20135320趙瀚青LINUX期中總結

期中總結

心得與體會

本學期的LINUX內核這門課程已經進行了一半，這門課的學習方法和上個學期深刻理解計算機系統的方式差很少，因此也沒有特別多不適應，LINUX內核在我看來，就是理解一個操做系統是如何實現各個功能的，先從宏觀上讓咱們理解一下，LINUX操做系統，而後再讓咱們看看各個功能實現的代碼和過程，包括進程的建立，進程的中斷，進程的調度等等，每一節的實驗，基本都是讓咱們跟蹤一個進程的實現過程。網課基本上已經結束了，之後的日子，老師會佈置新的任務，但願在往後的學習中，可以學習到更加有用的知識，讓咱們對LINUX的內核有更深入地瞭解。

課本內容總結

第一章-Linux內核簡介

Unix的歷史

• 依舊被認爲是最強大和最優秀的系統
• 由一個失敗的操做系統Multics中產生
• 被移植到PDP-11型機中
• 由其餘組織進一步開發

• 重寫了虛擬內存系統，最終官方版本誕生

  Linux簡介

• 是一個非商業化產品
• LINUS是LINUX之父

• LINUX內核也是公開軟件

  操做系統和內核簡介

• 用戶界面是操做系統的外在表象，內核纔是操做系統的內在覈心。
• 系統其餘部分必須依靠內核這部分軟件提供的服務，像管理硬件設備、分配系統資源等。

• 當內核運行的時候，系統之內核態進入內核空間執行。而執行一個普通用戶程序時，系統將以用戶態進入以用戶空間執行。

  Linux內核和傳統UNIX內核的比較

• Unix內核 幾乎毫無例外的都是一個不可分割的靜態可執行塊 。也就是說，它們必須以完整、單獨的可執行塊的形式在一個單獨的地址空間中運行。
• 單內核就是把它從總體上做爲一個單獨的大過程來實現，並同時運行在一個單獨的地址空間。
• 微內核的功能被劃分爲獨立的過程，每一個過程叫作一個服務器。

• LINUX是單內核

  第二章 從內核出發

  獲取內核源碼 Git：下載和管理Linux內核源代碼
  獲取最新提交到版本樹的一個副本
  $ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git
  下載代碼後，更新本身的分支到最新分支
  $ git pull

編譯內核 配置內核——make與config

內核開發的特色

• 無libc庫抑或標準頭文件
• 沒有內存保護機制
• 不輕易在內核中使用浮點數
• 容積小而固定的棧
• 同步和併發
• 可移植性

第五章 系統調用

• 系統調用：用戶程序在須要的時候，經過系統調用來使用硬件設備。

中間層：做用三個

1.爲用戶空間提供一種硬件的抽象接口；

2.保證系統穩定和安全；

3.除異常和陷入，是內核惟一的合法入口。

用系統調用號指明到底執行哪一個系統調用。

由int $0x80指令觸發128號軟中斷。內核在執行系統調用時處於進程上下文。

第十八章 調試

• 內核中的bug：

引用空指針會產生一個oops；垃圾數據會致使系統崩潰。
定時限制和競爭條件都容許多個線程在內核中同時運行產生的結果。

oops

會向終端輸出的內容：

• 1.錯誤消息；
• 2.寄存器中保存的信息；
• 3.可供跟蹤的回溯線索。

經過打印來調試：printk（）函數任什麼時候候地方均可以調用它。

內核調試配置選項：內核開發菜單項中，依賴CONFIG_DEBUG_KERNEL。

系統請求鍵：sysctl來標記該特性的開或關（須要啓用時：echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq）

