap/直接 I/O
  → page cache → writeback → block layer → driver

• dentry 缓存路径；inode 缓存元数据；page cache 以 address_space 管理。
• ext4：extent、日志（journal）、delayed allocation；XFS：B+ 树、分配组；Btrfs：COW、校验、快照。
• fsync 刷数据+元数据；fdatasync 只刷数据；O_SYNC 每次写同步。
• 块层：bio → request → blk-mq → 调度器（mq-deadline/kyber/bfq/none）。

8. 锁与同步

• 内存屏障：smp_mb()、smp_rmb()、smp_wmb()、barrier()；RCU 的 rcu_read_lock() 不是锁。
• 锁顺序：同一路径固定顺序；lockdep 检测环。
• 中断上下文不能睡眠；持 spinlock 不能睡眠。

9. 调试与观测

10. 版本差异（读旧资料必看）

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