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🔰 深挖 Linux 内核的新功能特性，以 io_uring, cgroup, ebpf, llvm 为代表，包含开源项目，代码案例，文章，视频，架构脑图等

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🔥 io_uring

—— 2019 年 Linux 5.1 内核首次引入的高性能 异步 I/O 框架，能显著加速 I/O 密集型应用的性能。

文档

• 官方文档: Efficient I/O with io_uring
• 其他文档：
  • Improved Storage Performance Using the New Linux Kernel I.O Interface
  • I/O-uring speed the RocksDB & TiKV
  • The Evolution of File Descriptor Monitoring in Linux
  • io_uring-BPF
  • Enabling Financial-Grade Secure Infrastructure with Confidential Computing
  • Boosting Compaction in B-Tree Based Key-Value Store by Exploiting Parallel Reads in Flash SSDs
  • Programming Emerging Storage Interfaces
  • I/O is faster than the OS
  • StefanMetzmacher_sambaxp2021_multichannel_io-uring-rev0-presentation
  • I/O Stack
  • io_uring-徐浩-阿里云

开源项目

• axboe/liburing: io_uring 库，liburing为设置和拆掉 io_uring 实例，还有一个简化接口不需要（或不想）处理完整内核的应用程序边执行。
• shuveb/io_uring-by-example: 一个io_uring 示例的库
• bytedance/monoio: 基于io-uring的Rust异步运行时
• spacejam/rio: Rust io_uring库，构建在libc上，线程和异步友好，抗误用
• Iceber/iouring-go: 提供易于使用的异步IO接口io_uring
• frevib/io_uring-echo-server: io_uring echo server
• hodgesds/iouring-go: Io_uring支持go
• dshulyak/uring: 用于io_uring框架的Golang库(无CGO)
• quininer/ritsu: 一个实验性的基于io-uring的异步运行时。
• shuveb/loti-examples: 源代码示例程序，从主的io_uring指南
• xuanyi-fu/xynet: 基于io_uring和c++ 20协程的网络库
• KuiBaDB/kbio: 一个基于io_uring的异步IO框架
• shuveb/loti: io_uring教程，例子和参考
• MarkReedZ/mrloop: C语言使用io_uring的事件循环
• tchaloupka/during: dlang io_uring包装
• omegacoleman/arkio: 基于异步IO的内核IO库
• ciconia/awesome-io_uring: 一个很棒的io_uring资源、库和工具的分类集合。
• ddeka0/AsyncIO: 一个用于异步套接字服务器的CPP包装器，使用linux最新的io_uring API
• uroni/fuseuring: 使用io_uring实现一个用户空间Linux fuse服务器
• yunwei37/co-uring-WebServer: 一个使用io_uring和cpp20协同程序的c++高性能Web服务器
• romange/helio: 一个基于io_uring Linux接口的现代后端开发框架
• 3541/short-circuit: Linux高性能web服务器，基于io_uring构建。
• anolis-os-archive/perf-test-for-io_uring: 一个用于io_uring性能测试的框架。
• BlazeWasHere/Cnidus: 基于io_uring的C语言web框架。
• AnSpake/osiris: 一个简单的服务器/客户端，使用io_uring

文章

• io_uring 高效 IO
• [译] Linux 异步 I_O 框架 io_uring：基本原理、程序示例与性能压测（2020）
• 浅析开源项目之io_uring
• io_uring 系统性整理
• io_uring（1） – 我们为什么会需要 io_uring
• io_uring（2）- 从创建必要的文件描述符 fd 开始
• 下一代异步 IO io_uring 技术解密
• 小谈io_uring
• 智汇华云-新时代IO利器-io_uring
• Linux 5.1 的 io_uring
• What is io_uring
• io_uring_setup
• io_uring_enter
• io_uring_register
• The Low-level io_uring Interface
• Submission Queue Polling
• Efficient IO with io_uring

视频(提取码：1024)

