期中总结

心得与体会

本学期的LINUX内核这门课程已经进行了一半，这门课的学习方法和上个学期深入理解计算机系统的方式差不多，所以也没有特别多不适应，LINUX内核在我看来，就是理解一个操作系统是如何实现各个功能的，先从宏观上让我们理解一下，LINUX操作系统，然后再让我们看看各个功能实现的代码和过程，包括进程的创建，进程的中断，进程的调度等等，每一节的实验，基本都是让我们跟踪一个进程的实现过程。网课基本上已经结束了，以后的日子，老师会布置新的任务，希望在日后的学习中，能够学习到更加有用的知识，让我们对LINUX的内核有更深刻地了解。

课本内容总结

第一章-Linux内核简介

Unix的历史

• 依旧被认为是最强大和最优秀的系统
• 由一个失败的操作系统Multics中产生
• 被移植到PDP-11型机中
• 由其他组织进一步开发
• 重写了虚拟内存系统，最终官方版本诞生

Linux简介

• 是一个非商业化产品
• LINUS是LINUX之父
• LINUX内核也是公开软件

操作系统和内核简介

• 用户界面是操作系统的外在表象，内核才是操作系统的内在核心。
• 系统其他部分必须依靠内核这部分软件提供的服务，像管理硬件设备、分配系统资源等。
• 当内核运行的时候，系统以内核态进入内核空间执行。而执行一个普通用户程序时，系统将以用户态进入以用户空间执行。

Linux内核和传统UNIX内核的比较

• Unix内核 几乎毫无例外的都是一个不可分割的静态可执行块 。也就是说，它们必须以完整、单独的可执行块的形式在一个单独的地址空间中运行。
• 单内核就是把它从整体上作为一个单独的大过程来实现，并同时运行在一个单独的地址空间。
• 微内核的功能被划分为独立的过程，每个过程叫做一个服务器。
• LINUX是单内核

第二章 从内核出发

获取内核源码 Git：下载和管理Linux内核源代码

获取最新提交到版本树的一个副本

$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git

下载代码后，更新自己的分支到最新分支

$ git pull

编译内核 配置内核——make与config

内核开发的特点

• 无libc库抑或标准头文件
• 没有内存保护机制
• 不轻易在内核中使用浮点数
• 容积小而固定的栈
• 同步和并发
• 可移植性

第五章 系统调用

• 系统调用：用户程序在需要的时候，通过系统调用来使用硬件设备。

中间层：作用三个

1.为用户空间提供一种硬件的抽象接口；

2.保证系统稳定和安全；

3.除异常和陷入，是内核唯一的合法入口。

用系统调用号指明到底执行哪个系统调用。

由int $0x80指令触发128号软中断。内核在执行系统调用时处于进程上下文。

第十八章 调试

• 内核中的bug：

引用空指针会产生一个oops；垃圾数据会导致系统崩溃。

定时限制和竞争条件都允许多个线程在内核中同时运行产生的结果。

oops

会向终端输出的内容：

• 1.错误消息；
• 2.寄存器中保存的信息；
• 3.可供跟踪的回溯线索。

通过打印来调试：printk（）函数任何时候地方都可以调用它。

内核调试配置选项：内核开发菜单项中，依赖CONFIG_DEBUG_KERNEL。

系统请求键：sysctl来标记该特性的开或关（需要启用时：echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq）

