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分类:操作系统

Linux PID 1 和 Systemd

Linux PID 1 和 Systemd

要说清 Systemd,得先从Linux操作系统的启动说起。Linux 操作系统的启动首先从 BIOS 开始,然后由 Boot Loader 载入内核,并初始化内核。内核初始化的最后一步就是启动 init 进程。这个进程是系统的第一个进程,PID 为 1,又叫超级进程,也叫根进程。它负责产生其他所有用户进程。所有的进程都会被挂在这个进程下,如果这个进程退出了,那么所有的进程都被 kill 。如果一个子进程的父进程退了,那么这个子进程会被挂到 PID 1 下面。(注:PID 0 是内核的一部分,主要用于内进换页,参看:Process identifier

SysV Init

PID 1 这个进程非常特殊,其主要就任务是把整个操作系统带入可操作的状态。比如:启动 UI – Shell 以便进行人机交互,或者进入 X 图形窗口。传统上,PID 1 和传统的 Unix System V 相兼容的,所以也叫 sysvinit,这是使用得最悠久的 init 实现。Unix System V 于1983年 release。

sysvint 下,有好几个运行模式,又叫 runlevel。比如:常见的 3 级别指定启动到多用户的字符命令行界面,5 级别指定启起到图形界面,0 表示关机,6 表示重启。其配置在 /etc/inittab 文件中。

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缓存更新的套路

缓存更新的套路

cache看到好些人在写更新缓存数据代码时,先删除缓存,然后再更新数据库,而后续的操作会把数据再装载的缓存中。然而,这个是逻辑是错误的。试想,两个并发操作,一个是更新操作,另一个是查询操作,更新操作删除缓存后,查询操作没有命中缓存,先把老数据读出来后放到缓存中,然后更新操作更新了数据库。于是,在缓存中的数据还是老的数据,导致缓存中的数据是脏的,而且还一直这样脏下去了。

我不知道为什么这么多人用的都是这个逻辑,当我在微博上发了这个贴以后,我发现好些人给了好多非常复杂和诡异的方案,所以,我想写这篇文章说一下几个缓存更新的Design Pattern(让我们多一些套路吧)。

这里,我们先不讨论更新缓存和更新数据这两个事是一个事务的事,或是会有失败的可能,我们先假设更新数据库和更新缓存都可以成功的情况(我们先把成功的代码逻辑先写对)。

更新缓存的的Design Pattern有四种:Cache aside, Read through, Write through, Write behind caching,我们下面一一来看一下这四种Pattern。

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Docker基础技术:DeviceMapper

Docker基础技术:DeviceMapper

how_to_set_up_an_iSCSI_LUN_with_thin在上一篇介绍AUFS的文章中,大家可以看到,Docker的分层镜像是怎么通过UnionFS这种文件系统做到的,但是,因为Docker首选的AUFS并不在Linux的内核主干里,所以,对于非Ubuntu的Linux分发包,比如CentOS,就无法使用AUFS作为Docker的文件系统了。于是作为第二优先级的DeviceMapper就被拿出来做分层镜像的一个实现。

Device Mapper 简介

DeviceMapper自Linux 2.6被引入成为了Linux最重要的一个技术。它在内核中支持逻辑卷管理的通用设备映射机制,它为实现用于存储资源管理的块设备驱动提供了一个高度模块化的内核架构,它包含三个重要的对象概念,Mapped Device、Mapping Table、Target device。

Mapped Device 是一个逻辑抽象,可以理解成为内核向外提供的逻辑设备,它通过Mapping Table描述的映射关系和 Target Device 建立映射。Target device 表示的是 Mapped Device 所映射的物理空间段,对 Mapped Device 所表示的逻辑设备来说,就是该逻辑设备映射到的一个物理设备。

Mapping Table里有 Mapped Device 逻辑的起始地址、范围、和表示在 Target Device 所在物理设备的地址偏移量以及Target 类型等信息(注:这些地址和偏移量都是以磁盘的扇区为单位的,即 512 个字节大小,所以,当你看到128的时候,其实表示的是128*512=64K)。

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Docker基础技术:AUFS

Docker基础技术:AUFS

docker-filesystems-busyboxrwAUFS是一种Union File System,所谓UnionFS就是把不同物理位置的目录合并mount到同一个目录中。UnionFS的一个最主要的应用是,把一张CD/DVD和一个硬盘目录给联合 mount在一起,然后,你就可以对这个只读的CD/DVD上的文件进行修改(当然,修改的文件存于硬盘上的目录里)。