• Speeding Up VM’s I_O Sharing Host's io_uring Queues With Guests by Stefano Garzarella【2020】
• Asynchronous I_O and coroutines for smooth data streaming - Björn Fahller - NDC TechTown 2021
• Guilherme Bernal - Reaching 200k req_s on a single core with io_uring - Crystal 1.0 Conference
• Improved Storage Performance Using the New Linux Kernel I O Interface (SDC 2019)
• io_uring- BPF controlled I_O - Pavel Begunkov
• io_uring in QEMU- high-performance disk I_O for Linux
• Kernel Recipes 2019 - Faster IO through io_uring
• SDC2021- Samba Multi-Channel_io_uring Status Update
• Speeding Up VM’s I_O Sharing Host's io_uring Queues With Guests - Stefano Garzarella, Red Hat
• USENIX ATC '19 - Asynchronous I_O Stack_ A Low-latency Kernel I_O Stack for Ultra-Low Latency SSDs
• 来自阿里云的 Linux 内核 io_uring 介绍与实践

🔥 cgroup

—— 限制、控制与分离一个进程组的资源（如CPU、内存、磁盘输入输出等）。

文档

• 官方文档:

  • Control Groups definition, implementation details, examples and API
  • CPU Accounting Controller; account CPU usage for groups of tasks
  • documents the cpusets feature; assign CPUs and Mem to a set of tasks
  • Device Whitelist Controller; description, interface and security
  • checkpointing; rationale to not use signals, interface
  • Memory Resource Controller; implementation details
  • Memory Resource Controller; design, accounting, interface, testing
  • Resource Counter API

• 其他文档：

  • cgroups介绍
  • CgroupMemcgMaster
  • Resource Management
  • Challenges with the memory resource controller and its performance
  • Ressource Management in Linux with Control Groups
  • System Programming for Linux Containers Control Groups (cgroups)
  • Managing Resources with cgroups
  • 5 years of cgroup v2
  • Linux’s new unified control group system
  • cgroups_intro
  • red_hat_enterprise_linux-6-resource_management_guide-en-us
  • An introduction to Control Groups (cgroups)
  • Using Linux Control Groups and Systemd to Manage CPU Time and Memory
  • An introduction to cgroups and cgroupspy

开源项目

• containerd/cgroups: 用于创建、管理、检查和销毁cgroup。cgroup上设置的资源格式使用这里找到的OCI运行时规范。
• mhausenblas/cinf: 一个查看命名空间和cgroups的命令行工具
• flouthoc/vas-quod: 用Rust编写的一个极小的容器运行时
• poelzi/ulatencyd: 使用cgroups最小化linux系统延迟的守护进程
• haosdent/jcgroup: jcgroup是JVM上的cgroup包装器。您可以使用这个库来限制线程的CPU共享、磁盘I/O速度、网络带宽等。
• kinvolk/traceloop: 使用BPF和可重写的环形缓冲区跟踪cgroup中的系统调用
• tianon/cgroupfs-mount: 挂载cgroupfs (v1)层次结构的简单(过时)脚本，特别是用于Debian打包的结构化脚本
• francisbouvier/cgroups: 一个库来管理cgroups Linux内核特性
• bpowers/mstat: 这个工具运行在Linux上，利用cgroups内核API(也被Docker等容器基础设施使用)来记录一组进程随时间的内存使用情况。

文章

• Linux cgroups 概述
• 【译】Control Group v2（cgroupv2 权威指南）（KernelDoc, 2021）
• How I Used CGroups to Manage System Resources
• Cgroups控制cpu，内存，io示例
• Linux Control Groups V1 和 V2 原理和区别
• Linux资源管理之cgroups简介
• 彻底搞懂容器技术的基石： cgroup
• 深入理解 Linux Cgroup 系列（一）：基本概念
• 深入理解 Linux Cgroup 系列（二）：玩转 CPU
• 深入理解 Linux Cgroup 系列（三）：内存
• Cgroup - 从CPU资源隔离说起
• Cgroup - Linux内存资源管理
• Cgroup - Linux的IO资源隔离
• Cgroup - Linux的网络资源隔离
• 用 cgroups 管理 cpu 资源
• 用 cgruops 管理进程内存占用
• 用 cgroups 管理进程磁盘 io

