Linux-Magazin 20 Jahre Linux (Vorschau)

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Kernel
4G/ 4G-Patch
Auf einem 32-Bit-System sind Adressenregister
32 Bit breit und geben damit Zugriff
auf 4 GByte virtuellen Hauptspeicher.
Der Versuch einer Applikation, diesen Adressraum
komplett zu nutzen und auf eine
Adresse oberhalb von 3 GByte zuzugreifen,
scheitert jedoch kläglich mit einem Segmentation
Fault. Im Adressraum der Applikation
haben die Kernelentwickler das oberste Gigabyte
für den Kernel reserviert. Konkret: In
dem Page-Directory einer jeden Task stehen
in den höchsten Adressen exakt die gleichen
Einträge, während die übrigen Einträge Taskspezifisch
sind (Abbildung 7).
Dadurch kann der Kernel mit dem Page-Directory
jeder gerade aktiven Task auf seine
dort referenzierten Speicherbereiche – den
Kernelspace – zugreifen. Ohne diesen Trick
müsste Linux bei jedem Systemcall und bei
jedem Interrupt das Page-Directory, also den
Einsprung in die Speicherverwaltung, austauschen.
Dazu gehörte dann auch das Leeren
des Translation Lookaside Buffer (TLB), des
Cache für die Speicherverwaltung. Das ist
zeitlich betrachtet ein teurer Vorgang.
Sollte eine speicherhungrige Task doch den
Bedarf nach 4 GByte virtuellem Speicher
haben, kann der Admin das 4G/ 4G-Patch aktivieren,
das dem Kernel ein eigenes Page-Directory
zuweist. In einem solchen Fall sollte
er allerdings vorzugsweise den Umstieg auf
ein 64-Bit-System erwägen.
3 GByte
1 GByte
0-60 GByte
Userspace
Kernelspace
Highmem
halten gemacht. Nicht
zuletzt dank des deutschen
Kernelentwick-
Anwendungen
lers Thomas Gleixner,
der seine Realtime-
Patches in „schmackhafte,
Trojanische
Pfer de“ verpackt hat
[6], stehen dem Architekten
eines Echtzeitsystems
mit Linux
viele Möglichkeiten
offen: Hochauflösende
Timer (Hrtimer) erlauben sehr genaue
Zeitsteuerungen, Realtime-Mutexe bieten
Prioritätsvererbung und die bisher nicht
erwähnten CPU-Sets fixieren Rechenprozesse
exklusiv auf spezifischen Rechnerkernen
eines Multicoresystems.
Hinzu kommen die erwähnten Techniken
Threaded Interrupts, Kernel-Preemption
und Tickless Kernel. Das unter Entwicklern
berüchtigte Big Kernel Lock (BKL),
das in den alten Versionen mal eben Interrupts
auf sämtlichen Prozessoren gesperrt
hat, ist ebenfalls rechtzeitig vor der
Veröffentlichung von 3.0 aus dem Kernel
verschwunden.
Code zum Anfassen
0x0000.0000
logischer Adressraum
0xbfff.ffff
0xc000.0000
0xffff.ffff
Abbildung 7: Da alle Page-Directories in den höchsten Adressen die gleichen
Einträge aufweisen, ist beim Übergang in den Kernel kein Umschalten der
Speicherbereiche notwendig.
Der Linux-Kernel 3.0 präsentiert sich aus
vielen Gründen als spannendes Stück
produktiver Software. Nicht nur, weil er
objektorientiert aufgebaut ist, ohne eine
objektorientierte Programmiersprache zu
verwenden, und weil er eine ungewöhnliche
Skalierbarkeit und Portierbarkeit aufweist
oder weil er die Ideen und die Programmierfähigkeiten
unterschiedlichster,
weltweit verstreuter Entwickler vereint,
sondern auch, weil er dank seiner Open-
Source-Lizenz ein Stück Hightech zum
Anfassen ist. (mhu)
n
Infos:
[1] Linus Torvalds, „Linux 3.0-rc1“:
[http://thread. gmane.org/gmane.linux.
kernel/1147415]
[2] Quade, Kunst, „Kern-Technik“, Folge 33
(Multicore): Linux-Magazin 05/ 07, S. 52
[3] Quade, Kunst, „Linux-Treiber entwickeln“,
3. Auflage: Dpunkt-Verlag, 2011, S 232 ff.
[4] Quade, Kunst, „Kern-Technik“, Folge 23
(VFS): Linux-Magazin 10/ 05, S. 90
[5] Quade, Kunst, „Kern-Technik“, Folge 39
(Tempfs): Linux-Magazin 05/ 08, S. 98
[6] Thomas Gleixner, „Forced threaded interrupt
handlers“: [https://lkml.org/lkml/
2011/2/23/ 510]
Die Autoren
Eva-Katharina Kunst, Journalistin, und Jürgen
Quade, Professor an der Hochschule Niederrhein,
sind seit den Anfängen von Linux Fans von Open
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Buches „Linux Treiber entwickeln“ erschienen.
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