AUFS又叫Another UnionFS,后来叫Alternative UnionFS,后来可能觉得不够霸气,叫成Advance UnionFS。是个叫Junjiro Okajima(岡島順治郎)在2006年开发的,AUFS完全重写了早期的UnionFS 1.x,其主要目的是为了可靠性和性能,并且引入了一些新的功能,比如可写分支的负载均衡。AUFS在使用上全兼容UnionFS,而且比之前的UnionFS在稳定性和性能上都要好很多,后来的UnionFS 2.x开始抄AUFS中的功能。但是他居然没有进到Linux主干里,就是因为Linus不让,基本上是因为代码量比较多,而且写得烂(相对于只有3000行的union mount和10000行的UnionFS,以及其它平均下来只有6000行代码左右的VFS,AUFS居然有30000行代码),所以,岡島不断地改进代码质量,不断地提交,不断地被Linus拒掉,所以,到今天AUFS都还进不了Linux主干(今天你可以看到AUFS的代码其实还好了,比起OpenSSL好N倍,要么就是Linus对代码的质量要求非常高,要么就是Linus就是不喜欢AUFS)。

不过,好在有很多发行版都用了AUFS,比如:Ubuntu 10.04,Debian6.0, Gentoo Live CD支持AUFS,所以,也OK了。

好了,扯完这些闲话,我们还是看一个示例吧(环境:Ubuntu 14.04)

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Docker基础技术:Linux CGroup

Docker基础技术:Linux CGroup

filter前面,我们介绍了Linux Namespace,但是Namespace解决的问题主要是环境隔离的问题,这只是虚拟化中最最基础的一步,我们还需要解决对计算机资源使用上的隔离。也就是说,虽然你通过Namespace把我Jail到一个特定的环境中去了,但是我在其中的进程使用用CPU、内存、磁盘等这些计算资源其实还是可以随心所欲的。所以,我们希望对进程进行资源利用上的限制或控制。这就是Linux CGroup出来了的原因。

Linux CGroup全称Linux Control Group, 是Linux内核的一个功能,用来限制,控制与分离一个进程组群的资源(如CPU、内存、磁盘输入输出等)。这个项目最早是由Google的工程师在2006年发起(主要是Paul Menage和Rohit Seth),最早的名称为进程容器(process containers)。在2007年时,因为在Linux内核中,容器(container)这个名词太过广泛,为避免混乱,被重命名为cgroup,并且被合并到2.6.24版的内核中去。然后,其它开始了他的发展。

Linux CGroupCgroup 可​​​让​​​您​​​为​​​系​​​统​​​中​​​所​​​运​​​行​​​任​​​务​​​(进​​​程​​​)的​​​用​​​户​​​定​​​义​​​组​​​群​​​分​​​配​​​资​​​源​​​ — 比​​​如​​​ CPU 时​​​间​​​、​​​系​​​统​​​内​​​存​​​、​​​网​​​络​​​带​​​宽​​​或​​​者​​​这​​​些​​​资​​​源​​​的​​​组​​​合​​​。​​​您​​​可​​​以​​​监​​​控​​​您​​​配​​​置​​​的​​​ cgroup,拒​​​绝​​​ cgroup 访​​​问​​​某​​​些​​​资​​​源​​​,甚​​​至​​​在​​​运​​​行​​​的​​​系​​​统​​​中​​​动​​​态​​​配​​​置​​​您​​​的​​​ cgroup。

主要提供了如下功能:

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Docker基础技术:Linux Namespace(上)

Docker基础技术:Linux Namespace(上)

isolation时下最热的技术莫过于Docker了,很多人都觉得Docker是个新技术,其实不然,Docker除了其编程语言用go比较新外,其实它还真不是个新东西,也就是个新瓶装旧酒的东西,所谓的The New “Old Stuff”。Docker和Docker衍生的东西用到了很多很酷的技术,我会用几篇 文章来把这些技术给大家做个介绍,希望通过这些文章大家可以自己打造一个山寨版的docker。

当然,文章的风格一定会尊重时下的“流行”——我们再也没有整块整块的时间去看书去专研,而我们只有看微博微信那样的碎片时间(那怕我们有整块的时间,也被那些在手机上的APP碎片化了)。所以,这些文章的风格必然坚持“马桶风格”(希望简单到占用你拉一泡屎就时间,而且你还不用动脑子,并能学到些东西)

废话少说,我们开始。先从Linux Namespace开始。

 简介

Linux Namespace是Linux提供的一种内核级别环境隔离的方法。不知道你是否还记得很早以前的Unix有一个叫chroot的系统调用(通过修改根目录把用户jail到一个特定目录下),chroot提供了一种简单的隔离模式:chroot内部的文件系统无法访问外部的内容。Linux Namespace在此基础上,提供了对UTS、IPC、mount、PID、network、User等的隔离机制。

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Docker基础技术:Linux Namespace(下)

Docker基础技术:Linux Namespace(下)

jail_cellDocker基础技术:Linux Namespace(上篇)中我们了解了,UTD、IPC、PID、Mount 四个namespace,我们模仿Docker做了一个相当相当山寨的镜像。在这一篇中,主要想向大家介绍Linux的User和Network的Namespace。