视频

• Containers_ cgroups, Linux kernel namespaces, ufs, Docker, and intro to Kubernetes pods---提取码: k4hn
• Understanding and Working with the Cgroups Interface - Michael Anderson, The PTR Group, LLC---提取码: 54vs
• Linux Container Primitives- cgroups, namespaces, and more!---提取码: cjwd
• Cgroups, namespaces, and beyond---提取码: at6x
• Kubernetes On Cgroup v2 - Giuseppe Scrivano, Red Hat---提取码: 552y
• Cgroup Slab Memory Controller and Time Namespace - DevConf.CZ 2021---提取码: gayh
• Modern Linux Servers with cgroups - Brandon Philips, CoreOS---提取码: afm1
• LISA21 - 5 Years of Cgroup v2- The Future of Linux Resource Control---提取码: ygrv
• Limit CPU usage on Ubuntu with Systemd cgroups---提取码: ktva
• What's new in control groups (cgroups) version 2---提取码: w2tz

🔥 ebpf

—— Linux 内核中顶级子模块

文档

• 官方文档:

  • Linux 内核：https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/filter.txt and https://www.kernel.org/doc/html/latest/bpf/#
  • 开发QA: https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/Documentation/bpf/bpf_devel_QA.rst
  • eBPF-Helpers：https://github.com/iovisor/bpf-docs/blob/master/bpf_helpers.rst/

• 其他文档：

  • iovisor/bpf-docs: 列出了 eBPF opcode，项目是 iovisor 总结的系列文档、pre。
  • Advanced_BPF_Kernel_Features_for_the_Container_Age_FOSDEM
  • BPF to eBPF
  • Calico-eBPF-Dataplane-CNCF-Webinar-Slides
  • Combining System Visibility and Security Using eBPF
  • DPDK+eBPF
  • Experience and Lessons Learned
  • Fast Packet Processing using eBPF and XDP
  • Kernel Tracing With eBPF
  • Kernel analysis using eBPF
  • Making the Linux TCP stack more extensible with eBPF
  • Performance Analysis Superpowers with Linux eBPF
  • Performance Implications of Packet Filtering with Linux eBPF
  • The Next Linux Superpower eBPF Primer
  • eBPF - From a Programmer’s Perspective
  • eBPF In-kernel Virtual Machine & Cloud Computin
  • eBPF for perfomance analysis and networking
  • eBPF in CPU Scheduler
  • eBPF-based Content and Computation-aware Communication for Real-time Edge Computing

开源项目

• cilium/cilium: 用于提供、保护和观察容器工作负载之间的网络连接——云原生，并由革命性的内核技术eBPF提供支持,https://cilium.io/
• BPF Compiler Collection (BCC): BCC -基于bpf的Linux IO分析、联网、监控等工具
• bpftrace: Linux eBPF的高级跟踪语言
• Falco: 一种行为活动监视器，旨在检测应用程序中的异常活动。Falco在ebp的帮助下在Linux内核层对系统进行审计。它通过其他输入流(如容器运行时度量和Kubernetes度量)丰富了收集到的数据，并允许持续监视和检测容器、应用程序、主机和网络活动。
• Katran: 高性能的四层负载均衡器
• LLVM Compiler: 一个模块化和可重用的编译器和工具链技术的集合。
• microsoft/ebpf-for-windows: 运行在Windows上的eBPF实现
• aquasecurity/libbpfgo: 一个用于Linux ebbpf项目的Go库。
• aquasecurity/tracee: Linux的运行时安全和取证工具。
• libbpf/libbpf: libbpf是一个基于C/ c++的库，作为上游Linux内核的一部分进行维护。它包含一个eBPF加载器，它接管处理LLVM生成的eBPF ELF文件，以便将其加载到内核中。
• libbpf/libbpf-rs: Rust生态系统的最小和固执的epf工具
• foniod/redbpf: Rust库用于构建和运行BPF/eBPF模块
• aya-rs/aya: 一个用于Rust编程语言的eBPF库，其构建的重点是开发人员的体验和可操作性。
• cilium/hubble: 使用eBPF的Kubernetes网络、服务和安全可观测性
• kubearmor/KubeArmor: 一个云本地运行时安全强制系统，它在系统级别限制容器和节点的行为(如进程执行、文件访问和网络操作)。
• iovisor/kubectl-trace: 使用kubectl在kubernetes集群上调度bpftrace程序
• iovisor/ply: 一款基于eBPF的Linux动态跟踪软件。

