课程学习总结报告

Linux内核主要由以下几个功能：进程管理、文件系统、IO体系结构和设备驱动程序、内存管理等等。

从这张图中，我们可以看到linux操作系统的架构。

　　

进程管理

Linux内核中的进程是非常复杂的，在操作系统原理中，我们通过进程控制块PCB描述进程。为了管理进程，内核要描述进程的结构，我们也称其为进程描述符，进程描述符直接或间接提供了进程相关的所有信息。

进程控制块PCB是名字为struct task_struct的数据结构，它称为任务结构体，为了很好地描述一个进程地各个信息，其内部包含的数据非常多，通过下面的示意图可以从整体上看清内部结构关系。

进程代表一个执行流，它不仅绑定了CPU上下文，还关联着程序执行所需的其他各种资源。操作系统原理中PCB的概念在Linux中以task_struct结构体的形式实现。该结构体包含了一个进程实体所需的所有信息，它串联起了系统各个子模块，包括内存，文件，网络等等。

进程状态转换如下：

中断管理

中断可分为两大类：异常和中断 。
异常又分为 故障（Fault）和陷阱(Trap)，它们的共同特点是既不使用中断控制器，又不能被屏蔽（异常其实是CPU发出的中断信号）。
中断又分为外部可屏蔽中断（INTR）和外部非屏蔽中断（NMI），所有I/O设备产生的中断请求（IRQ）均引起屏蔽中断，而紧急的事件（如硬件故障）引起的故障产生非屏蔽中断。

硬件产生的中断可被称为硬中断（hardirp）,执行中断指令(int)产生的中断为软中断。

Linux下硬中断是可以嵌套的，但是没有优先级的概念，也就是说任何一个新的中断都可以打断正在执行的中断，但同种中断除外。软中断不能嵌套，但相同类型的软中断可以在不同CPU上并行执行。　　
当中断发生的时候，硬中断处理那些短时间就可以完成的工作，而将那些处理事件比较长的工作，放到中断之后来完成，也就是软中断(softirq)来完成。

硬中断的中断号是由中断控制器提供的，软中断的中断号由指令直接指出，无需使用中断控制器。

硬中断是可屏蔽的，软中断不可屏蔽。硬中断处理程序要确保它能快速地完成任务，这样程序执行时才不会等待较长时间，称为上半部。
软中断处理硬中断未完成的工作，是一种推后执行的机制，属于下半部。

时钟管理

x86体系的Linux中，主要用到了三种时钟：实时时钟RTC、时间戳计数器TSC及可编程间隔定时器PIT。

RTC一般自带电池，系统掉电后仍可计时，所以Linux刚启动时使用RTC来获取时间。

TSC精度高，进程时间相关的变量一般采用此时钟值进行记录。

PIT虽然精度没有TSC高，但是可以周期性的产生中断

文件系统

在LINUX系统中有一个重要的概念：一切都是文件。 其实这是UNIX哲学的一个体现，而Linux是重写UNIX而来，所以这个概念也就传承了下来。在UNIX系统中，把一切资源都看作是文件，包括硬件设备。UNIX系统把每个硬件都看成是一个文件，通常称为设备文件，这样用户就可以用读写文件的方式实现对硬件的访问。这样带来优势也是显而易见的：
UNIX 权限模型也是围绕文件的概念来建立的，所以对设备也就可以同样处理了。

linux系统的一般执行过程

正在运行的用户态进程X切换到运行用户态进程Y的过程

在运行的用户态进程X 发生中断，硬件完成以下：

save cs:eip/esp/eflags(current) to kernel stack
load cs:eip(entry of a specific ISR) and ss:esp(point to kernel stack).
SAVE_ALL //保存现场

中断处理过程中或中断返回前调用了schedule()，其中的switch_to做了关键的进程上下文切换

标号1之后开始运行用户态进程Y(这里Y曾经通过以上步骤被切换出去过因此可以从标号1继续执行)

已经变成Y进程上下文
restore_all //恢复现场
iret - pop cs:eip/ss:esp/eflags from kernel stack
继续运行用户态进程Y
心得体会

　Linux的学习曲线图是非常陡峭的，入门会相当相当相当之困难，但是一但入门，难度曲线便直线下降，趋于平坦。通过本学期的学习收获良多，对linux系统的一般执行过程在脑海里有了一个概括性的框架，对中断机制、系统调用、进程管理、IO、文件管理等等概念有了全面的认知，并了解了更多细节方面的知识，通过实验了解了具体实现原理。最后感谢两位老师的悉心教导。