linux内核介绍

linux内核介绍

https://blog.csdn.net/u012489236/article/list/3?t=1

内核体系结构

https://www.cnblogs.com/luxiaodai/p/13379737.html

Linux内核主要由五个子系统组成：进程调度，内存管理，虚拟文件系统，网络接口，进程间通信。

1. 进程调度（SCHED）:控制进程对CPU的访问。当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程实际上是仅等待CPU资源的进程，如果某个进程在等待其它资源，则该进程是不可运行进程。Linux使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。

2. 内存管理（memory management，MM）允许多个进程安全的共享主内存区域。Linux 的内存管理支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其代码，数据，堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只是把当前使用的程序块保留在内存中，其余的程序块则保留在磁盘中。必要时，操作系统负责在磁盘和内存间交换程序块。内存管理从逻辑上分为硬件无关部分和硬件有关部分。硬件无关部分提供了进程的映射和逻辑内存的对换；硬件相关的部分为内存管理硬件提供了虚拟接口。

3. 虚拟文件系统（Virtual File System,VFS）隐藏了各种硬件的具体细节，为所有的设备提供了统一的接口，VFS提供了多达数十种不同的文件系统。虚拟文件系统可以分为逻辑文件系统和设备驱动程序。逻辑文件系统指Linux所支持的文件系统，如ext2,fat等，设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。

4. 网络接口（NET）提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持。网络接口可分为网络协议和网络驱动程序。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议。网络设备驱动程序负责与硬件设备通讯，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。

5. 进程间通讯(inter-process communication，IPC) 支持进程间各种通信机制。

处于中心位置的进程调度，所有其它的子系统都依赖它，因为每个子系统都需要挂起或恢复进程。一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，它被挂起；当操作真正完成时，进程被恢复执行。例如，当一个进程通过网络发送一条消息时，网络接口需要挂起发送进程，直到硬件成功成功地完成消息的发送，当消息被成功的发送出去以后，网络接口给进程返回一个代码，表示操作的成功或失败。其他子系统以相似的理由依赖于进程调度。

各个子系统之间的依赖关系如下：

进程调度与内存管理之间的关系：这两个子系统互相依赖。在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事情，就是将程序和数据装入内存。

进程间通信与内存管理的关系：进程间通信子系统要依赖内存管理支持共享内存通信机制，这种机制允许两个进程除了拥有自己的私有空间，还可以存取共同的内存区域。

虚拟文件系统与网络接口之间的关系：虚拟文件系统利用网络接口支持网络文件系统(NFS),也利用内存管理支持RAMDISK设备。

内存管理与虚拟文件系统之间的关系：内存管理利用虚拟文件系统支持交换，交换进程(swapd)定期由调度程序调度，这也是内存管理依赖于进程调度的唯一原因。当一个进程存取的内存映射被换出时，内存管理向文件系统发出请求，同时，挂起当前正在运行的进程。

除了这些依赖关系外，内核中的所有子系统还要依赖于一些共同的资源。这些资源包括所有子系统都用到的过程。例如：分配和释放内存空间的过程，打印警告或错误信息的过程，还有系统的调试例程等等。

linux中断机制

1. 硬件的中断响应 ---> 内核驱动中的中断
2. 系统调用的函数响应（sys_call） ---> 系统调用
3. 自定义中断 ---> 软件的中断模式
4. 信号中断 ---> 对了解信号的使用、创建等
5. 系统的异常和错误 ---> 系统的异常获取，了解系统异常的作用

linux中断机制

https://blog.csdn.net/xiaoshengqdlg/article/details/39296937

硬中断

由与系统相连的外设(比如网卡、硬盘)自动产生的。主要是用来通知操作系统系统外设状态的变化。比如当网卡收到数据包 的时候，就会发出一个中断。我们通常所说的中断指的是硬中断(hardirq)；硬中断的本质是接收到中断信号后，跳转到公共段代码执行do_IRQ，并切换到硬中断请求栈，执行中断回调函数。

软中断

为了满足实时系统的要求，中断处理应该是越快越好。linux为了实现这个特点，当中断发生的时候，硬中断处理那些短时间

1. 软中断通过open_softirq注册一个软中断处理函数，即在软中断向量表softirq_vec数组中添加新的软中断处理action函数。

2. 调用raised_softirq软中断触发函数，即把软中断标记为挂起状态。内核会在一些位置检查是否有挂起状态的软中断，如果有的话会调用do_softirq函数来执行软中断处理函数。

3. do_softirq函数做的一个重要的工作是切换到软中断请求栈。切换到软中断请求栈就代表了此时已经处于了软中断上下文中了。

• 切换到软中断请求栈
• 调用__do_softirq函数

4. __do_softirq函数

• 开始执行软中断处理函数

• 如果还有更多挂起的软中断没有处理，则调用wakeup_softirq函数唤醒内核线程来处理本地CPU的软中断。该线程会循环调用do_softirq函数而不是在内核那些检查软中断是否挂起的位置进行检查，节省了时间。

中断处理流程

https://www.cnblogs.com/embedded-linux/p/5888843.html

1. 将所有的寄存器入栈：SS EFLAGS ESP CS EIP （8086） <---> R0 - R15 (ARM)
2. 将异常码（中断号）入栈
3. 将当前的函数返回值入栈（为了在中断执行后能够找到在哪里中断的，能够返回原先函数执行的位置）
4. 调用对应的中断服务函数
5. 出栈函数返回值
6. 出栈所有的入栈的寄存器 （中断号丢弃了）

	中断前的处理过程和中断后的回复过程	中断的执行过程
硬件中断的处理过程	system_call.s	trap.c
软件及系统调用的处理过程	system_call.s	fork.c/signal.c/exit.c/sys.c

中断的代码实现

1. 硬件中断

   system_call.s解读：https://blog.csdn.net/weixin_32512187/article/details/116818186

内核源码结构

内核引导程序