Linux内核学习
- 参考资料
- 日记1：系统总体流程
- 日记2：（boot）引导启动程序
- --1.bootsect.s
- --2.setup.s
- --3.head.s
- 日记3：（init）初始化程序
- 日记4：（kernel）内核代码
- --日记4.0：(mktime.c)
- --日记4.1：中断处理
- ---日记4.1.1：硬件中断(asm.s+traps.c)
- ---日记4.1.2：软件中断(system_call.s+调用的.c)
- ----1.signal.c
- ----2.exit.c
- ----3.fork.c
- ----4.sys.c
- --日记4.2：调度处理(schedule.c)
- --日记4.3：输出处理(vsprintf.c+printk.c+panic.c)
- --日记4.4：设备驱动程序
- ---日记4.4.1：块设备驱动程序(blk_drv)
- ---日记4.4.2：字符设备驱动程序(chr_drv)
- --日记4.5：数学协处理器(math)
- 日记5：（fs）文件系统
- 日记6：（mm）内存管理
- 日记7：（tools）建构工具
参考资料
- 《Linux内核完全注释》
- linux 0.11源码
- B站视频
- CSDN博客
!!以下图片来自《Linux内核完全注释 修正版V3.0》!!
日记1：系统总体流程
liunx0.11内核源码目录结构
- 系统从boot开始动作，把内核从启动盘装到正确的位置。进行一些基本的初始化，如检测内存，保护模式相关，建立页目录和内存页表，GDT表，IDT表。
- 进入init，在main中进行初始化设置。main完成系统各个模块要用到的所有数据结构和外部设备的初始化，使得系统可以正常的工作。
- 切换至用户模式。执行fork()生成用于运行init()的子进程，运行shell，接受并执行用户命令。
- 至此，整个系统建立起来了，OS就处于被动状态，靠中断和系统调用来完成每一项服务。
暂无日记2：（boot）引导启动程序
引导流程
–1.bootsect.s
- bootsect.s编译生成一个512byte(一个扇区)镜像。
- 这段代码必须写入到启动盘的启动扇区，也就是第一个物理扇区上。(机器启动后，BIOS会自动把它加载到0x7c00处并跳到那里开始执行)
- bootsect将自己移动到0x90000处，并跳至那里相应位置执行。
- 随后利用BIOS中断将setup直接加载到自己的后面，并将system模块加载到地址0x10000处。
- 最后跳到setup开始处继续执行。
–2.setup.s
- 利用BIOS中断把系统参数（如显卡、硬盘参数）保存到内存0x90000开始的位置，即覆盖原bootsect所在的内存位置。
- 随后把整个system模块移动到0x00000处。
- 加载GDT表和IDT表，这里的GDT表是临时的，保存了两个描述符，即内核代码、内核数据段描述符，其段基地址为0。
- 开启A20 地址线开启扩展内存。
- 重新设置8259中断码0x20~0x2f。
- 进入32位保护模式，并跳转到system模块中的head.s中开始处继续执行。
–3.head.s
head.s执行结束后的内存映像
- 从这里开始内核完成都是在保护模式下运行。
- 加载各个数据寄存器，设置系统堆栈为_stack_start，重新设置中断描述符表IDT以及GDT表。
- 设置好管理内存的分页处理机制。
- 最后，利用返回指令将预先放置在堆栈中的/init/main.c的入口地址弹出，去运行main()程序。
细节：描述符表、保护模式、分页处理机制
问题：
a.描述符表有什么用？怎么用？为什么这样设计？
b.保护模式是什么？有什么用？
c.分页处理机制怎么管理内存？代码如何实现？日记3：（init）初始化程序
内核初始化程序流程
init目录下仅有main.c一个文件
- 对主内存进行划分和分配，调用各模块相应的初始化函数完成相应的初始化设置。
- 进入用户模式（把自己“手工”移动到进程0中运行），创建进程1执行init()，常驻进程0死循环执行pause()。
- 进程1加载根文件系统，设置终端标准IO，创建进程2。
- 进程2以/etc/rc为标准输入文件执行shell，完成rc文件中的命令，然后退出并回到进程1。
- 进程1创建子进程，建立新会话，设置标准IO终端，并运行用户登录shell程序（/bin/sh），以创建用户交互shell环境。
- 至此，Linux系统开机完毕。其它的动作由用户在shell下执行命令，产生系统调进行工作。
细节：初始化、多进程、shell
问题：
a.内核各部分数据结构的建立、初始化、操作是怎样进行的?
