Linux内核零碎知识

UNIX系统：内核、shell外壳、文件系统、工具或应用程序。

操作系统功能：进程与处理机管理、存储管理、设备管理、作业管理、文件管理。

内存是磁盘的缓存，cache是内存的缓存。

可把内核看作是不断对请求进行响应的服务器，这些请求可能来自在CPU上执行的进程，也可能来自发出中断请求的外部设备。

抢占内核主要特点是：一个在内核态运行的进程，可能在执行内核函数期间被另外一个进程取代。

使内核可抢占的目的是减少用户态进程的分派延迟，即从进程变为可执行状态到它实际开始运行之间的时间间隔。

cs代码段寄存器有两位字段存指明CPU的当前特权级CPL，0为内核态，3为用户态。

esp寄存器是CPU栈指针，用于存放栈顶单元的地址。从用户态切换到内核态后，进程的内核栈总是空的，因此，esp寄存器指向这个栈的顶端。一旦数据写入栈，esp的值递减。

使用联合结构表示一个进程的线程描述符和内核栈：

union thread_union{
    struct thread_info thread_info;
    unsigned long stack[];
};

thread_info结构是52字节。

内核使用alloc_thread_info和free_thread_info宏分配和释放存储thread_info结构和内核栈的内存区。

进程最常用的是进程描述符的地址，而不是thread_info结构的地址。为了获得当前在CPU上运行进程的描述符指针，内核要调用current宏，本质上等价于current_thread_info()->task；current->pid返回在CPU上正在执行的进程的PID。

多处理器系统下，有必要把current定义为一个数组，每个元素对应一个可用CPU。

文件描述符：Linux跟踪打开文件而分配的一个数字，类似c语言的句柄。

每运行一个程序时，所有的shell都为其打开三个文件描述符：标准输入0，标准输出1，错误输出2。

不用缓冲的I/O：open read write lseek close提供了不用缓冲的I/O，这些函数都使用文件描述符。

硬件高速缓存Cache：缩小CPU和RAM之间的速度不匹配

IPC进程间通信：管道(速度慢、容量有限)、信号、信号量(同步)、共享内存(速度快)、消息队列(容量有限)、socket。

用户ID标识不同的用户，0为根或超级用户，通常登录名为root。

信号signal：通知进程已发生某种情况的一种技术。

信号量：内核信号量（由内核控制路径使用）；System V IPC信号量（由用户态进程使用）。

内核信号量类似于自旋锁，因为当锁关闭着时， 它不允许内核控制路径继续进行。只有睡眠的函数才能获取内核信号量，中断处理程序和可延迟函数都不能使用内核信号量。

自旋锁spin lock是用来在多处理器环境中工作的一种特殊的锁。当发现“上锁”了，则反复执行一条紧凑的循环指令，直到锁被释放。自旋锁的循环指令表示“忙等”。

一般由自旋锁保护的每个临界区都是禁止内核抢占的。

系统中的并发度取决于：同时运转的I/O设备数；进行有效工作的CPU数。