期中总结

于佳心  原创作品转载请注明出处  《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

计算机是如何工作的？

冯诺依曼体系结构：存储程序计算机，存储程序与程序控制

X86汇编基础：mov，push，pop，call，ret

汇编一个简单的C程序分析其汇编指令执行过程：汇编代码执行过程在堆栈中的变化

操作系统是如何工作的？

函数调用堆栈

三个法宝：

1.存储程序计算机工作模型
2.函数调用堆栈
3.中断

操作系统的两把剑：

1.中断上下文切换
2.进程上下文切换

建立框架：

pushl %ebp
movl %esp，%ebp

拆除框架：

movl %ebp，%esp
popl %ebp
ret

借助Linux内核部分源代码模拟存储程序计算机工作模型及时钟中断

CPU和内核代码共同实现了保存现场和恢复现场

在mykernel基础上构造一个简单的操作系统内核

C代码宏嵌入汇编代码的写法

asm（汇编语句模板；输出部分；输入部分；破坏描述部分）；

构造一个简单的Linux系统MenuOS

idle是0号进程，关于0号进程和1号进程，所谓道生一（start_kernel....cpu_idle），一生二（kernel_init和kthreadd），二生三（即前面0、1和2三个进程），三生万物（1号进程是所有用户态进程的祖先，2号进程是所有内核线程的祖先）

扒开系统调用的三层皮（上）

用户态、内核态和中断处理

中断处理是从用户态进入内核态主要的方式

系统调用概述和系统调用的三层皮

系统调用是特殊的中断

三层皮：

1.API
2.中断向量
3.中断服务程序

扒开系统调用的三层皮（下）

给MenuOS增加time和time-asm命令

在MenuOS中添加命令的过程分四步：

1.更新menu代码到最新版

2.在main函数中增加MenuConfig

3.增加对应函数

4.make rootfs

使用gdb跟踪系统调用内核函数sys_time

系统调用在内核代码中的工作机制和初始化

进程的描述和进程的创建

进程的描述

进程的三大功能

1.进程管理
2.文件管理
3.内核系统

进程的状态变化

进程的创建

在fork中，两个进程，fork系统调用在父子进程个返回一次

子进程 pid=0

父进程 pid=子进程的id

新进程是从ret_ from_ fork开始执行

可执行程序的装载

预处理、编译、链接和目标文件的格式

格式：

三种文件

1.可重定位文件
2.可执行文件
3.共享Object文件

两个链接器：链接编辑器，动态链接器

庄周（调用execve的可执行程序）入睡（调用execve陷入内核），醒来（系统调用execve返回用户态）发现自己是蝴蝶（被execve加载的可执行程序）

庄子和蝴蝶：你可以装载我，我可以装载你

进程的切换和系统的一般执行过程

进程的调度时机与进程的切换

不同类型的进程有不同的调度需求

第一种分类：

I/0-bound：频繁的进程I/0，通常会花费很多时间等待I/O操作的完成

CPU-bound：计算密集型，需要大量的CPU时间进行运算

第二种分类：批处理进程，实时进程，交互性进程（shell）

Linux系统的一般执行过程

最一般的情况：正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y的过程

• 正在运行的用户态进程X

• 发生中断——save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack,then load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).

• SAVE_ALL //保存现场

• 中断处理过程中或中断返回前调用了schedule()，其中的switch_to做了关键的进程上下文切换

• 标号1之后开始运行用户态进程Y(这里Y曾经通过以上步骤被切换出去过因此可以从标号1继续执行)

• restore_all //恢复现场

• iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack

• 继续运行用户态进程Y

几种特殊情况

通过中断处理过程中的调度时机，用户态进程与内核线程之间互相切换和内核线程之间互相切换，与最一般的情况非常类似，只是内核线程运行过程中发生中断没有进程用户态和内核态的转换；

内核线程主动调用schedule()，只有进程上下文的切换，没有发生中断上下文的切换，与最一般的情况略简略；

创建子进程的系统调用在子进程中的执行起点及返回用户态，如fork；（next_ip=ret_from_fork)

加载一个新的可执行程序后返回到用户态的情况，如execve；

关于《Linux内核分析》

这是一本关于Linux内核的书：内核的目标，为达到目标所进行的设计以及设计的实现

从内核出发

内核有独一无二的特质，它实施自己的规则和奖罚措施，拥有整个系统的最高管理权

读书笔记链接：一二章

系统调用

描述了系统调用到底是什么，与库函数和API又怎样的关系

Linux程序如何实现系统调用，执行系统调用的连锁反应：陷入内核，传递系统调用号和参数，执行正确的系统调用函数，并把返回值带回用户空间

如何增加系统调用

读书笔记链接：第五章

调试

内核的调试：调试过程起始是一种寻求实现与目标偏差的行为

内核内置的调试架构，调试程序，记录日志，git二分法查找

读书笔记链接：第十八章

进程管理

操作系统中的核心概念：进程

进程的一般特性，进程与线程之间的关系，Linux如何存放和表示进程（task_struct,thread_info），如何创建进程（通过fork（）,实际上最终是clone（）)，如何把新的执行映像装入到地址空间（exec（）系统调用族），如何表示进程的层次关系，父进程如何收集后代的信息（wait（）系统调用族），进程最终如何消亡（强制，或者调用exit（））

读书笔记链接：第三章

链接

《深入理解计算机系统》中的内容

读书笔记链接：类似的第七章笔记

进程调度

进程调度程序是内核重要的组成部分

新CFS调度程序：适合众多可运行的进程，具有伸缩性，在调度周期和吞吐量之间求得平衡，满足各种负载的要求

进程调度所遵循的基本原则、具体实现、调度算法、牧犬Linux内核所使用的接口

读书笔记链接：第四章

学习心得：连续十周的学习之路充满坎坷，不过总算是坚持下来了，学得时候都自认为很明白，但是学完一周之后就会忘得差不多，看来及时复习还是必要的，所以又认真的总结了一遍，并辅以《Linux内核分析》教程，顿时感觉知识点捋顺了许多，为了不让辛苦学到的知识消失，还是需要定时复习一下