20179223《Linux内核原理与分析》第七周学习笔记

视频知识学习

1.fork()函数被调用一次，但返回两次；

2.Linux通过复制父进程来创建一个子进程,通过调用fork来实现；

3.Linux会为每个子进程动态的分配一个task_struct结构。

创建一个新进程在内核中的执行过程

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；

Linux 通过复制父进程来创建一个新的进程，那么这就给我们理解这一个过程提供一个想象的框架：

复制一个PCB——task_struct

  1. err=arch_dup_task_struct(tsk,orig);

要给新进程分配一个新的内核堆栈

   1.    ti=alloc_thread_info_node(tsk,node);
   2.    tsk->stack = ti;
   3.    setup_thread_stack(tsk,orig);  //这里只是复制thread_info，而非复制内核堆栈

要修改复制过来的进程数据，比如pid、进程链表等等都要改改吧，见copy_process内部。

从用户态的代码看fork()函数返回了两次，即在父子进程中各返回一次，父进程从系统调用中返回比较容易理解，子进程从系统调用返回，那它在系统调用处理过程中的哪里开始执行的呢？这就涉及子进程的内核堆栈数据状态和task_struct中thread记录问题，这是在哪里设定的？copy_thread in copy_process

   1.*chidregs = *current_pt_regs();  //复制内核堆栈
   2. childregs->ax = 0;  //为什么子进程的fork返回，这里就是原因
   3.
   4.p->thread.sp = (unsigned long) childregs;   //调度到子进程时的内核栈顶
   5.p->thread.ip = (unsigned long) ret_from_fork;   //调度到子进程时的第一条指令地址

实验——使用gdb跟踪创建新进程

删除旧的的menu目录，clone新的版本。操作如下：

$ cd /home/shiyanlou/LinuxKernel
$ rm -rf menu
$ git clone http://github.com/mengning/menu.git

还需要把test_fork.c test.c覆盖掉，重新编译并启动程序：

$ cd menu
$ mv test_fork.c test.c
$ make rootfs

输入fork，可以看到创建了子进程和父进程，如图：

水平分割，对其进行调试

$ cd /home/shiyanlou/LinuxKernel
$ qemu -kernel linux-3.18.6/arch/x86/boot/bzImage -initrd rootfs.img -s -S
$ gdb
$ file linux-3.18.6/vmlinux
$ target remote:1234

设置几个断点：sys_clone，do_fork，dup_task_struct，copy_process，copy_thread，ret_from_fork，如图

按C继续执行后，如图

可以看到出现了copy_process，如图

继续跟踪如下：

第11、12章课本知识学习

系统定时器使用高频率与使用低频率各有哪些优劣？

提高节拍率意味着时钟中断产生得更加频繁，所以中断处理程序也会更加频繁地执行。如此一来会给整个系统带来如下好处：

（1）更高的时钟中断解析度可提高时间驱动事件的解析度。

（2）提高了时间驱动事件的准确度。

高HZ的优势：

内核定时器能够以更高的频度和更高的准确度运行；依赖定时值执行的系统调用，比如poll()和select()，能够以更高的精度运行；对诸如资源消耗和系统运行时间等的测量会有更精细的解析度；提高进程抢占的准确度。

高HZ的劣势：

把节拍率提高到1000HZ，节拍率越高，意味着时钟中断频率越高，也就意味着系统负担越重。

硬时钟和定时器

实时时钟是用来持久存放系统时间的设备，即便系统关闭后，它也可以靠主板上的微型电池提供的电力保持系统的计时。

定时器是管理内核流逝的时间的基础。内核要推后执行某些代码，下半部机制就是为了将工作放到以后执行，下半部的本意并非是放到以后的某个时间去执行任务，而仅仅是不在当前时间执行就可以了。而内核定时器正是解决这个问题的理想工具。

slab分配器

SLAB_HWCACHE_ALIGN——这个标志命令slab层把一个slab内的所有对象按高速缓存行对齐。这就防止了“错误的共享”。

SLAB_POISON——这个标志导致slab层用已知的值填充slab。这就是所谓的“中毒”，有利于对未初始化内存的访问。

SLAB_RED_ZONE——这个标志导致slab层在已分配的内存周围插入“红色警界区”以探测缓冲越界。

SLAB_PANIC——这个标志当分配失败时提醒slab层。

SLAB_CACHE_DMA——这个标志命令slab层使用可以执行DMA的内存给每个slab分配空间。

还学习了时钟中断、时钟节拍、及jiffies等概念，内存空间的各种不同的描述单位，包括字节、页面和区。