20135302魏静静——Linux课程期中总结

Linux期中总结

• Linux课程第一周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5218607.html]

  • 冯诺依曼体系结构的核心思想是存储程序计算机。在计算机中有两种指令，一是用户指令，一是系统调用。

  • 当用户使用计算机时，计算机根据其汇编的指令一步步运行，当使用系统调用完后，再返回用户模式，保证系统的稳定。

  • 程序中执行call的堆栈变化
  • 汇编基础
    

    通用寄存器

    16位  32位

    AX    eax 累加器
    BX    ebx 基址寄存器
    CX    ecx 计数寄存器
    DX    edx 数据寄存器
    BP    ebp 堆栈基址指针
    SI     esi 变址寄存器
    DI     edi 变址寄存器
    SP     esp 堆栈顶指针

• Linux课程第二周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5248478.html]

  • 函数调用约定

    函数调用约定	参数传递顺序	负责清理参数占用的堆栈
    __pascal	从左到右	调用者
    __stdcall	从右到左	被调函数
    __cdecl	从右到左	调用者

    • 调用函数的代码和被调函数必须采用相同的函数的调用约定，程序才能正常运行。

      Windows中C/C++程序的缺省函数调用约定是__cdecl
      
      linux中gcc默认用的规则是__stdcall

  • 三个法宝

    存储程序计算机、函数调用堆栈、中断机制

  • 两把宝剑

    中断上下文、进程上下文的切换

• linux课程第三周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5273142.html]

  • 计算机的启动过程概述
    • x86 CPU启动的第一个动作CS:EIP=FFFF:0000H（换算为物理地址为000FFFF0H，因为16位CPU有20根地址线)，即BIOS程序的位置。
    • BIOS例行程序检测完硬件并完成相应的初始化之后就会寻找可引导介质，找到后把引导程序加载到指定内存区域后，就把控制权交给了引导程序。这里一般是把硬盘的第一个扇区MBR和活动分区的引导程序加载到内存（即加载BootLoader），加载完整后把控制权交给BootLoader。
    • 引导程序BootLoader开始负责操作系统初始化，然后起动操作系统。启动操作系统时一般会指定kernel、initrd和root所在的分区和目录，比如root (hd0,0)，kernel (hd0,0)/bzImage root=/dev/ram init=/bin/ash，initrd (hd0,0)/myinitrd4M.img
    • 内核启动过程包括start_kernel之前和之后，之前全部是做初始化的汇编指令，之后开始C代码的操作系统初始化，最后执行第一个用户态进程init。
    • 一般分两阶段启动，先是利用initrd的内存文件系统，然后切换到硬盘文件系统继续启动。
      • initrd文件的功能主要有两个：
      • 1、提供开机必需的但kernel文件(即vmlinuz)没有提供的驱动模块(modules)
      • 2、负责加载硬盘上的根文件系统并执行其中的/sbin/init程序进而将开机过程持续下去

• linux课程第四周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5289989.html]

  • system_call是linux中所有系统调用的入口点，每个系统调用至少有一个参数，即由eax传递的系统调用号
    • 一个应用程序调用fork()封装例程，那么在执行int $0x80之前就把eax寄存器的值置为2(即__NR_fork)
    • 在系统调用号（ eax）之外，参数的个数不能超过6个（ ebx，ecx， edx， esi， edi， ebp）
  • 当用户态进程调用一个系统调用时， CPU切换到内核态并开始执行一个内核函数。
    • 在Linux中是通过执行int $0x80来执行系统调用的，这条汇编指令产生向量为128的编程异常

• linux课程第五周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5316624.html]

• • 给MenuOS增加time和time-asm命令（四步操作命令）

• • 系统调用的中断处理过程

• linux课程第六周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5329518.html]

• 进程的作用：将信号、进程间通信、内存管理和文件系统联系起来
• 操作系统的三大功能: 进程管理、内存管理、文件系统
• 内核通过唯一的进程标识PID来区别每个进程
• fork、vfork和clone三个系统调用都可以创建一个新进程，而且都是通过调用do_fork来实现进程的创建
  1号进程是所有用户态进程的祖先，0号进程是所有内核线程的祖先

• linux课程第七周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5352571.html]

  • execve系统调用

    • Shell会调用execve将命令行参数和环境参数传递给可执行程序的main函数

    • int execve(const char * filename,char * const argv[ ],char * const envp[ ]);

      • execve()用来执行参数filename字符串所代表的文件路径，第二个参数是利用指针数组来传递给执行文件，并且需要以空指针(NULL)结束，最后一个参数则为传递给执行文件的新环境变量数组。