內核調試器：gdb vmlinux /proc/kcore

使用Git進行二分搜索

第三章 進程管理

fork創造的子進程複製了父進程資源，包括內存及進程描述符的內容，資源的複製而不是指針的複製。

vfork的行爲更像一個線程（指沒有自已獨立的內存空間），更明顯的是vfork的調用將掛起當前進程（即父進程）。

clone根據flag的不一樣能夠實現不一樣的功能。

只要退出，最終都調用了do_exit。

第四章 進程調度

1、調度策略

進程類型

• I/O消耗型進程：大部分時間用來提交I/O請求或是等待I/O請求，常常處於可運行狀態，但運行時間短，等待請求過程時處於阻塞狀態。如交互式程序。

• 處理器消耗型進程：時間大都用在執行代碼上，除非被搶佔不然一直不停的運行。

• 綜合型：既是I/O消耗型又是處理器消耗型。

• 調度策略要在：進程響應迅速（響應時間短）和最大系統利用率（高吞吐量）之間尋找平衡。

  4.2 調度概念

• 優先級：基於進程價值和對處理器時間需求進行進程分級的調度。

• 時間片：代表進程被搶佔前所能持續運行的時間，規定一個默認的時間片。時間片過長致使系統交互性的響應很差，

• 程序並行性效果差；時間片過短增大進程切換帶來的處理器耗時。矛盾！

• 間片耗盡進程運行到期，暫時不可運行狀態。直到全部進程時間片都耗盡，從新計算進程時間片。

• Linux調度程序提升交互式程序優先級，提供較長時間片；實現動態調整優先級和時間片長度機制。

• 進程搶佔：Linux系統是搶佔式，始終運行優先級高的進程。

策略

• 決定調度程序在什麼時候讓進程運行。

  I/O消耗型和處理器消耗型的進程

• I/O消耗型：大多時間在提交或等待I/O請求。

• 處理器消耗型：大多時間在執行代碼。不屬於I/O驅動類型。

進程優先級

• 相同優先級按照輪轉方式進行調度。

• 調度程序老是選擇時間片未用盡且優先級高的進程運行。

時間片

• nice值做爲權重將調整進程所使用的處理器時間使用比。

• I/O消耗型：不須要長的時間片。

• 處理器消耗型：須要越長越好的時間片。

調度策略的活動

文字編輯程序顯然是 1/0 消耗型的，由於它大部分時間都在等待用戶的鍵盤輸入〈不管用戶的輸入速度有多快，都不可能遇上處理的速度λ 用戶老是但願按下鍵系統就能立刻響應。

視頻編碼程序是處理器消耗型的。

Linux調度算法

調度器類

以模塊方式提供的，這樣作的目的是容許不一樣類型的進程能夠有針對性地選
擇調度算哉。

Unix系統中的進程調度

公平調度

CFS的作怯是容許每一個進程運行一段時間、循環輪轉、選擇運行最少的進程做爲下一個運行進程，而再也不採用分配給每一個進程時間片的作法了，在全部可運行進程總數基礎上計算出一個進程應該運行多久。 - -

nice 值在 CFS 中被
做爲進程得到的處理器運行比的權重：越高的nice 值（越低的優先級）進程在得更低的處理器
使用權重。

可運行進程數量趨於無窮，每一個最少也能得到 lms 的運行時間。

任何進程所得到的處理器時間是由它本身和其餘全部可運行進程nice 值的相對差值決定的。

Linux調度的實現

時間記帳

全部的調度器都必須對進程運行時間作記帳。

CFS 使用調度器實體結構（定義在文件＜linux/sched.h＞的 struct_sched _entity 中）來追蹤進程運行記帳。

CFS 使用 vruntime 變量來記錄一個程序到底運行了多長時間以及它還應該再運行多久。

定義在kemeVsched_fair.c 文件中的 update_curr(）函數實現了該記帳功能。

update_ currO 計算了當前進程的執行時間，而且將其存放在變量delta_exec 中，update_ curr（）是囪系統定時器週期性調用。

調度器入口

主要入口點是函數schedule（），它定義在文件kemel/sched.c中。

睡眠和喚醒

睡眠：爲了等待一些事件。

內核的操做都相同 2 進程把本身標記成休眠狀態，從可執行紅黑樹中移出，放入等待隊列，而後調用 schedule（）選擇和執行一個其餘進程。

喚醒的過程恰好相反進程被設置爲可執行狀態，而後再從等待隊列中移到可執行紅黑樹中。

用戶搶佔

• 用戶搶佔在如下狀況時產生：

• 從系統調返回用戶空間時；

• 從中斷處理程序返回用戶空間時；

內核搶佔

內核搶佔會發生在：

中斷處理程序正在執行，且返回內核空間以前
內核代碼再一次具備可搶佔性
若是內核中的任務顯式地調用 schedule()
若是內核中的任務阻塞（這一樣也會導敖調用 schedule()

實時調度策略

兩種策略
SCHED_FIFO和 SCHED_RR

SCHED_FIFO 實現了一種簡單的、先入先出的調度算怯
SCHED_RR 是帶有時鬧片的 SCHED_FIFO，一種實時輪流調度算掛．

4.8 與調度相關的系統調用

與調度策略和優先級相關的系統調用

sched_setparam（）和sched__getparam（）分別用於設置和獲取進程的實時優先級