Linux 核心的五大創新

想知道什麼是 Linux 核心上真正的（不是那種時髦的）創新嗎？

在科技行業，創新這個詞幾乎和革命一樣到處氾濫，所以很難將那些誇張的東西與真正令人振奮的東西區分開來。Linux 核心被稱為創新，但它又被稱為現代計算中最大的奇蹟，一個微觀世界中的龐然大物。

撇開營銷和模式不談，Linux 可以說是開源世界中最受歡迎的核心，它在近 30 年的生命時光當中引入了一些真正的規則改變者。

Cgroups（2.6.24）

早在 2007 年，Paul Menage 和 Rohit Seth 就在核心中新增了深奧的控制組（cgroups）功能（cgroups 的當前實現是由 Tejun Heo 重寫的）。這種新技術最初被用作一種方法，從本質上來說，是為了確保一組特定任務的服務質量。

例如，你可以為與你的 WEB 服務相關聯的所有任務建立一個控制組定義（cgroup），為例行備份建立另一個 cgroup ，再為一般作業系統需求建立另一個 cgroup。然後，你可以控制每個組的資源百分比，這樣你的作業系統和 WEB 服務就可以獲得大部分系統資源，而你的備份程式可以訪問剩餘的資源。

然而，cgroups 如今變得這麼著名是因其作為驅動雲技術的角色：容器。事實上，cgroups 最初被命名為程式容器。當它們被 LXC、CoreOS 和 Docker 等專案採用時，這並不奇怪。

就像閘門開啟後一樣，“容器” 一詞就像成為了 Linux 的同義詞一樣，微服務風格的基於雲的“應用”概念很快成為了規範。如今，已經很難擺脫 cgroups 了，它們是如此普遍。每一個大規模的基礎設施（如果你執行 Linux 的話，可能還有你的膝上型電腦）都以一種合理的方式使用了 cgroups，這使得你的計算體驗比以往任何時候都更加易於管理和靈活。

例如，你可能已經在電腦上安裝了 Flathub 或 Flatpak，或者你已經在工作中使用 Kubernetes 和/或 OpenShift。不管怎樣，如果“容器”這個術語對你來說仍然模糊不清，則可以 通過 Linux 容器從背後獲得對容器的實際理解。

LKMM（4.17）

2018 年，Jade Alglave、Alan Stern、Andrea Parri、Luc Maranget、Paul McKenney 以及其他幾個人的辛勤工作的成果被合併到主線 Linux 核心中，以提供正式的記憶體模型。Linux 核心記憶體[一致性]模型（LKMM）子系統是一套描述 Linux 記憶體一致性模型的工具，同時也產生用於測試的用例（特別命名為 klitmus）。

隨著系統在物理設計上變得越來越複雜（增加了更多的中央處理器核心，快取記憶體和記憶體增長，等等)，它們就越難知道哪個中央處理器需要哪個地址空間，以及何時需要。例如，如果 CPU0 需要將資料寫入記憶體中的共享變數，並且 CPU1 需要讀取該值，那麼 CPU0 必須在 CPU1 嘗試讀取之前寫入。類似地，如果值是以一種順序方式寫入記憶體的，那麼期望它們也以同樣的順序被讀取，而不管哪個或哪些 CPU 正在讀取。

即使在單個處理器上，記憶體管理也需要特定的任務順序。像 x = y 這樣的簡單操作需要處理器從記憶體中載入 y 的值，然後將該值儲存在 x 中。在處理器從記憶體中讀取值之前，是不能將儲存在 y 中的值放入 x 變數的。此外還有地址依賴：x[n] = 6 要求在處理器能夠儲存值 6 之前載入 n。

LKMM 可以幫助識別和跟蹤程式碼中的這些記憶體模式。它部分是通過一個名為 herd 的工具來實現的，該工具（以邏輯公式的形式）定義了記憶體模型施加的約束，然後列舉了與這些約束一致性的所有可能的結果。

低延遲補丁（2.6.38）

很久以前，在 2011 年之前，如果你想在 Linux 上進行多媒體工作，你必須得有一個低延遲核心。這主要適用於錄音時新增了許多實時效果（如對著麥克風唱歌和新增混音，以及在耳機中無延遲地聽到你的聲音）。有些發行版，如 Ubuntu Studio，可靠地提供了這樣一個核心，所以實際上這沒有什麼障礙，這只不過是當藝術家選擇發行版時的一個重要提醒。

然而，如果你沒有使用 Ubuntu Studio，或者你需要在你的發行版提供之前更新你的核心，你必須跳轉到 rt-patches 網頁，下載核心補丁，將它們應用到你的核心原始碼，編譯，然後手動安裝。

後來，隨著核心版本 2.6.38 的釋出，這個過程結束了。Linux 核心突然像變魔術一樣預設內建了低延遲程式碼（根據基準測試，延遲至少降低了 10 倍)。不再需要下載補丁，不用編譯。一切都很順利，這都是因為 Mike Galbraith 編寫了一個 200 行的小補丁。

對於全世界的開源多媒體藝術家來說，這是一個規則改變者。從 2011 年開始事情變得如此美好，到 2016 年我自己做了一個挑戰，在樹莓派 v1（型號 B）上建造一個數字音訊工作站（DAW），結果發現它執行得出奇地好。

RCU（2.5）

RCU，即讀-拷貝-更新Read-Copy-Update，是電腦科學中定義的一個系統，它允許多個處理器執行緒從共享記憶體中讀取資料。它通過延遲更新但也將它們標記為已更新來做到這一點，以確保資料讀取為最新內容。實際上，這意味著讀取與更新同時發生。

典型的 RCU 迴圈有點像這樣：

1. 刪除指向資料的指標，以防止其他讀操作引用它。
2. 等待讀操作完成它們的關鍵處理。
3. 回收記憶體空間。

將更新階段劃分為刪除和回收階段意味著更新程式會立即執行刪除，同時推遲迴收直到所有活動讀取完成（通過阻止它們或註冊一個回撥以便在完成時呼叫）。

雖然 RCU 的概念不是為 Linux 核心發明的，但它在 Linux 中的實現是該技術的一個定義性的例子。

合作（0.01）

對於 Linux 核心創新的問題的最終答案永遠是協作。你可以說這是一個好時機，也可以稱之為技術優勢，稱之為黑客能力，或者僅僅稱之為開源，但 Linux 核心及其支援的許多專案是協作與合作的光輝範例。

它遠遠超出了核心範疇。各行各業的人都對開源做出了貢獻，可以說都是因為 Linux 核心。Linux 曾經是，現在仍然是自由軟體的主要力量，激勵人們把他們的程式碼、藝術、想法或者僅僅是他們自己帶到一個全球化的、有生產力的、多樣化的人類社群中。

你最喜歡的創新是什麼？

這個列表偏向於我自己的興趣：容器、非統一記憶體訪問（NUMA）和多媒體。無疑，列表中肯定缺少你最喜歡的核心創新。在評論中告訴我。

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via: https://opensource.com/article/19/8/linux-kernel-top-5-innovations

作者：Seth Kenlon 選題：lujun9972 譯者：heguangzhi 校對：wxy

本文由 LCTT 原創編譯，Linux中國 榮譽推出

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