文章

• 什么是 eBPF
• eBPF详解
• BPF 和 eBPF 初探
• Linux 内核监测技术 eBPF
• eBPF 如何简化服务网格
• eBPF 用户空间虚拟机实现相关
• 基于 eBPF 实现容器运行时安全
• 深入理解 Cilium 的 eBPF 收发包路径
• eBPF 概述，第 1 部分：介绍
• eBPF 概述，第 2 部分：机器和字节码
• eBPF 概述，第 3 部分：软件开发生态
• eBPF 概述，第 4 部分：在嵌入式系统运行
• eBPF 概述，第 5 部分：跟踪用户进程
• 【译】大规模微服务利器：eBPF + KubernetesKubeCon, 2020

视频

• Netflix talks about Extended BPF - A new software type---提取码: 83sv
• containers_ebpf_kernel---提取码: hxkt

🔥 llvm

—— 模块化、可重用的编译器以及工具链技术的集合

文档

• 官方文档:
  • LLVM: A Compilation Framework for Lifelong Program Analysis & Transformation
  • Introduction to the LLVM Compiler System
  • LLVM语言参考手册
  • LLVM语言参考手册-中文版
  • 入门LLVM核心库
• 用户指南：
  • 使用CMake构建LLVM: 使用CMake构建系统的主要入门指南的附录。
  • 在ARM平台上构建LLVM指南: 关于在ARM上构建和测试LLVM/Clang的注意事项。
  • 如何使用配置文件引导优化构建Clang和LLVM: 使用PGO构建LLVM/Clang的注意事项。
  • 如何为ARM平台交叉编译compiler-rt Builtins: 关于交叉构建和测试ARM的编译器-rt内置函数的注意事项。
  • 如何使用Clang/LLVM交叉编译Clang/LLVM：关于交叉构建和测试LLVM / Clang的注意事项。
  • 使用Microsoft Visual Studio开始使用LLVM系统：Windows上使用Visual Studio的主要入门指南的附录。
  • LLVM的分析和转换Passes:LLVM中实现的优化和分析列表
  • 当前版本的发布说明:这描述了新功能，已知错误和其他限制。
  • 如何提交LLVM错误报告: 有关正确提交有关您在LLVM系统中遇到的任何错误的信息的说明。
  • sphinx模板快速入门：使用LLVM测试基础结构的参考手册。
  • LLVM测试套件基础结构指南：使用LLVM测试基础结构的参考手册。
  • LLVM测试套件使用指南：描述如何编译和运行测试套件基准测试。
  • 如何构建C，C ++，ObjC和ObjC ++前端：从源代码构建clang前端的说明。
  • LLVM词典：LLVM中使用的首字母缩略词，术语和概念的定义。
  • 如何将构建配置添加到LLVM Buildbot基础结构:有关将新构建器添加到LLVM buildbot master的说明。
  • YAML I/O：使用LLVM的YAML I/O库的参考指南。
  • 前端作者的性能提示：前端作者关于如何生成IR的技巧的集合，LLVM能够有效地优化。
  • Dockerfiles用于构建LLVM的指南：使用随LLVM提供的Dockerfiles的参考。
• 编程文档：
  • LLVM扩展：LLVM特定的工具和格式扩展LLVM寻求兼容性。
  • CommandLine 2.0库手册：提供有关使用命令行解析库的信息。
  • LLVM编码标准：详细介绍了LLVM编码标准，并提供了有关编写高效C ++代码的有用信息。
  • 如何为类层次结构设置LLVM样式的RTTI：如何让isa<>，dyn_cast<>等可供您的类层次的客户。
  • 扩展LLVM：添加指令，内在函数，类型等：在这里查看如何向LLVM添加指令和内在函数。
  • libFuzzer - 用于覆盖引导的模糊测试的库：用于编写进程中引导模糊器的库
