课程学习总结报告

Posted 2020-12-16 lclclclc

linux的组成：

 

 

内核，shell，文件系统等组成了基本的linux系统。

 

linux系统的主要功能有中断机制和进程管理，其中系统调用为特殊的中断。

linux的系统调用：通过int $0x80（32位）或syscall指令（64位）来触发系统调用，之后进入内核，执行对应的中断服务程序entry_INT80_32或entry_SYSCALL_64，其中syscall通过CPU内部的MRS找到存放系统调用处理入口地址，之后把相应的CPU关键的现场栈顶寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器等保存到内核堆栈，保存现场，通过EAX寄存器传递系统调用号去执行对应的内核处理函数，处理完成后将CPU关键现场栈顶寄存器、指令指针寄存器、标志寄存器等从内核堆栈中恢复到对应寄存器中，并回到?户态中的下一条指令继续执行。

linux的进程管理：进程描述符task_struct中包括进程状态，堆栈，保存上下文CPU状态的thread等，还有文件系统，信号，内存，进程空间等，第一个进程为0号进程init_task，其余的所有进程均通过do_fork生成，0号进程生成1号进程kernel_init和2号进程kthreadd，分别为所有用户进程的祖先和所有内核现场的祖先。

linux的进程调度：linux进程调度的时机有1.进程状态发生变化时。2.进程时间片用完时。3.进程从系统调用返回到用户态时。4.中断处理后，进程返回到用户态时。实时进程的优先级为1-99之间，普通进程的优先级为100-139之间，数字越小，优先级越高。进程集合分为活动进程集合和过期进程集合，分别用两个指针指向，实时进程总是活动进程，进程分为批处理进程和交互进程，当批处理进程在活动进程集合时间片运行完之后，将变为过期进程，而交互进程时间片运行完之后，仍然是活动进程，除非最老的过期进程等待了很长时间，或者过期进程比交互进程优先级高，此时将活动进程移至过期进程集合中。进程切换的大致过程为，先把rbp保存在prev进程的栈中，再把rsp保存在prev进程的thread.sp中，再改变rsp，将next进程的thread.sp赋给rsp，由于不能直接对rip进行操作，通过$1f完成，把rip此时所指向的指令地址$1f保存在prev进程的thread.ip中，再将next进程的thread.ip入栈，再通过ret出栈，间接的将next进程中的thread.ip赋值给了rip，此时在rsp所指向的next的进程栈中保存着之前从next切换为其他进程时保存的rbp，继续出栈，将值赋给rbp。

进程切换的大致过程如下：

 

例子，I/O设备引起中断的一般过程（32位）：设备的设备控制器发出中断，通过设备控制器对应的IRQ线到达中断处理器，中断处理器得到对应的中断向量，通过IDT表的得到中断向量对应的段选择符，通过段选择符在GDT中找到对应的段描述符，如果是从用户态发生中断，通过进程的tss段的信息改变ss和esp转为内核态，将原来的ss和esp存在栈中，如果是异常，将cs和eip指向这条出错指令，将eflags，cs，eip保存在栈中，如果有硬件出错码，也保存在栈中，最后将段描述符和偏移量字段装载在cs和eip中，使其指向中断处理程序入口

在用户态发生中断进入内核态时堆栈如下：

之后在中断处理程序入口，将中断向量入栈，用SAVE_ALL保存其余的寄存器，调用do_IRQ，遍历该中断号对应的所有处理例程的链表，进行中断处理，处理完成后，用jmp跳转到

do_IRQ返回后要执行的指令地址ret_from_intr，整个过程内核堆栈如下：

心得体会和改进建议:通过一个学期的线上学习，使我对linux有了初步的理解，之前对于linux的了解仅仅是使用一些基本的指令，并不了解内部的原理，这次课程由浅入深，一开始从高度简略的mykernel中实现的进程调度开始讲解，同时举了几个具体系统调用执行过程的例子，之后由特殊到一般，讲解了一般的系统调用，中断过程的整体过程，既有从宏观上的原理的讲解，又有对于具体的内部内核源码的分析，使我建立起了整个linux系统运行过程的基本框架。改进建议是有些内核源码的互相调用过程比较繁琐，缺少整体调用过程的流程图来便于理解。