《Linux内核分析》期末总结

Linux内核设计期中总结

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前八周博客汇总及总结

Linux内核设计第一周——从汇编语言出发理解计算机工作原理

我们学习了汇编语言的基础知识，这一部分和内核代码没有直接的关系，但是，老师具体带我们了解了函数调用过程中的堆栈变化，以及函数在调用的过程中是如何传递参数的。这一部分是为了之后学习进程上下文切换、中断上下文切换打基础的。

Linux内核设计第二周——操作系统工作原理

老师编写了一个简单小型的内核代码，并带领我们阅读了其中的关键代码。主要介绍了my_ schedule函数、my_ start_ kernel函数以及自己编写的中断处理程序my_ time_ handler函数。利用这三个函数，就可以模拟内核进行中断上下文切换的过程。与之相关的，还定义了mypcd的数据结构，通过自定义进程PCB结构，理解进程调度级进程上下文切换的大致过程。

Linux内核设计第三周——构造一个简单的Linux系统

老师利用了一个简单的Linux内核MenuOS系统，来为我们介绍了操作系统内核启动的过程。学习了如何使用gdb进行内核调试，通过在关键函数位置设置断点，单步调试，逐步分析每一句代码的作用。这一周最重要的部分就是教给我们如何通过gdb调试学习内核代码，这个能力在之后的各个章节中都有体现。

Linux内核设计第四周——扒开系统调用三层皮（上）

第四周我们学习了系统调用的相关知识，理解了系统调用是沟通用户态和内核态的枢纽，是两者间联系的通道。其次，我们通过编写汇编代码，来理解系统调用机制。要注意，使用汇编语言编写系统调用代码时，要注意寄存器传递参数和堆栈传递参数的区别，不要弄混，在系统调用中，使用的是寄存器传递参数。

Linux内核设计第五周——扒开系统调用三层皮（下）

第五周是在第四周的基础上，将自己用汇编代码修改的系统调用函数，添加到MenuOS中，这就需要我们修改内核代码，增加新的系统调用，以及学习如何重新加载，编译写好的代码。在这个周，老师重点带我们分析了系统调用是如何返回的，即内核如何执行从syscall_ call到iret的过程，包括一些具体的细节。

Linux内核设计第六周——进程的描述和创建

主要讲了进程的描述和创建，具体到进程的控制块pcb的组织形式，以及进程创建设计到的数据结构；详细分析了task_ struct结构的组成，以及其各部分的用途；分析了fork系统调用的执行过程和返回原理，强调了fork创建的子进程时通过ret_ from_ fork返回的；从sys_ clone代码出发，分析了do_ fork函数执行的关键过程。

Linux内核设计第七周——可执行程序的装载

本周主要讲解了Linux系统中的文件格式——ELF格式，具体到ELF格式的起源发展、ELF文件格式的分类、具体文件头的组成等。还介绍了程序是如何在计算机中执行的，即经过预编译、编译、汇编、链接的过程完成的。同时介绍了可执行程序的静态加载过程和动态加载过程。

Linux内核设计第八周——进程的切换和系统的一般执行过程

本周主要围绕进程的切换讲解，分析了I/O型进程调度和CPU密集型进程调度的区别和设计原则，介绍了批处理进程、实时进程和交互式进程的优劣；以及Linux内核的优先级策略的设计；分析了用户态进程调度和内核态进程调度的不同；分析了进程上下文切换过程中，关键部分的代码，包括堆栈的变化，以及内核态堆栈中传递参数的过程；分析汇编代码，从细节出发，分析前后两个进程切换的交界点；最终，总结出Linux系统的一般执行过程。

我的一些总结和理解

• 0、具体理解详见博客汇总中的每周总结。

• 1、内核设计是针对操作系统而言的。不同的操作系统内核的设计是不同的。

（我们为什么研究linux系统是因为Linux系统的内核代码是开源的，我们可以直接分析它的源代码，而windows系统的内核代码是私有的，我们不易获得，不过，内核的设计虽然有细节的差异，但是总的思路和原理是共通的）。

• 2、对linux操作系统的理解。

我认为linux系统是这样运行的：

• 首先由0号进程idle创建其子进程1号进程init和2号进程kthreadd；
• 1号进程init是所有用户态进程的祖先，init将会创建新的子进程用来执行用户命令；
• 2号进程kthreadd是所有内核线程的祖先。
• 在这个过程中，有可能会发生冲突，根据进程优先级的不同,或者该进程是否是I/O密集型进程来决定谁先抢占CPU，这涉及到进程调度策略，并且在这个过程中会发生进程切换。
• 进程切换的具体细节，就涉及到内核堆栈和用户堆栈之间数据保存和交换，即保存进程上下文。
• 进程是依附于程序存在的，这就需要读取文件信息，通过预编译、编译、汇编、链接，生成可执行未见，才能执行。Linux中大部分可执行文件都是ELF格式，通过该格式文件头信息，可以找到程序执行的起点。

• 2、在学习《Linux内核分析》课程中最大的收获？

• 第一次了解了操作系统内核的相关结构和设计原理；
• 被内核设计者严谨的逻辑和巧妙的设计所折服；
• 虽然，学完linux内核分析之后我并不能自己编写一个小型的操作系统，但是我学会了分析内核代码的方法，如何使用gdb调试内核代码，以及在调试的过程中，理解内核代码的具体实现。
• 授人以鱼不如授人以渔。我感觉学习这么课我最大的收获，就是学会了学习内核代码的方法，这远比理解一种内核设计重要的多，也有用的多。

• 3、学习完《Linux内核分析》课程后您最大的遗憾是什么？

我最大的遗憾就是，在进程课程的过程中，对内核代码没有完全理解，只是对关键代码有一定的了解，我相信内核部分的学习远远不是短短几个周就可以学习的充分的，我应该在以后的学习中，多多关注内核部分的设计和实现，必要的时候，亲自动手实践。在实践的过程中，加深对所学知识的理解。