b.进程的相关代码是怎样设计的？
c.shell的实现'''
#至此，我对liunx系统的建立有了基本的了解
#后续的日记不用按顺序阅读，可以先挑你中意的内容开始
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日记4：（kernel）内核代码
kernel代码目录
–日记4.0：(mktime.c)
- 该程序仅供内核使用。
- 其中仅有的函数kernel_mktime()的功能是计算从1970年1月1日0时起到开机当日经过的秒数。
–日记4.1：中断处理
'''中断简述
当设备向处理器提出服务请求(IRQ)时
(0)处理器在执行完当前的一条指令后立刻应答设备请求
(1)并转而执行该设备的相关服务程序(ISR)
(2)当服务程序执行完成后，处理器会接着执行之前被中断的程序
'''- 按中断信号可分为：硬件中断和软件中断（系统调用）。
- asm.s主要涉及对Intel保留中断int0-int16的处理。
- system_call.s处理中断int128（即int0x80）。
- 中断int17-int31由Intel公司留作今后扩展使用。
- 中断int32-int47的16个中断对应处理分别在各个硬件（如时钟、键盘、软盘等）的初始化程序中。
—日记4.1.1：硬件中断(asm.s+traps.c)
asm.s用于处理大部分硬件异常引起的中断，主要实现中断的处理流程。
其他硬件中断（如时钟中断等）另作处理，但也极为重要！
traps.c用于实现asm.s的中断处理过程中调用的C语言程序。
一般硬件中断处理流程
—日记4.1.2：软件中断(system_call.s+调用的.c)
在linux0.11中，用户使用中断调用int128和放在寄存器eax中的功能号来使用内核提供的各种功能服务（即系统调用）。
通常用户并不能直接使用系统调用中断，而是通过函数库（例如libc）中提供的接口函数来调用。
一般软件中断处理流程
----1.signal.c
- 该程序涉及内核中所有有关信号处理的函数。
----2.exit.c
- 主要描述进程终止和退出的有关处理事宜。
----3.fork.c
- 主要描述进程创建有关处理事宜。
----4.sys.c
- 含有很多系统调用功能的实现函数。
–日记4.2：调度处理(schedule.c)
- 有关任务（进程）调度管理的程序。
–日记4.3：输出处理(vsprintf.c+printk.c+panic.c)
- vsprintf，格式化处理
- printk，打印（显示）信息
- panic，显示错误信息
细节：处理信号识别、数学协处理器、进程状态–日记4.4：设备驱动程序
OS的所有设备可粗略的分为块设备和字符设备。
块设备以固定大小的数据块进行操作。如：硬盘、软盘等。
字符设备以字符流作为操作对象。如：打印机、网络接口、键盘等。
—日记4.4.1：块设备驱动程序(blk_drv)
块设备目录结构
—日记4.4.2：字符设备驱动程序(chr_drv)
字符设备目录结构
–日记4.5：数学协处理器(math)
日记5：（fs）文件系统
- Linux把所有设备都做为文件来看待，提供统一的打开，关闭，读写系统调用接口。
- MINX文件系统
- 高速缓冲区、文件系统底层函数、文件中数据的访问操作、文件和目录管理系统调用
日记6：（mm）内存管理
- 分页管理方式
日记7：（tools）建构工具
编译建构
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