课程学习总结报告

前言

请您根据本课程所学内容总结梳理出一个精简的Linux系统概念模型，最大程度统摄整顿本课程及相关的知识信息，模型应该是逻辑上可以运转的、自洽的，并举例某一两个具体例子（比如读写文件、分配内存、使用I/O驱动某个硬件等）纳入模型中验证模型。

谈谈您对课程的心得体会，改进建议等。

一、总结梳理出一个精简的Linux系统概念模型

Linux系统一般有4个主要部分：内核、shell、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构，它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。

"三大法宝"和"两把宝剑"

这是孟老师上课中的两个生动比喻，三大法宝：存储程序计算器、中断、函数调用栈；两把宝剑：中断上下文和进程中断上下文。

（1）中断管理

内核的一个主要功能就是处理硬件外设I/O，中断信号提供了一种特殊的方式， 使得CPU转去运行正常程序之外的代码，中断会改变处理器执行指令的顺序， 通常与CPU芯片内部或外部硬件电路产生的电信号相对应。

初始化过程：

1.  系统加载 start_kernel 开始，调用了 trap.c 中的 trap_init()函数对 中 断 进 行 初 始 化 。 并且调用同一文件下的set_trap_gate()/set_system_gate()/set_intr_gate()等对中断描述符进行初始化。
2.  在进入保护模式之前， IDT 再次通过 setup_idt()函数进行初始化，在这里使用了 ignore_int()函数，是为了保护未初始化完成时发生异常不出错。 然后调用 init_IRQ()函数，把中断描述附表的中断处理代码段地址设在在 interrupt 数组中，该数组指向同一个函数处理 common_interrup。

明确中断发生时， CPU 硬件级的中断信号处理过程 ：

　　1.  确定与中断或异常相关联的向量 i
　　2.  读取 idtr 寄存器的值，找到 IDT 的基址，通过查询 IDT，找到第 i 项对应的内容。
　　3.  从 gdtr 寄存器获得 GDT 的基地址，并在 GDT 中查找，以读取IDT 表项中的段选择符所标识的段描述符。
　　4.  确定中断是由授权的发生源发出的。
　　　  中断：需要比较 CPL 和 GDT 中的 DPL。中断处理程序的特
　　　　　　  权不能低于引起中断的程序的特权。
　　　  编程异常：需要比较 CPL 和 IDT 中的 DPL。
　　5.  检查是否发生了特权级的变化，一般指的是用户态陷入内核态。
　　　  如果是用户态陷入内核态，控制单元要使用新的特权级堆栈。
　　　  保存 ss 和 esp，并用新的堆栈的值填充。
　　6.  如果是故障，用引起故障的指令修改 cs 和 eip，以便异常处理后再次执行。
　　7.  在堆栈中保存 eflags/cs/eip 的内容。
　　8.  如果有硬件出错码，则保存。
　　9.  使用 IDT 中第 i 项中的段描述符和偏移量填充 cs 和 eip。

（2）文件系统

地基（低层）由一排排的文件柜组成，井然有序。文件柜里放置着“文件”--电脑中的文件。左上角，有一只向前挂着421号牌的小企鹅。它表示这PID（进程ID）为421的进程，他正在查看文件柜中的文件，这代表系统中正有一个进程在访问文件系统。在右下角有一只小狗，他是看门狗，这代表对文件系统的监控，可以说整个linux系统都是构建在文件系统之上的，Linux支持多种文件系统，包括ext2、ext3、vfat等等。Linux采用虚拟文件系统VFS来达到支持多种文件系统格式的目标。VFS为各类文件系统提供一个统一的操作界面和编程接口。向上提供统一的编程接口，向下对各种文件系统进行兼容。

Virtual File System这一层，是为了隐藏各个设备之间的实现细节，向上提供统一的接口，试想，当我们通过mkfs.xxx系列命令创建了很多不同的文件系统，但这些文件系统都有各自的API接口，而用户想要的是，不管你是什么API，他们只关心mount/umount，或open/close等操作。

所以，VFS就把这些不同的文件系统做一个抽象，提供统一的API访问接口，这样，用户空间就不用关心不同文件系统中不一样的API了。VFS所提供的这些统一的API，再经过System Call包装一下，用户空间就可以经过SCI的系统调用来操作不同的文件系统。

（3）进程

进程概念

从用户角度：进程就是一个正在运行中的程序。

操作系统角度：操作系统运行一个程序，需要描述这个程序的运行过程，这个描述通过一个结构体task_struct{}来描述，统称为PCB，因此对操作系统来说进程就是PCB(process control block)程序控制块

进程的描述信息有：标识符PID，进程状态，优先级，程序计数器，上下文数据，内存指针，IO状态信息，记账信息。都需要操作系统进行调度。

进程创建
Linux中非常重要的函数——fork()，它从已存在的进程中创建一个新进程。新进程为子进程，而原进程为父进程。

#include <unistd.h>
pid_t fork(void);
返回值：
	父进程：返回值大于0，子进程的pid
	子进程：返回值等于0

　　关于fork函数需要理解，每当调用一次fork函数时，会返回两个两次。一次是在调用进程中（父进程）返回一次，返回值是新派生的进程的进程ID。一次是在子进程中返回，返回值是0，代表当前进程为子进程。如果返回-1，那么则代表在创建子进程的过程中出现了错误。

进程状态
进程状态一般有：就绪态，阻塞态，运行态
在Linux下：R运行状态，S睡眠状态，D磁盘休眠状态，T停止状态，X死亡状态

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原文：https://www.cnblogs.com/jiahuich/p/13272850.html