Linux内核设计与实现 读书笔记Word下载.docx

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拷贝当前进程创建一个子进程。

2）exec（）：

读取可执行文件并载入地址空间开始运行。

3）写时拷贝（copy-on-wrtie）：

推迟数据拷贝，在需要写入数据时，数据才会被复制。

4）vfork（）：

不拷贝父进程的页表项，子进程作为父进程的一个线程在它的地址空间运行，父进程被阻塞直至子进程退出，子进程不能向地址块空间写入数据。

5线程

Linux把所有的线程都当作进程来实现。

6内核线程：

独立运行在内核中的标准进程。

内核线程没有独立的地址空间，只能在内核空间中运行，创建内核线程用kernel_thread（）。

7进程终结

1）释放资源；

2）进入TASK_ZOMBIE；

3）等待wait4（）。

第四章进程调度

1多任务系统

非抢占式多任务：

主动让步

抢占式多任务（preemptive）：

时间片

2进程

IO消耗型：

常常阻塞

处理器消耗型：

执行代码

3动态优先级调度方法

允许调度程序根据需要加减优先级。

两组优先级范围：

1）nice值：

-20至+19，默认值为0，nice值越大，优先级越低。

2）实时优先级：

0至99，任何实时进程优先级都高于普通进程。

4时间片

默认时间片为20ms。

进程时间片用完——进程到期——所有进程都到期——重新计算时间片

5可执行列队（runqueue）：

每个处理器一个的可执行进程链表，还包含每个处理器的调度信息。

cpu_rq（processor）：

返回给定处理器的可执行队列指针。

this_rq（）：

返回当前处理器的可执行队列。

task_rq（task）：

返回给定任务所在的队列指针。

this_rq_lock（）：

锁住当前可执行列队。

rq_unlock（）：

释放给定列队上的锁。

★为了避免死锁，要锁住多个运行列队的代码，需要按同样的顺序获得这些锁。

6优先级数组

每个运行列队有两个优先级数组：

一个活跃的，一个过期的。

优先级数组包含一个优先级位图，共有140个优先级用了5个32位长整形保存。

活动数组：

可执行队列上的进程还有时间片剩余。

过期数组：

可执行队列上的进程耗尽了时间片。

★进程从活动数组移动至过期数组时重新计算时间片。

■重新计算时间片，以静态优先级为基础计算。

■为了判断Linux进程类型，Linux记录了进程用于休眠和执行的时间。

■若进程交互性非常强，时间片用完后，会被再次放入活动数组。

7休眠

休眠通过等待列队进程处理。

等待列队：

wait_queue_head_t

静态创建等待列队：

DECLARE_WAITQUEUE

动态创建等待列队：

init_waitqueue_head（）

加入等待列队：

add_wait_queue（）

移出等待列队：

remove_wait_queue（）

8负载平衡

保证可执行列队之间的负载处于均衡状态（用于SMP）。

两种调用方法：

1）当前可执行列队为空；

2）系统定时器200ms一次。

9上下文切换

1）将虚拟内存从上一个进程映射到新的进程中；

2）将上个进程处理器的状态切换到新的进程，保存、恢复栈信息和寄存器信息。

10schedule（）被调用的时间

1）某个进程耗尽时间片时；

2）优先级高的进程进入可执行态时；

3）返回用户空间时；

4）中断返回时。

11内核抢占

只要没有持有锁，内核就可以进行抢占。

preempt_count计数器记录内核锁的数量。

内核抢占时机：

1）从中断返回内核空间时；

2）当内核代码再一次具有可抢占性的时候；

3）内核任务显示调用shedule（）；

4）内核任务阻塞。

12实时性

内核实时调度策略：

1）SCHED_FIFO：

简单，先进先出调度；

2）SCHED_RR：

时间片轮转调度，耗尽时间片后不再执行。

■SCHED_NORMAL是普通、非实时的调度策略。

■内核实时调度策略是基于静态优先级的：

内核不为实时进程计算动态优先级，实时优先级范围：

0-99。

■动态非实时优先级范围：

100-139（对应nice值-20至+19）。

第五章系统调用

1应用程序通过软中断机制通知内核。

2参数验证

指针：

1）指针指向的内存区域属于用户空间；

2）指针指向的内存区域属于本进程地址空间；

3）如果读，内存标记为可读；

如果写，内存标记为可写。

3copy_to_user（）的三个参数：

1）进程空间的目的地址内存；

2）内核空间源地址；

3）需要拷贝的数据长度（字节数）。

copybit_from_user（）和上面相反。

第六章中断和中断处理程序

1上半部和下半部

上半部：

中断处理程序

下半部：

稍后完成的工作

2注册中断

intrequest_irq（irq,*handle,irqflag,*devname,*devid）

irq中断号。

handle一个指针，指向中断处理程序。

irqflag标志位：

SA_INTERRUPT快速中断处理程序（禁止其他中断）；

SA_SHIRQ：

可在多个中断处理程序间共享中断线。

devname与中断相关的设备的ASCII文本表示法。

dev_id用于共享中断线，当中断需要退出时，dev_id提供唯一的标志信息。

从共享中断线的中断处理程序中删除指定程序。

3释放中断

free_irq（unsignedintirq,void*dev_id）

4中断处理程序

irqreturn_tintr_handle（intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs）

