linux操作系统分析学习总结_linux系统得收获和体会·

本文是linux操作系统分析的学习总结，参考资料为庖丁解牛Linux操作系统分析https://gitee.com/mengning997/linuxkernel.

1.总结在linux操作系统分析中的学习收获和感想

中断

一次中断的过程：

1. 中断控制器会监视IRQ 中断信号。将信号转换成具体的中断向量，传到CPU的INTR引脚。（与Linux设备关系）

2. CPU会在运行下一条指令之前。检查是否发生中断。

3. 如果有中断的话CPU应答中断时会去查找对应的中断服务例程。确定其是否合法。

4. 若合法则进行中断处理。首先在内核栈中保存以前的ss和esp值，装载新的ss和esp寄存器。

5. 保存eflags、cs和eip的值。

6. 中断处理

7. 中断、异常处理完后，产生iret指令。

8. 装载cs、eip、eflags。返回到用户态。或者如果有中断嵌套的话。返回到上一个中断嵌套。

Linux时钟

主要用于时间片的计时，进程运行时间，和操作系统的墙上时间。

实时时钟 RTC：独立于CPU，单独供电，IRQ周期性中断
时间戳计数器 TSC （最精确）
可编程间隔定时器 PIT （可编程中断）
Linux在启动时首先会去读RTC，RTC是存储在单独的一个结构里，有单独的供电。在系统关闭的情况下，也在进行计时。

Linux启动过程中会注册时钟源。根据优先级来选择具体的时钟源，优先级为（pit、tsc）

相对时间：记录从系统启动到当前时刻，系统产生的滴答数
墙上时间：系统当前时间（xtime）该变量记录了现实世界中的年月日 格式的时间

进程管理和调度

创建：clone，fork，vfork
执行：exec
终止：exit
fork完全复制，clone选择性复制，exec执行新的进程

进程的创建

其中，init_task为第⼀个进程（0号进程）的进程描述符结构体变量，它的初始化是通过硬编码方式固定下来的。

除此之外，所有其他进程的初始化都是通过do_fork复制父进程的⽅式初始化的。

1号和2号进程的创建是start_kernel初始化到最后由rest_ init通过kernel_thread创建了两个内核线程：

kernel_init，最终把⽤户态的进程init给启动起来，是所有用户进程的祖先；
kthreadd内核线程，kthreadd内核线程是所有内核线程的祖先，负责管理所有内核线程。

execve与fork的区别与联系？

fork和其他系统调⽤不同之处是它在陷⼊内核态之后有两次返回，第⼀次返回到原来的⽗进程的位 置继续向下执⾏，这和其他的系统调⽤是⼀样的。在⼦进程中fork也返回了⼀次，会返回到⼀个特定的点 ——ret_from_fork，通过内核构造的堆栈环境，它可以正常系统调⽤返回到⽤户态。
当前的可执⾏程序在执⾏，执⾏到execve系统调⽤时陷⼊内核态，在内核里面用do_execve加载可执行文件，把当前进程的可执行程序给覆盖掉。当execve系统调⽤返回时，返回的已经不是原来的那个可执⾏程序了，⽽是新的可执⾏程序。

系统调用过程

1. 程序运行过程中使用了某个C库函数，触发int $0x80或者syscall产生了系统调用

2. entry_SYSCALL_64/32，swags操作，保存现场

3. 调用do_syscall_64，在syscall_table中查找具体的系统调用

4. 执行

5. 恢复现场

设备驱动程序

Linux具有一切皆文件的特性，所以其实，设备驱动是依赖于Linux文件系统来注册的。

Linux使用设备号来标识设备文件。

设备会注册到IRQ中，会产生中断信号给中断控制器。

Linux设备
字符设备
块设备
网络设备
磁盘结构
引导控制块
盘控制块（超级快）
FCB（文件控制块）
目录结构
linux对设备的访问是通过对文件的操作来实现的，

访问设备需要：驱动程序+设备文件

在驱动程序中主要完成以下工作：

1）获取并注册设备号

2）新建、初始化并添加cdev结构体

3）进行其他初始化

对于设备文件来说：

1）根据设备号，创建设备文件

2）创建完成就可以open了，open后返回fd，利用fd进行read\write等操作

文件系统

虚拟文件系统（VFS）

向上，对应用层 (的System Call) 提供一个标准的文件操作接口 (如read/write)；
对下，对文件系统提供一个标准的接口，兼容多种文件系统可以方便的移植到Linux上；
当进程要读某个文件时，进行系统调用read，产生一个中断INT80，对应第120个中断向量，找到中断处理程序，带上系统调用号。访问文件系统中的文件。

fd数组（文件描述符）

0 1 2 分别是：标志输入，标准输出，标准错误

打开文件的过程

根据给定的文件路径名搜索目录结构
文件的FCB复制到内存里的系统打开文件表（还有文件计数）里
在进程打开文件表里创建一个指针字段，指向系统打开文件表里相应的表项
打开文件系统调用返回指向进程打开文件表的指针，文件的操作以后都通过这个指针

根文件系统挂载mount

挂载前，向VFS注册，填写文件系统注册表数据结构file_system_type
安装根文件系统

安装rootfs虚拟单文件系统，该文件系统仅提供一个作为初始安装点的空目录 init_mount_tree
内核在空目录上安装实际根文件系统，替换rootfs
initrd的两种格式：

传统 -image-initrd
cpio格式

进程地址空间

函数调用堆栈：

当执行调用 call 时，堆栈指针esp 递减4个字节（32位），

并且调用后的指令地址（返回地址）被写入现在由esp引用的存储器位置，

换句话说，返回地址被压入栈。

然后将 指令指针eip 设置指定为要调用的操作数的地址，并从该地址继续执行。

ret 恰恰相反。简单的ret不会占用任何操作数。

处理器首先从esp中包含的内存地址中读取值，然后将esp增加4个字节，它会从堆栈中弹出返回地址。

eip设置为此值，并从该地址继续执行。

当函数调用发生时，进程地址空间中栈帧的变化：

首先，把函数调用的参数压栈，然后eip（返回地址）压栈，ebp（栈底）压栈。

接下来，更新ebp的值为esp的值（栈对齐），

将esp减少一个特定的值（与调用函数内部申请空间相关），为调用函数获取一定的栈空间。

2.实验1

可见我另一篇bloglab1

3.实验2

可见另一篇bloglab2