一. linux内核简介1. linux简介1.1 unix的特点
- unix很简洁，仅提供几百个系统调用，并有非常明确的设计目的
- unix所有东西都当作文件对待，这种抽象使对数据和设备都通过一套相同的系统调用接口进行
- 内核用C语言编写，移植能力很强
- 进程创建迅速，独特的fork调用
- 提供了简洁但是稳定的进程间通讯原语
- linux克隆unix，但不是unix
- linux借鉴了unix很多的设计，并且实现了 unix的api
- linux没有直接使用unix的源代码，但完整表达了unix的设计目标并保证编程接口一致
- 内核一般包括： 中断服务程序：负责响应中断 调度程序：管理多进程，分配处理器时间 内存管理程序：管理内存空间 系统服务程序：包括网络，进程间通讯
- 应用程序通过系统调用和内核通讯来运行
- 应用程序通常调用库函数，库函数通过系统调用让内核带其完成各种任务
- 内核对硬件设备的管理：硬件想要通讯时，发送异步信号去打断内核，内核通过中断号查找处理程序
- linux内核开发的特定 不能链接标准c函数库 。c库太大了，会影响大小和效率 。不过大部分常用的c函数在内核中都有实现 没有内存保护机制，要注意非法访问内存地址 不要轻易使用浮点数，要人工保存和恢复浮点寄存器 栈空间很小且固定 。32为机器为8kb，64为16kb 内核很容易产生竞争条件，注意同步和并发 注意可移植性
- unix系统的两大抽象对象：进程，文件 。
- 进程是处于执行期的程序，linux通常也把进程叫做任务
- 进程包括：代码段，数据段，打开的文件，挂起的信号，地址空间，线程等
- 线程是进程中活动的执行对象
- 每个线程拥有独立的程序计数器，进程栈和一组进程寄存器
- 内核调度的对象是线程，而不是进程
- linux的线程实现非常特别，并不特别区分线程和进程
- 进程提供两种虚拟机制：虚拟处理器和虚拟内存
- 同一个进程内的线程可以共享虚拟内存，但是有各自的虚拟处理器
- 内核把进程存放在叫做任务队列的双向循环链表中
- 链表中每一项都是task_struct类型，称为进程描述符，包括一个进程的所有信息 。路径：/include/linux/sched.h
2.2 进程描述符如何分配
- linux通过slab分配其分配task_struct结构，这样能达到对象复用和缓存着色
- 通过预先分配和重复使用task_struct，避免动态分配和释放带来的性能损耗，这也是为什么创建进程快的原因
- task_struct放在内核栈的尾端，为了让寄存器少的硬件体系只通过栈指针就能算出位置，避免使用额外寄存器存储
- slab分配器在内核栈的尾部创建新的struct thread_info，内部的task指向实际的task_struct 。thread_info位置：
2.3 进程描述符存放在哪
- current宏可以查找当前正在运行进程的进程描述符
- 这个宏的具体实现根据各自硬件体系结构有所不同
- x86体系，通过栈尾部的thread_info结构的task指针找到进程描述符
- 有的体系（IBM的RISC），分配一个专用的寄存器存放task_struct的地址
- 进程描述符的state字段描述了进程当前的状态，每个进程都处于五种状态的一种 TASK_RUNNING：运行 。进程是可执行的 。TASK_INTERRUPTIBLE：可中断 。进程被阻塞，等待被唤醒 TASK_UNINTERRUPTIBLE：不可中断 。收到信号不做任何响应 。ps命令查看会显示D TASK_ZOMBIE：僵死 。进程已经结束了，但是父进程还没有调用wait4系统调用 TASK_STOPPED：停止 。进程停止执行
- 状态变迁图
- 设置当前进程：set_task_state（task，state）或set_current_state
- 一般程序在用户空间执行，执行系统调用或触发异常时，进入内核空间，内核代表进程执行，并处于进程上下文中
- 系统调用和异常处理是内核明确定义的接口，对内核的所有访问也只能通过这些接口
- linux进程有明显的继承关系，所有的进程都是pid为1的init进程的后代
- 系统中的每个进程必有一个父进程，每个进程可以拥有一个或多个子进程
- 进程间关系存放在进程描述符中 。task_struct中的parent变量，指向一个task_struct，存放父进程地址 。children变量是一个链表，指向所有的子进程
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