内核调试器：gdb vmlinux /proc/kcore

使用Git进行二分搜索

第三章 进程管理

fork创造的子进程复制了父进程资源，包括内存及进程描述符的内容，资源的复制而不是指针的复制。

vfork的行为更像一个线程（指没有自已独立的内存空间），更明显的是vfork的调用将挂起当前进程（即父进程）。

clone根据flag的不同可以实现不同的功能。

只要退出，最终都调用了do_exit。

第四章 进程调度

一、调度策略

进程类型

• I/O消耗型进程：大部分时间用来提交I/O请求或是等待I/O请求，经常处于可运行状态，但运行时间短，等待请求过程时处于阻塞状态。如交互式程序。

• 处理器消耗型进程：时间大都用在执行代码上，除非被抢占否则一直不停的运行。

• 综合型：既是I/O消耗型又是处理器消耗型。

• 调度策略要在：进程响应迅速（响应时间短）和最大系统利用率（高吞吐量）之间寻找平衡。

4.2 调度概念

• 优先级：基于进程价值和对处理器时间需求进行进程分级的调度。

• 时间片：表明进程被抢占前所能持续运行的时间，规定一个默认的时间片。时间片过长导致系统交互性的响应不好，

• 程序并行性效果差；时间片太短增大进程切换带来的处理器耗时。矛盾！

• 间片耗尽进程运行到期，暂时不可运行状态。直到所有进程时间片都耗尽，重新计算进程时间片。

• Linux调度程序提高交互式程序优先级，提供较长时间片；实现动态调整优先级和时间片长度机制。

• 进程抢占：Linux系统是抢占式，始终运行优先级高的进程。

策略

• 决定调度程序在何时让进程运行。

I/O消耗型和处理器消耗型的进程

• I/O消耗型：大多时间在提交或等待I/O请求。

• 处理器消耗型：大多时间在执行代码。不属于I/O驱动类型。

进程优先级

• 相同优先级按照轮转方式进行调度。

• 调度程序总是选择时间片未用尽且优先级高的进程运行。

时间片

• nice值作为权重将调整进程所使用的处理器时间使用比。

• I/O消耗型：不需要长的时间片。

• 处理器消耗型：需要越长越好的时间片。

调度策略的活动

文字编辑程序显然是 1/0 消耗型的，因为它大部分时间都在等待用户的键盘输入〈无论用户的输入速度有多快，都不可能赶上处理的速度λ 用户总是希望按下键系统就能马上响应。

视频编码程序是处理器消耗型的。

Linux调度算法

调度器类

以模块方式提供的，这样做的目的是允许不同类型的进程可以有针对性地选

择调度算哉。

Unix系统中的进程调度

公平调度

CFS的做怯是允许每个进程运行一段时间、循环轮转、选择运行最少的进程作为下一个运行进程，而不再采用分配给每个进程时间片的做法了，在所有可运行进程总数基础上计算出一个进程应该运行多久。 - -

nice 值在 CFS 中被

作为进程获得的处理器运行比的权重：越高的nice 值（越低的优先级）进程在得更低的处理器

使用权重。

可运行进程数量趋于无穷，每个最少也能获得 lms 的运行时间。

任何进程所获得的处理器时间是由它自己和其他所有可运行进程nice 值的相对差值决定的。

Linux调度的实现

时间记账

所有的调度器都必须对进程运行时间做记账。

CFS 使用调度器实体结构（定义在文件＜linux/sched.h＞的 struct_sched _entity 中）来追踪进程运行记账。

CFS 使用 vruntime 变量来记录一个程序到底运行了多长时间以及它还应该再运行多久。

定义在kemeVsched_fair.c 文件中的 update_curr(）函数实现了该记账功能。

update_ currO 计算了当前进程的执行时间，并且将其存放在变量delta_exec 中，update_ curr（）是囱系统定时器周期性调用。

调度器入口

主要入口点是函数schedule（），它定义在文件kemel/sched.c中。

睡眠和唤醒

睡眠：为了等待一些事件。

内核的操作都相同 2 进程把自己标记成休眠状态，从可执行红黑树中移出，放入等待队列，然后调用 schedule（）选择和执行一个其他进程。

唤醒的过程刚好相反进程被设置为可执行状态，然后再从等待队列中移到可执行红黑树中。

用户抢占

• 用户抢占在以下情况时产生：

• 从系统调返回用户空间时；

• 从中断处理程序返回用户空间时；

内核抢占

内核抢占会发生在：

中断处理程序正在执行，且返回内核空间之前

内核代码再一次具有可抢占性

如果内核中的任务显式地调用 schedule()

如果内核中的任务阻塞（这同样也会导敖调用 schedule()

实时调度策略

两种策略

SCHED_FIFO和 SCHED_RR

SCHED_FIFO 实现了一种简单的、先入先出的调度算怯

SCHED_RR 是带有时闹片的 SCHED_FIFO，一种实时轮流调度算挂．

4.8 与调度相关的系统调用

与调度策略和优先级相关的系统调用

sched_setparam（）和sched__getparam（）分别用于设置和获取进程的实时优先级