Linux核心學習筆記一

 

核心與作業系統：

       核心是作業系統的核心部分，包含了系統啟動並執行核心過程，決定系統的效能，作業系統啟動核心被裝入到RAM中；

作業系統與底層硬體裝置互動和為運行應用程式提供執行環境。

Linux核心與微核心比較：

 

　　微核心：核心只需要一個很小的函數集，通常包括幾個同步原語，一個簡單的發送器和處理序間通訊機制。

運行在微核心之上的幾個系統進程實現系統級功能：記憶體配置，裝置驅動程式……完全的模組化進程。任何操作

系統層都是獨立的程式模組，通過模組化的方法定義明確清晰的軟體介面與其它層互動。核心中暫且不需要執行

的系統進程可以被調出或者撤銷。微核心便於移植和充分利用RAM，但開銷大效率是個問題。

 

　　宏核心：Linux核心：單塊結構。核心的全部代碼，包括所有子系統（如記憶體管理、檔案系統、裝置驅動程式）

都打包到一個檔案中。核心中的每個函數都可以訪問核心中所有其他部分。模組特性依賴於核心與使用者層之間設計

精巧的通訊方法，這使得模組的熱插拔和動態裝載得以實現。

　　每個核心層都被繼承到整個核心程式中，並代表著當前進程在核心態下運行。

模組化（非進程）——允許在運行狀態下動態安裝。模組是一個目標檔案，其代碼在運行時連結到核心或從核心解除連結。

目標代碼通常是一組函數組成，用來實現檔案系統，驅動程式……這些模組與其他靜態連結核心功能一樣，代表著當前進程

在核心態下執行，直接函數調用避免進程切換訊息傳遞的開銷，效率可能更高。

 

Linux使用者程式兩種狀態：

       使用者態和核心態；使用者態切換到核心態：

　　　　l  進程系統調用

　　　　l  CPU異常

　　　　l  中斷

　　　　l  核心線程被執行

　　多使用者系統：

　　　　能並發執行和獨立的執行多個使用者的應用程式，各個使用者擁有獨立空間。使用者組，Root使用者。

Linux進程：

       進程Process：

　　　　l  作業系統的基本抽象。

　　　　l  進程是程式執行時的一個執行個體；一個運行程式的執行內容。

　　　　l  幾個進程能並發的執行同一個程式；而同一個進程能順序執行幾個程式。

　　　　l  具有獨立的地址空間；多個進程可以同時執行。

　　進程受核心管理；每個進程由一個進程描述符表示，包含進程當前的狀態資訊。

　　當核心暫停一個進程的執行時，就把幾個相關處理器寄存器的內容儲存在進程描述符中。這些寄存器包括：

　　　　l  程式計數器PC和棧指標SP寄存器

　　　　l  通用寄存器

　　　　l  浮點寄存器

　　　　l  包含CPU狀態資訊的處理控制寄存器

　　　　l  跟蹤進程對RAM訪問的記憶體管理寄存器

　　當核心恢複執行進程時：將進程描述符中合適欄位來裝在CPU寄存器，根據程式計數器指向恢複到程式執行的地方。

Linux重入核心：

　　核心可重新進入：

　　　　可重新進入函數：使用局部變數

　　　　實現同步機制：訊號量、鎖、關中斷

　　進程執行狀態切換: 進程在使用者態與核心態的轉換，Linux是搶佔式核心

　　進程地址空間：每個進程運行在似有地址空間

　　同步和臨界區：核心資料操作訪問。

　　處理序間通訊IPC：訊號量、訊息佇列、共用記憶體

　　進程管理：fork與_exit,exec()，子進程與父進程

      

Linux檔案系統：

　　檔案系統是對存放裝置上的資料和中繼資料進行組織的機制，以樹形結構組織。

       檔案類型：

　　　　不同檔案

　　　　目錄

　　　　符號連結

　　　　面向塊得裝置檔案                               （裝置驅動相關）

　　　　面向字元的裝置檔案                           （裝置驅動相關）

　　　　管道(pipe)和具名管道（named pipe）（處理序間通訊相關）

　　　　通訊端（socket）                                 （處理序間通訊相關）

　　檔案存取權限和訪問模式

　　檔案描述符和索引節點：記錄檔案的資訊資料。

　　檔案操作的系統調用：open、read、write……

      

記憶體管理：

       虛擬記憶體：處於應用程式記憶體請求與硬體記憶體單元之間的邏輯層。

       隨即訪問儲存空間RAM：一部分用於核心映像，其餘虛擬記憶體處理

       核心記憶體 Clerk：KMA 處理記憶體請求子系統

　　　　l  速度快

　　　　l  減少記憶體浪費

　　　　l  減輕記憶體片段

　　　　l  與其他記憶體管理合作（頁框）

　　　　l  記憶體配置演算法

　　進程虛擬空間地址處理：核心分配給進程的虛擬位址空間由以下記憶體區組成：

　　　　l  程式的可執行代碼

　　　　l  程式的初始化資料

　　　　l  程式未初始化資料

　　　　l  初始化程式棧

　　　　l  所需共用庫的可執行代碼和資料

　　　　l  程式動態請求的記憶體堆

　　快取：

裝置驅動程式：

       核心通過裝置驅動程式與I/O裝置互動，裝置驅動程式在核心中，使用者程式通過核心訪問裝置。