Linux内核学习记录

简介：
《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。