Linux内核学习总结

 

贺邦

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《Linux内核分析》MOOC课程http://mooc.study.163.com/course/USTC-1000029000

 

一、博客作业目录。

 

 

     　1. 从C简单程序的汇编代码入手，以理解计算机工作原理。

         　　　http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5218790.html

 

         2. LINUX内核分析：完成一个简单的时间片轮转多道程序内核代码。

        　　　 http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5247152.html

 

         3. LINUX内核分析 实验三：跟踪分析LINUX内核的启动过程。

              　 http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5270262.html

 

         4.实验四：使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用。

                   http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5297663.html

 

         5. 实验五：分析SYSTEM_CALL中断处理过程。（PS.提交作业的时候连接提交错了 ….以致分很低）

                   http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5323966.html

 

         6. 分析LINUX内核创建一个新进程的过程。

                   http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5347984.html

 

         7. LINUX内核如何装载和启动一个可执行程序。

                   http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5374617.html

 

         8. 理解进程调度时机跟踪分析进程调度与进程切换的过程。

                   http://www.cnblogs.com/L1nke/p/5401757.html

 

二、学习心得。

 

1.  图解分析汇编代码以理解计算机是如何工作的

 

       冯诺依曼体系结构的计算机，又叫存储程序计算机，从硬件的角度来看，其工作模型是CPU依次读取内存中的指令来完成工作。其核心思想是：数制采用二进制，计算机应该按照程序顺序执行。

                   汇编语言的五种寻址模式：1.寄存器寻址 registermode  2. 立即寻址 immediate   3.直接寻址 direct  4. 间接寻址 indirect 5.变址寻址 displaced

 

2. 基于mykernel的一个简单的时间片轮转多道程序内核代码分析

 

       mykernel是由老师建立的一个用于开放您自己的操作系统的内核平台，它基于Linux Kernel 3.9.4 source code。通过本讲的学习和实验，我们知道操作系统的核心功能就是：进程调度和中断机制，通过与硬件的配合实现多任务处理，再加上上层应用软件的支持，最终变成可以使用户可以很容易操作的计算机系统。

3. 使用gdb跟踪Linux内核启动过程

 

       start_kernel()是内核的汇编与Ｃ语言的交接点，在该函数以前，内核的代码都是用汇编写的，完成一些最基本的初始化与环境设置工作。start_kernel就像是c代码中的main函数。不管你关注Linux的内核模块，总是离不开start_kernel函数的，因为大部分模块的初始化工作都是在start_kernel中完成的。按照这节课的实验步骤，我们可以跟踪Linux内核的启动过程。

4. 使用库函数API和C代码中嵌入汇编代码两种方式使用同一个系统调用

 

       即便是最简单的程序，也难免要用到诸如输入、输出以及退出等操作，而要进行这些操作则需要调用操作系统所提供的服务，也就是系统调用。除非你的程序只完成加减乘除等数学运算，否则将很难避免使用系统调用。在 Linux 平台下有两种方式来使用系统调用：利用封装后的 C 库（libc）或者通过汇编直接调用。这篇文章从示例出发，介绍了系统调用的概念，以及如何使用系统调用。

5. 分析system_call中断处里过程

 

       通过gdb我们可以给系统调用内核处里程序如sys_write, sys_time设置断点，并让程序停在断点处，进行断点跟踪系统调用处里过程。由于system_call是完全用汇编写就一个的函数，虽然我们也可以在system_call处设置断点，但却无法让系统停在system_call处，所以也无法通过单步跟踪学习其处里流程。但system_call是所有系统调用的入口，也是程序由用户态转入内核态执行时无法越过的一个函数，其重要性不言而喻，所以我们跟随老师简化的汇编代码以及源代码学习其主要的流程。

6. 初学Linux进程的描述和进程的创建

 

       为了管理进程，内核必须对每个进程进行清晰的描述，进程描述符提供了内核所需了解的进程信息。进程描述符task_struct的源码链接：http://codelab.shiyanlou.com/xref/linux-3.18.6/include/linux/sched.h#1235。在Linux应用程序的开发中，可以通过fork、vfork和clone等API来创建一个子进程，它们在Linux内核中对应的系统调用分别为sys_fork、sys_vfork和sys_clone函数，而这些函数最终都会调用do_fork完成子进程的创建。do_fork主要是复制了父进程的task_struct，然后修改必要的信息，从而得到子进程的task_struct。

7. 初学《Linux内核如何装载和启动一个可执行程序》

 

       Linux系统可以通过execve API启动一个新进程，该API又呼叫sys_execve系统调用，负责将新的程序代码和数据替换到新的进程中，打开可执行 文件，载入依赖的库文件，申请新的内存空间，最后执行 start_thread(regs, elf_entry, bprm->p) ，设置 new_ip, new_sp ，完成新进程的代码和数据替换，然后返回，接下来就是执行新的进程代码了。

8. 初学Linux中进程调度与进程切换过程

       Linux系统的一般执行过程，最一般的情况是：正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y的过程要经过以下步骤

       1). 正在运行的用户态进程X

       2). 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).

       3). SAVE_ALL //保存现场，这里是已经进入内核中断处里过程

       4). 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

       5). 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)

       6). restore_all //恢复现场

       7). iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack

       8). 继续运行用户态进程Y

 

三、收获与感悟。

         八周的学习，转瞬即逝，孟老师为我们在LINUX学习道路上打开了一扇窗，很感激老师的辛苦付出。八周的学习，也只是浅尝辄止，未来我也会继续学习LINUX。

前几周的内容还是很轻松的，不过进程切换还是很难以理解，还需要再学习。