    • 库函数exec*都是execve的封装例程

    execve和fork都是特殊一点的系统调用：一般的都是陷入到内核态再返回到用户态。
    
    fork父进程和一般进程调度一样，子进程返回到一个特定的点ret_from_fork，子进程是从ret_from_fork开始执行然后返回到用户态；
    
    execve特殊：执行到可执行程序--陷入内核--构造新的可执行文件--覆盖掉原可执行程序--返回到新的可执行程序，作为起点（也就是main函数） ，需要构造他的执行环境；

• linux课程第八周实验及总结:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5388498.html]

  • 进程切换在内核中实现的时机有以下三个时机：

    • • 中断处理过程（包括时钟中断、I/O中断、系统调用和异常）中，直接调用schedule()，或者返回用户态时根据need_resched标记调用schedule()；

      • 内核线程可以直接调用schedule()进行进程切换，也可以在中断处理过程中进行调度，也就是说内核线程作为一类的特殊的进程可以主动调度，也可以被动调度；

      • 用户态进程无法实现主动调度，仅能通过陷入内核态后的某个时机点进行调度，即在中断处理过程中进行调度。

• linux课程课本第1-2章学习笔记:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5280800.html]

  • 处理器的活动必然其下三者之一：
    • 运行于用户空间，执行用户进程
    • 运行于内核空间，处于进程上下文，代表某个特定的进程执行
    • 运行于内核空间，处于中断上下文，与任何进程无关，处理某个特定的中断
  • 内核开发的特点
    • 内核开发时既不能访问C库也不能访问标准的C头文件
      应对：include/linux文件夹中包含了所需的内核头文件。
    • 内核编程时必须使用GNU C
    • 内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制
      内核中内存不分页。
    • 内核编程时难以执行浮点运算
    • 内核给每个进程只有一个很小的定长堆栈
    • 由于内核支持异步中断、抢占和SMP，必须时刻注意同步和并发
      SMP：对称多处理系统。
      常用的解决竞争的方法：自旋锁和信号量。
    • 要考虑可移植性的重要性
      诸如保持字节序，64位对其，不假定字长和页面长度等。

• linux课程课本第3章学习笔记:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5335493.html]

• • 进程和线程

  • 进程的任务结构

  • 进程和线程的创建

  • 进程的终止

• linux课程课本第4章学习笔记:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5389439.html]

  • 调度：调度是一个平衡的过程。一方面，它要保证各个运行的进程能够最大限度的使用CP；另一方面，保证各个进程能公平的使用CPU。

  • 调度功能：决定哪个进程运行以及进程运行多长时间。

  • 调度实现原理：与进程的优先级有关

  • Linux上调度实现的方法：O（1）的调度算法

  • 调度相关的系统调用

• linux课程课本第5章学习笔记:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5302683.html]

  • Linux 内核如何实现系统调用，以及执行系统调用的连锁反应：陷入内核，传递系统调用号和参数，执行正确的系统调用函数，并把返回值带回用户空间。
  • system_ call（）函数通过将给定的系统调用号与NR_ syscalls 做比较来检查其有效性。如果它大子或者等于NR_syscalls，该函数就返回－ENOSYS

• linux课程课本第18章学习笔记:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5327484.html]

  • 调试过程其实是一种寻求实现与目标偏差的行为。

  • oops是内核告知用户有不幸发生的最常用的方式。

  • 内核bug的原因可能有：

    - 错误代码
    
    - 同步时发生的错误，例如共享变量锁定不当
    
    - 错误的管理硬件
    
    - ……

    内核bug发作的症状可能有：

    - 降低所有程序的运行性能
    
    - 毁坏数据
    
    - 使得系统处于死锁状态
    
    - ……

    内核开发比起用户开发要多考虑一些独特的问题，比如：

    - 定时限制
    
    - 竞争条件
    
    - ……
    
    原因是允许多个线程在内核中同时运行。

• 《深入理解计算机系统》第7章学习笔记:[http://www.cnblogs.com/20135302wei/p/5357264.html]

• 符号——全局符号和本地符号、符号表、符号解析

• 链接——静态链接、动态链接（链接又包括两个主要任务：符号解析和重定位）

• 链接文件的创建及引用——gcc、ar rcs、sharedj及fPIC命令参数

• 重定位——重定位条目、重定位符号引用（PC相对引用和绝对引用）

• 目标文件——可重定位目标文件（其中又详细介绍了ELF可重定位文件的结构及格式）、可执行目标文件、共享目标文件

•         链接（linking）是将各种代码和数据部分收集起来并组合成为一个单一文件的过程，这个文件可被加载（或被拷贝）到存储器并执行。
  
          链接可以执行于编译时，即源代码被翻译成机器代码时；也可执行于加载时，即在程序被加载器加载到存储器并执行时；甚至执行于运行时，由应用程序来执行。