regs：

一个指向结构体的指针，包含中断处理之前的处理器寄存器和状态，regs使用越来越少，应该忽略。

返回值irqreturn_t：

1）IRQ_NONE：

中断对应设备并不是注册函数期间指定的产生源；

2）IRQ_HANDLE：

正常返回值。

重入问题：

Linux的中断处理程序无需考虑重入，当一个给定的中断处理程序正在执行，相应的中断会被屏蔽。

5中断上下文

★中断上下文不可以睡眠，不能从中断上下文中调用睡眠函数。

中断栈：

现在中断处理程序拥有自己的栈，每个处理器一个，大小为4KB。

6中断控制

local_irq_disable（）：

禁止当前处理器上的本地中断；

local_irq_enable（）：

允许中断；

local_irq_save（flag）：

禁止中断并保存系统状态；

local_irq_restore（flag）：

恢复中断并恢复到原来的状态；

disable_irq（unsignedintirq）：

禁止指定中断线；

disable_irq_nosync（）：

不等待当前中断处理完毕就禁止指定中断；

enable_irq（unsignedintirq）：

允许指定中断；

synchronize_irq（）：

等待一个特定的中断处理程序的退出。

★如果调用了两次disable_irq（），需要对应调用两次enable_irq（）才可以恢复。

第七章下半部和推后执行的工作

1下半部

1）缩短中断执行时间；

2）下半部执行时允许响应所有的中断。

2下半部的类型

1）BH：

早期实现，现在已经淘汰；

2）任务列队（taskqueue）；

3）软中断（softirq）：

静态定义的下半部接口，共32个，可在所有处理上同时执行。

4）tasklet：

基于软终端的动态下半部实现，不同类型的tasklet可在不同处理器同时执行，相同类型的tasklet不可以同时执行。

5）工作列队（workqueue）：

取代任务列队，对推后执行的工作排队。

6）内核定时器：

将操作推后到某个确定的时间段。

3软中断

1）软中断最多有32个。

2）一个软中断不会抢占另外一个软中断，唯一可以抢占软中断的是中断处理程序。

3）软中断的执行时机：

（1）从一个硬件中断代码返回时；

（2）在ksoftirq内核线程中；

（3）显示检查和执行处理的软中断代码中，如网络子系统。

4）软中断保留给系统中对时间要求最严格和最重要的下半部使用：

如网络和SCSI。

4tasklet

1）tasklet通过软中断实现，本身也是软中断，有两种：

HI_SOFTIRQ（优先级较高）和TASKLET_SOFTIRQ。

2）的状态有：

0、TASKLET_STATE_SCHED（已经被调度，正等待运行）和TASKLET_STATE_RUN（正在运行，应用于多核系统）。

3）tasklet的调度过程：

（1）检查tasklet的状态是否为SCHED——>

返回；

（2）保存中断，禁止本地中断；

（3）将调度tasklet加入tasklet_vec或者tasklet_hi_vec表头；

（4）唤起TASKLET_SOFTIRQ或HI_SOFTIRQ中断——>

do_softirq（）；

（5）恢复中断并恢复原状态。

4）使用tasklet

（1）声明

静态创建

DECLARE_TASKLET

DECLARE_TASKLET_DISABLED

动态创建

tasklet_init（t,tasklet_handle,dev）

（2）handle

voidtasklet_handle（unsignedlongdata）

★由于tasklet靠软中断实现，所以tasklet执行中不能睡眠——>

不能使用信号量或阻塞函数。

tasklet运行时运行中断，需要做好保护工作。

（3）调度

tasklet_schedule（&

my_tasklet）加入调度列队

tasklet_disable（）禁止莫个tasklet，若正在执行则等待执行完毕再禁止

tasklet_disable_nosync（）立即禁止（不太安全）

tasklet_enable（）激活一个tasklet

tasklet_kill（）去掉列队的第一个tasklet

（4）ksoftirq辅助软中断内核线程

内核不会立即处理重新触发的软中断，当大量软中断出现时，内核会唤起一组线程来处理这些负载。

（nice=19）

5工作队列（workqueue）

1）工作队列可把工作推后，交由一个内核线程去执行。

2）工作队列在进程上下文执行，允许重新调度甚至是睡眠，但无法访问用户空间。

3）实现

工作者线程events/n，n是处理器编号。

worker_thread（）函数：

执行一个死循环并休眠，当有操作，线程被唤醒。

4）使用工作队列

DECLARE_WORK（name,void（*func）（void*）,void*data）

INIT_WORK（structwor