《深入理解linux内核》学习笔记

学了就忘（）

1.绪论

都是蜻蜓点水的知识没啥看头。。

2.内存寻址

2.1 内存地址

逻辑地址

线性地址（虚拟地址）

物理地址

MMU（分段单元）

2.2 分段

实模式下的分段：

目标地址=段寄存器*0x10+偏移量

在保护模式下，段寄存器不再存放地址，而是存放一个16位的段选择子，作为一个索引指向一个存在GDT（全局描述符表）或者LDT（局部描述符表）的一个表项（段描述符）里面。这个段描述符李保存了关于段的详细属性信息，包括但不限于段基址，长度等信息。

段选择子

大致长这样：

索引号	TI	RPL
15-3	2	1-0

RPL两位表示0-3，代表访问该段时使用的特权级，可能权限等于CPL（CPU的特权级），也有可能低于CPL。CPL的特权级存在CS段寄存器的selector（段选择符）中，也就是直接存在了段选择符的RPL里面（复用）。

段描述符

一个长8字节的结构，它描述了段的特征。一般放在GDT（全局描述符表）或者LDT（局部描述符表）中。

其中字段有如下含义

字段	含义
BASE	段描述符里面有多个BASE，它们组成了段的起始地址
G	这个标记位的开启代表段以页（4KB）为单位
Limit	记录了这个段的末尾元素偏移（相当于长度，取值范围和G挂钩）
DPL	访问这个段需要的最低权限
Type	该段的类型
S	这个位表示该段是否为系统段，如果为0，则表明是一个系统段，存放如LDT和TSSD这种数据结构
P	这个位表示该段现在是否存在内存中，在Linux里这个位一定是1，因为linux从来不会主动把整个段换出主存
B or D	神奇标记位，在代码段和数据段意义不同
RPL	访问这个段需要的最低权限
AVL	Linux没有使用这个位

两个典型的S为0的段描述符是LDTD和TSSD

快速访问段描述符

6个可编程的寄存器，可以暂存段描述符（在体系结构里应该相当于一种专用的高速缓存）

分段单元

硬件把逻辑地址转化为线性地址的过程：

1. 根据段寄存器里的段选择符的TI，确定该段存在GDT还是LDT
2. 从gdtr和ldtr里找到GDT或者LDT，然后根据索引取得段描述符
3. 从段描述符获得段基址，与偏移地址相加

使用了段描述符相关的可编程寄存器的时候，前两部仅仅在段描述符信息发生改变的时候触发。

linux的分段

linux并未充分地使用分段机制。所有的段基址都是从0开始，长度为整个虚拟地址空间。这就导致逻辑地址的偏移部分其实就是线性地址。常见的Linux的四种段描述符如下：

CPL为3时，各种段寄存器中的段选择子必须指向用户段，同样的，CPL为0时，这些段寄存器中的段选择子必须指向内核段。

Linux GDT & LDT

GDT是对应到CPU的，在多处理器系统中，每个CPU都有一个GDT与之对应。（这是一个值得思考的问题，接下来学习GDT里的细节就可以理解为什么是这样了。）

下面是一个GDT的细节

出了常规的用户代码段和数据段之外，还需要关注：

TSS

这里有疑惑！需要学完进程管理再回来补

2.3 硬件分页

3.进程管理

3.1 进程&线程

什么是进程

进程的创建

线程，为什么线程不能纯用户态进行管理，轻量级线程

线程组

3.2 进程描述符

依旧是最最最最最经典的task_struct:

3.2.1 进程状态

可运行状态

可中断的等待状态

不可中断的等待状态

暂停状态

跟踪状态

僵死状态（EXIT_ZOMBIE）

僵死撤销状态（EXIT_DEAD）

3.2.2 标识进程

进程和进程描述符是一一对应关系，事实上，即便是轻量级进程，作为一个执行上下文也应该有task_struct与之对应。

作为操作系统的用户，更常用的一种标识出一个进程的方法是使用pid。

pid存在进程描述符里，pid取用时逐渐递增，有上限，循环取用。

pidmap_array

多线程应用，pid和tgid（反直觉的getpid和gettid）

进程描述符处理

内核为进程开辟了一个极其紧凑的8K的小空间（一般是连续的两个页面），用于存放内核栈和thread_info结构。其中，后者存在页面的起始位置（栈生长的方向）

空间小是因为内核函数不需要过大的堆栈空间

thread_info和task_struct可以互相指向（.ttask，.thread_info）、

标识当前进程

由于页面连续的特点，可以执行 and ecx，esp (其中ecx为0xffffe000)直接定位到内核数据段的thread_info，因此有专门的current_thread_info宏可以直接获取当前进程的thread_info，而基于此的current宏可以直接根据task指针找到task_struct。

多处理器优势（？）

初见·双向链表list_head

哦天哪是双向链表大人

struct list_head {
    struct list_head *next, *prev;
};

这个结构就是一个双向链表的表头。内核里面各种复杂的双向链表元素都是内含了一个这样的表头，配合各种宏进行操作。（不再需要为不同的结构体设计不同的原语操作了）

新链表是LIST_HEAD(list_name)宏创建的。可以看到表头（list_name）是一个占位的空元素。

一些常用的宏：

其中带有list_entry的会根据结构体名字和内部list_head的偏移，找到包含list_head的结构体的起始地址。而两个for循环宏则是用于遍历链表元素（当成for(xxx;xxx;xxx)用就行，后面加大括号）

另一种双向链表是散列表。

进程链表

task_struct中一个包含了list_head的tasks字段，用来串联起所有的进程描述符

init_task

for_each_process

TASK_RUNNING状态的进程链表

run_list字段，用来串联所有正在运行的进程描述符

进程有不同的优先级，因此要分到多个双向链表，表头由prio_array_t管理：

enqueue_task(p,array)宏，用于把某个进程描述符p插入prio_array_t的某个queue字段（array）里面。

3.2.3 进程间的关系

记录亲属关系的字段

字段	说明
real_parent	指向创建了P的进程描述符
parent	？？？？？
children	指向进程的一个子进程
sibling	指向兄弟进程的描述符，相当于父进程的children链表的next

pidhash表及链表

一个哈希表，用来把pid转化到进程描述符

使用哈希表是因为并不是全部可用pid都被使用的，一一对应会浪费很多空间

3.2.4 如何组织进程

3.3 进程切换

3.4 创建进程

3.5 撤销进程