好,下面我们就介绍一下还剩下的这两个Namespace。

User Namespace

User Namespace主要是用了CLONE_NEWUSER的参数。使用了这个参数后,内部看到的UID和GID已经与外部不同了,默认显示为65534。那是因为容器找不到其真正的UID所以,设置上了最大的UID(其设置定义在/proc/sys/kernel/overflowuid)。

要把容器中的uid和真实系统的uid给映射在一起,需要修改 /proc/<pid>/uid_map/proc/<pid>/gid_map 这两个文件。这两个文件的格式为:

ID-inside-ns ID-outside-ns length

其中:

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vfork 挂掉的一个问题

vfork 挂掉的一个问题

tux-fork在知乎上,有个人问了这样的一个问题——为什么vfork的子进程里用return,整个程序会挂掉,而且exit()不会?并给出了如下的代码,下面的代码一运行就挂掉了,但如果把子进程的return改成exit(0)就没事。

我受邀后本来不想回答这个问题的,因为这个问题明显就是RTFM的事,后来,发现这个问题放在那里好长时间,而挂在下面的几个答案又跑偏得比较严重,我觉得可能有些朋友看到那样的答案会被误导,所以就上去回答了一下这个问题。

下面我把问题和我的回答发布在这里,也供更多的人查看。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
int main(void) {
    int var;
    var = 88;
    if ((pid = vfork()) < 0) {
        printf("vfork error");
        exit(-1);
    } else if (pid == 0) { /* 子进程 */
        var++;
        return 0;
    }
    printf("pid=%d, glob=%d, var=%d\n", getpid(), glob, var);
    return 0;
}

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State Threads 回调终结者

State Threads 回调终结者

(感谢网友 @我的上铺叫路遥 投稿)

上回写了篇《一个“蝇量级”C语言协程库》,推荐了一下Protothreads,通过coroutine模拟了用户级别的multi-threading模型,虽然本身足够“轻”,杜绝了系统开销,但这个库本身应用场合主要是内存限制的嵌入式领域,提供原生态组件太少,使用限制太多,比如依赖其它调用产生阻塞等。

这回又替大家在开源界淘了个宝,推荐一个轻量级网络应用框架State Threads(以下简称ST),总共也就3000行C代码,跟Protothreads不同在于ST针对的就是高性能可扩展服务器领域(值得一提的是Protothreads官网参考链接上第一条就是ST的官网)。在其FAQ页面上一句引用”Perfection is achieved not when there is nothing more to add, but rather when there is nothing more to take away.”可以视为开发人员对ST源码质量的自信。

历史渊源

首先介绍一下这个库的历史渊源,从代码贡献者来看,ST不是个人作品,而是有着雄厚的商业支持和应用背景,比如服务器领域,在这里你可以看到ST曾作为Apache的多核应用模块发布。其诞生最初是由网景(Netscape)公司的MSPR(Netscape Portable Runtime library)项目中剥离出来,后由SGI(Silicon Graphic Inc)还有Yahoo!公司(前者是主力)开发维护的独立线程库。历史版本方面,作为SourceForge上开源项目,由2001年发布v1.0以来一直到2009年v1.9稳定版后未再变动。在平台移植方面,从Makefile的配置选项中可知ST支持多种Unix-like平台,还有专门针对Win32的源码改写。源码例子中,提供了web server、proxy以及dns三种编程实例供参考。可以说代码质量应该是相当的稳定和可靠的。

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bash代码注入的安全漏洞

bash代码注入的安全漏洞

bashbug很多人或许对上半年发生的安全问题“心脏流血”(Heartbleed Bug)事件记忆颇深,这两天,又出现了另外一个“毁灭级”的漏洞——Bash软件安全漏洞。这个漏洞由法国GNU/Linux爱好者Stéphane Chazelas所发现。随后,美国电脑紧急应变中心(US-CERT)、红帽以及多家从事安全的公司于周三(北京时间9月24日)发出警告。 关于这个安全漏洞的细节可参看美国政府计算安全的这两个漏洞披露:CVE-2014-6271 和 CVE-2014-7169

这个漏洞其实是非常经典的“注入式攻击”,也就是可以向 bash注入一段命令,从bash1.14 到4.3都存在这样的漏洞。我们先来看一下这个安全问题的症状。

Shellshock (CVE-2014-6271)

下面是一个简单的测试:

$ env VAR='() { :;}; echo Bash is vulnerable!' bash -c "echo Bash Test"

如果你发现上面这个命令在你的bash下有这样的输出,那你就说明你的bash是有漏洞的:

Bash is vulnerable!
Bash Test

简单地看一下,其实就是向环境变量中注入了一段代码 echo Bash is vulnerable。关于其中的原理我会在后面给出。

很快,CVE-2014-6271的官方补丁出来的了——Bash-4.3 Official Patch 25

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