  • 模糊LLVM库和工具：有关编写和使用Fuzzers查找LLVM中的错误的信息.
  • Scudo硬化分配器：一个实现安全加固的malloc（）的库。
• 子系统文档
  • 编写LLVM Passes：有关如何编写LLVM转换和分析的信息
  • 编写LLVM后端：有关如何为机器目标编写LLVM后端的信息
  • LLVM与目标无关的代码生成器：LLVM代码生成器的设计和实现。如果您正在将LLVM重新定位到新架构，设计新的codegen传递或增强现有组件，则非常有用。
  • 机器IR（MIR）格式参考手册：MIR序列化格式的参考手册，用于测试LLVM的代码生成过程。
  • TableGen：描述了TableGen工具，LLVM代码生成器大量使用它。
  • LLVM别名分析基础结构：有关如何编写新别名分析实现或如何使用现有分析的信息。
  • MemorySSA：有关LLVM中的MemorySSA实用程序的信息，以及如何使用它。
  • 使用LLVM进行垃圾收集：接口源语言编译器应该用于编译GC程序。
  • 使用LLVM进行源级别调试：本文档描述了LLVM源代码级调试器背后的设计和理念。
  • LLVM中的自动矢量化：本文档描述了LLVM中矢量化的当前状态
  • LLVM中的异常处理：本文档描述了LLVM中异常处理的设计和实现
  • 如何添加一个受约束的浮点内在函数：在LLVM中添加新的约束数学内在时，提供必要的步骤。
  • LLVM bugpoint工具：设计和使用：自动错误查找器和测试用例减少器描述和使用信息
  • LLVM Bitcode文件格式：这描述了用于LLVM“bc”文件的文件格式和编码。
  • 支持库：本文档描述了LLVM支持库（lib/Support）以及如何使LLVM源代码可移植
  • LLVM链接时间优化：设计和实现：本文档描述了LLVM模块间优化器与链接器及其设计之间的接口
  • LLVM黄金插件：如何在Linux上使用链接时优化来构建程序。
  • 使用GDB调试JIT-ed代码:如何使用GDB调试JITed代码。
  • MCJIT设计与实施：描述了MCJIT执行引擎的内部工作原理
  • LLVM分支权重元数据：提供有关分支预测信息的信息。
  • LLVM块频率术语:提供有关BlockFrequencyInfo 分析过程中使用的术语的信息
  • LLVM中的分段堆栈:本文档描述了分段堆栈以及它们在LLVM中的使用方式
  • LLVM的可选丰富的反汇编输出:本文档介绍了可选的丰富反汇编输出语法
  • 如何使用属性：回答有关新属性基础结构的一些问题。
  • NVPTX后端用户指南：本文档描述了使用NVPTX后端编译GPU内核。
  • AMDGPU后端用户指南:本文档描述了使用AMDGPU后端编译GPU内核。
  • LLVM中的堆栈映射和补丁点:LLVM支持将指令地址映射到值的位置并允许修补代码。
  • 在big endian模式下使用ARM NEON指令：LLVM支持在大端ARM目标上生成NEON指令有点不直观。本文档解释了实施和理由。
  • LLVM代码覆盖映射格式:LLVM代码覆盖映射格式
  • LLVM中的垃圾收集安全点：这描述了一组垃圾收集支持的实验扩展。
  • MergeFunctions Pass，它是如何工作的：描述合并优化的函数。
  • InAlloca属性的设计和使用：inalloca参数属性的描述。
  • FaultMaps和隐式检查：LLVM支持折叠控制流入错误机器指令。
  • 用clang编译CUDA：LLVM对CUDA的支持。
  • LLVM中的协同程序:LLVM中的协同程序.
  • 全局指令选择：这描述了原型指令选择替换GlobalISel
  • XRay仪表：有关如何在LLVM中使用XRay的高级文档。
  • 使用XRay进行调试：如何使用XRay调试应用程序的示例。
  • Microsoft PDB文件格式：Microsoft PDB（程序数据库）文件格式的详细说明。
  • 控制流程验证工具设计文档：控制流完整性验证工具的说明
  • 投机负荷强化：Spectre v1的推测负载强化缓解的描述
  • 堆栈安全分析：本文档描述了局部变量的堆栈安全性分析的设计。

