总结下读过的有关Kernel的书籍，主要是<Understanding the Linux Kernel>>、<Linux Kernel Development>、<Linux Device Drivers>

终极目标

完整的回答以下问题：

• 从开机上电到进入命令提示行，Linux完整的启动过程
• Linux终端下敲入ls的完整过程。(从接收键盘设备中断到显示到结果显示到屏幕)
• Linux终端下输入cat foo.txt的完整过程。(同上，其中包含了读写磁盘的操作)
• to be continued…

内核态/用户态

Intel x86有4种不同的状态，Unix内核只使用内核态和用户态。

内核线程：

• 内核态在内核地址空间执行
• 不与用户直接交互，无须终端设备
• 通常在系统启动时创建，一直活跃直到系统关闭

陷入内核态的几种方式：

• 用户态进程调用syscall系统调用
• 遇到Exception(无效指令、越界访问、除数为0等)：内核会代表进程处理异常
• 外设向CPU发出interrupt
• 执行内核线程

进程实现

当进程暂停时，将表征进程状态的寄存器保存到进程描述符中，其中包括：程序计数器、栈指针寄存器、通用寄存器、CPU状态信息的控制寄存器（处理器状态字）以及内存管理寄存器。当需要恢复进程执行时，再将保存的字段恢复即可。

可重入内核

可重入内核可以包含非可重入代码，需要利用锁机制。

Kernel Control Path 内核控制路径表示内核态中内核进行的任务类型：处理syscall、异常、中断处理程序。
内核控制路径可以交错执行。

进程地址空间

每个进程有“私有”的地址空间，用户态下：私有栈、数据区、代码区；内核态：内核的数据区和代码区、进程内核栈

在进程的角度上每个进程都是独立的地址空间，但是内核管理上未必是独立的，有可能是共享。

同步和临界区

利用同步机制防止多个内核控制路径破坏全局的内核数据结构。

• 非抢占式内核
• 禁止中断
• 信号量
• 自旋锁
• 避免死锁：Linux通过按规定的顺序请求信号量避免死锁。

信号和IPC

信号机制将系统事件报告给进程的机制。系统事件分为两种：异步通告(SIGINT),同步错误或异常。

进程间通信的机制：信号量、信息队列、共享内存；标准有两种：System V IPC和POSIX

进程管理

• fork
• exec
• _exit
• wait4
• zombie进程
• process group
• login session

内存管理

虚拟内存

虚拟内存(virtual memory) 作为一种逻辑层，处于应用程序的内存请求与MMU(Memory Management Unit，硬件内存管理单元)之间。

RAM的使用

RAM中有一部分存放内核映像部分(内核代码和内核数据结构)。其余部分有三种不同的作用：

• 内核使用
• 进程使用
• 磁盘和其他设备的高速缓存

KMA: Kernel Memory Allocator

KMA内核内存分配器子系统用来处理所有的内存请求，其中包括内核内其他子系统、用户进程通过syscall请求增加内存使用的请求。

KMA的特点：

• 快
• 省,浪费最少
• 尽量无碎片
• 可以同其他内存管理子系统合作

进程虚拟地址空间处理

尽可能的“懒”的做法 ：必要时才做耗时的工作(COW和demand paging策略)，如果必须要做耗时的工作就多做些(预读取机制)

• demand paging内存分配策略：进程可在页没有载入主存下执行，当访问到不存在的页时，发生缺页中断，之后中断处理程序将页载入到内存。
• COW写时复制策略

高速缓存

• 推迟写回磁盘的操作
• sync 调用

设备驱动程序