新读核日记

新读核日记

最近搜索Linux内核的资料时，无意间读到sunmoon前辈在2001年的笔记，发布在http://os.silversand.net上，可是不知道是何原因，网站现在已经无法访问了，能搜索到的多为2001到2005年间转载的博客，其间错版错字有不少，恰好这学期正在学习Linux内核的代码，老师也对 linux代码了解颇多，于是把自己听课学习之余的心得写下来，同时也借鉴了于渊前辈的著作《Orange‘s，一个操作系统的实现》，他轻快的文笔让我有持续的探索。

Linux第一行的内核代码最早由Linus torvalds编写，是在学生时代学习的Minux的基础上开发而来，过多的发展历史不再赘述，说Linus是世上最伟大的程序员一点不为过，Linux的开源模式也决定了Linux将一直流行下去。我的老师在上课时常常说起Linus，说起内核中的代码如何精巧。这段历史不在此详细展开，感兴趣的朋友可以去了解一下Linus对开源事业的不断坚持，git技术同样也是Linus所提出。

第一部分：Linux 的内核初始化、启动

当计算机启动时，主板上电，CPU(linux最初构建在i386处理器上，往后所提的CPU除特指均是指i386处理器)在实模式下自检，至于什么是实模式，于渊前辈在书中写的相当有意思，自检完成后，把物理地址0x0FFFFH下的ROM-BIOS移到处理器中，引导BIOS系统自检，初始化中断向量表到物理地址0x0 然后硬件上的引导程序移动到物理地址0x7c00H处，开始执行此处的代码。此时已经准备好加载linux 的内核了，lilo和loadlin 作用就是加载已经准备就绪的内核，具体的有关lilo的原理我不曾了解过，应该可用在lilo的readme里找到。我们来看看 /usr/src/kernels/5.10.0-60-8.0.50.oe2203.x86_64/kernel 下的Makefile文件，我对makefile文件并不算精通，但是可以从只言片语之间窥见kernel是如何启动的。

obj-y = fork.o exec_domain.o panic.o\

​ cpu.o exit.o softirq.o resource.o\

…

​ sysctl.o sys.o workqueue.o pid.o task_work.o

…

​ kthread.o

从这几个可执行文件可用推测，在引导完内核后首先就运行了fork，在fork创建的进程中无限等待用户输入来创建子进程，从而实现交互式操作系统的功能。

==============================================================================

成都今日降温

今天我们来看fork.c

int last_pid;

struct task_struct *pidhash[PIDHASH_SZ];

33行，35行定义了上一个进程的PID（process id），还有一个结构体task_struct这个我们以后又说，其后是添加进程到队列中的两个函数add_wait_queue和add_wait_queue_exclusive，两个函数唯一的区别就在wait->flags=0; wait->flags=WQ_FLAG_EXCLUSIVE. 其中让我好奇的是这个宏定义：WQ_FLAG_EXCLUSIVE，颇费了一番功夫之后，了解到这个宏定义是为了解决惊群现象，何为惊群现象呢，不妨举个例子，我站在鸽子群中想要喂一只特定的鸽子，我拿着谷子走到鸽群中间，所有鸽子都被惊动，而我的目的只有那一只特定的鸽子。在监听同一个socket时，所有进程都会挂在同一个等待队列，当请求到来时，所有的进程都会被唤醒，这将耗费大量的系统资源。在linux2.6版本之后，加入了一个标志位WQ_FLAG_EXCLUSIVE来解决，这个宏定义实现了互斥等待从而避免所有进程均被唤醒。