《Linux内核学习记录》是一系列关于探索和理解Linux操作系统核心组件的日志。它涵盖了从基础知识到高级主题的学习过程与心得体会。
### Linux内核学习笔记知识点概览
#### 一、Linux 内核启动过程解析
**1.1 启动扇区（Boot Sector）**
- **Bootsec.s**: 这是早期的Linux版本中的启动扇区代码，用于初始化硬件环境并加载内核到内存中。
- **启动流程**：
- 执行BIOS自检程序。
- 读取主引导记录(MBR)。
- 加载引导装载器（如GRUB）。
- 引导装载器加载特定的内核映像。
**1.2 硬件初始化**
- **硬件配置**: 设置A20线，这是为了能够访问高于1MB内存区域所必需的操作。
- **Head.s**: 这部分代码主要负责进一步初始化硬件，为加载内核做准备。
- **初始化内容**：
- 设置中断向量表。
- 初始化段寄存器。
- 跳转到执行内核的入口点。
**1.3 内核加载与执行**
- **加载过程**:
- 将内核映像加载到内存中指定位置。
- 重置堆栈指针，设置段寄存器，并跳转至内核入口函数开始运行。
- **内核入口点**: 这是一个简单的初始化操作的起点，随后会转移到真正的初始化程序。
#### 二、内核数据结构与进程管理
**2.1 内核数据结构**
- **task_struct**: 表示一个单独进程的数据结构。
- 包含进程ID, 状态信息以及父进程指针等重要属性。
- 是每个进程中最重要的控制块核心部分之一。
- **init_task**: 代表第一个用户空间进程的task_struct实例化对象。
- **current**: 指向当前正在执行任务的task_struct结构体的指针。
**2.2 进程调度**
- **调度算法**: 基于优先级，确保每个进程都能获取到一定量的时间片以运行。
- **上下文切换过程**:
- 保存当前活动进程的状态信息。
- 确定下一个要执行的任务。
- 恢复选定任务的上下文并继续其执行。
**2.3 进程间通信（IPC）**
- **信号机制**:
- 在某个事件发生时通知其他进程，可以由软件或硬件触发。
- **处理函数和屏蔽设置**:
- 处理接收到的特定信号的操作代码。
- 设置阻止某些信号传递给当前进程的功能。
#### 三、内存管理
**3.1 内存分配与回收**
- **物理内存**: 直接控制底层硬件，通过页表进行有效管理。
- **虚拟地址空间**: 提供给每个程序独立使用的逻辑地址范围。
- **页面置换策略**: 如LRU（最近最久未使用）算法来决定哪些数据可以替换出实际的存储器。
**3.2 内存保护**
- **驱动模型和框架支持**: 简化设备内存管理的设计与实现流程。
- **互斥访问机制**: 保证同一时间只有一个进程或线程能够操作共享资源，防止冲突。
#### 四、中断处理
涉及如何响应硬件事件的内核代码部分。包括设置适当的中断服务例程(ISR)来快速响应和处理外部设备产生的各种信号请求。
#### 五、文件系统与驱动程序开发
- **文件系统**: 定义数据存储组织方式，支持多种访问模式。
- **驱动编写**:
- 设计用于控制硬件的特定软件模块, 包括块设备如硬盘等或字符设备比如键盘鼠标接口.
#### 六、用户空间和内核间的交互
通过定义明确的操作集（系统调用）来实现两者间的功能对接。
#### 七、并发与同步机制
- **多任务处理方式**: 并发执行多个程序的能力。
- **互斥锁,信号量及条件变量**:
- 确保安全地访问共享资源，协调进程间的协作关系并提供通信途径.
总结以上内容可以发现学习Linux内核涉及到了操作系统底层技术的各个方面。掌握这些知识不仅有助于深入理解这个复杂系统的工作原理，也为进一步研究现代计算机系统的运作机制奠定了坚实的基础。
5星
