linux课程总结分析报告

一、Linux系统概念模型

linux系统主要分为内核、shell、文件系统和应用程序四大块，其中内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统，其具体如图所示：

 

 本文主要从进程管理、内存管理、文件管理、驱动管理进行总结

二、进程管理

进程是由正文段、用户数据段和系统数据段组成的一个动态实体。 进程控制块PCB是名字为task_struct的数据结构，它称为任务结构体，任务结构体中容纳了一个进程的所有信息，是系统对进程进行管理和控制的有效手段，是系统实现进程调度的主要依据。当一个进程被创建时，系统就为该进程建立一个 task_struct任务结构体。当进程运行结束时，系统撤消该进程的任务结构体。 进程的任务结构体是进程存在的唯一标志。Linux在内存空间中开辟了一个专门的区域来存放进程的任务结构体。

进程管理离不开进程调度，不同的进程调度对应不同的处理机制，但所有的进程调度都是不同进程状态之间的转化：

三、中断管理

中断管理是操作系统中最重要的部分之一，中断管理的基本流程如下：中断发生后的第一件事情就是保存现场，系统会跳转到asm_do_IRQ()函数，并且把中断号irq传进来。根据中断号，找到中断号对应的irq_desc结构，调用irq_desc中的中断入口函数。当中断处理结束后：查看是否发生进程调度：如果没有发生进程调度：恢复中断现场，返回到原来的状态；如果发生进程调度，当前的这些状态都会保存在系统内核堆栈里。最后恢复现场，将保存堆栈中的值、程序计数器中的值恢复到寄存器中。

四、文件管理

文件管理是操作系统中非常重要的一个环节，在linux中，为了统一不同类型的文件管理系统，提出了VFS的概念，VFS将不同的文件管理系统统一接口，极大的方便了操作系统的运行，在VFS中，有四个重要的数据结构：

超级块对象super_block：描述一个文件系统的信息

索引节点对象inode：文件系统一个文件的全部信息

文件对象file：一个文件指针，指向文件当前的位置，下一个操作将在当前位置发生

目录项对象dentry：与文件相关，指向文件的inode，加快对文件的快速定位

这些数据结构帮助系统更好的管理文件系统，同时，在分别有files_struct（记录文件名描述符的相关情况）和fs_struct（进行文件查找）帮助VFS管理进程相关的内容。

五、驱动管理

linux中万物皆文件，驱动在系统中也像文件一样被管理，以字符驱动设备为例，内核中每个字符设备都对应一个cdev结构的变量，注册字符设备驱动程序时，首先调用函数向系统申请设备号，在Linux内核中存在一个数组chrdev保存所有字符设备驱动程序信息，通过数组可以调用指定设备号的字符驱动程序。在linux系统中，设备的操作演变成对文件的操作，因此设备驱动程序最重要的工作就是编写fops指针对应的文件操作函数。每个打开的设备文件均与一组函数关联。

六、影响程序性能的因素

影响程序性能的因素有很多，同样的程序面对不同的进程调度算法会得出不同的运行时间，下面分别介绍一下常见的进程调度算法：

先来先服务法：每次从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程，把CPU分给它，令其运行。该进程一直运行下去，直至完成或由于某些原因而阻塞，才放弃CPU。

短作业优先法：当调度机分配CPU时，选择所需处理时间最短的进程。短进程将越过长进程，跳到队列头。一个进程一旦分得处理机，便执行下去，直到该进程完成或阻塞时，才释放处理机。

高响应比优先法：在调度作业时，挑选响应比最高的作业运行。若作业等待时间相同，则要求服务的时间越短，其响应比越高，有利于短作业。当要求服务时间相同时，作业的响应比由其等待时间决定，等待时间越长，响应比越高，因而它实现的是先来先服务。（响应比=（等待服务时间+要求服务时间）/要求服务时间）

最短剩余时间优先法：当新进程进入就绪队列时，如果它需要的运行时间比当前运行的进程所需的剩余时间还短，则执行切换，当前运行进程被剥夺CPU的控制权，调度新进程运行。

上面每个进程调度算法都有各自的使用场景，如果选对适用的场景，不仅能事半功倍，更能极大限度释放电脑的性能，充分利用计算资源。