LLVM命令指南

基本命令

命令	说明
llvm-as	LLVM汇编器
llvm-dis	LLVM反汇编器
opt	LLVM优化器
llc	LLVM静态编译器
lli	LLVM字节码解释器
llvm-link	LLVM字节码连接器
llvm-lib	LLVM的与lib.exe兼用的库工具
llvm-lipo	用于处理通用二进制文件的LLVM工具
llvm-config	打印LLVM编译选项
llvm-cxxmap	Mangled name重映射工具
llvm-diff	LLVM 结构”diff”
llvm-cov	发出覆盖信息
llvm-profdata	配置数据工具
llvm-stress	生成随机的.ll文件
llvm-symbolizer	将地址转换为源代码中的位置
llvm-dwarfdump	转储并检验DWARF调试信息
dsymutil	操作存档文件中的DWARF调试符号文件
llvm-mca	LLVM机器码分析器
llvm-readobj	LLVM目标文件分析器

GNU bintils替代命令

命令	说明
llvm-addr2line	addr2line的替代品
llvm-ar	LLVM归档器
llvm-cxxfilt	LLVM符合名称分析器
llvm-nm	列出LLVM字节码和目标文件中的符号表
llvm-objcopy	目标文件复制和编辑工具
llvm-objdump	LLVM目标文件转储器
llvm-ranlib	库存档索引生成工具
llvm-readelf	GNU风格的LLVM对象读取器
llvm-size	打印目标文件尺寸信息
llvm-strings	打印目标文件中的字符串
llvm-strip	目标文件去除调试信息工具

调试工具

命令	说明
bugpoint	自动测试用例缩减工具
llvm-extract	从LLVM模块中提取函数
llvm-bcanalyzer	LLVM字节码分析器

开发工具

命令	说明
FileCheck	灵活的模式匹配文件验证程序
tblgen	目标描述到C++代码生成器
lit	LLVM集成测试仪
llvm-build	LLVM项目构建实用程序
llvm-exegesis	LLVM机器指令基准
llvm-pdbutil	PDB文件取证和诊断
llvm-locstats	计算DWARF调试位置的统计信息

开源项目

• emscripten-core/emscripten: Emscripten:一个llvm到webassembly的编译器
• tinygo-org/tinygo: 微控制器、WebAssembly (WASM/WASI)和命令行工具。基于LLVM。
• numba/numba: 使用LLVM支持NumPy动态Python编译器
• avast/retdec: RetDec是一个基于LLVM的可重定向机器码反编译器。
• lifting-bits/mcsema: 将x86、amd64、aarch64、sparc32和sparc64程序二进制代码提升到LLVM位码的框架
• microsoft/DirectXShaderCompiler: 这个repo托管了DirectX Shader编译器的源代码，它是基于LLVM/Clang的。
• andreasfertig/cppinsights: c++洞察力——用编译器的眼光看你的源代码
• google/souper: LLVM IR的超优化器
• HikariObfuscator/Hikari: LLVM模糊处理
• dotnet/llilc:这个repo包含LLILC，一个基于LLVM的。net Core编译器。它包括一组跨平台的。net代码生成工具，可以将MSIL字节码编译成LLVM支持的平台。
• banach-space/llvm-tutor: 用于教学和学习的树外LLVM通行证的集合
• numba/llvmlite: 用于编写JIT编译器的轻量级LLVM python绑定
• yrnkrn/zapcc: zapcc是一个基于clang的缓存c++编译器，旨在执行更快的编译
• go-llvm/llgo: 基于llvm的编译器
• eliben/llvm-clang-samples: unmaintenance:使用LLVM和Clang编译库和工具的例子

文章

• LLVM 入门篇
• LLVM-Clang入门
• LLVM编译器框架介绍
• Llvm编译的基本概念和流程
• 后端技术的重用：LLVM不仅仅让你高效
• 编译优化｜LLVM代码生成技术详解及在数据库中的应用
• 编译器及底层名词解释

视频

• How LLVM & Clang work---提取码: 225f
• 2021 LLVM Dev Mtg “Otter- Tracing & Visualizing OpenMP Programs as DAGs Through LLVM's OMPT...”---提取码: d2k2
• 2021 LLVM Dev Mtg “Navigating Exotic SIMD Lands with an LLVM Guide”---提取码: 5v6s
• 2019 LLVM Developers’ Meeting- E. Christopher & J. Doerfert “Introduction to LLVM”---提取码: 8u6e
• 2019 LLVM Developers’ Meeting- S. Haastregt & A. Stulova “An overview of Clang ”---提取码: r6ct
• P. Goldsborough “clang-useful- Building useful tools with LLVM and clang for fun and profit---提取码: xemt