Linux操作系统是如何工作的？破解操作系统的奥秘

学号：SA12*****81

姓名：**堂

操作系统工作的基础：存储程序计算机、堆栈（函数调用堆栈）机制和中断机制；

在操作系统工作的基础之上，请您简述操作系统（内核）是如何工作，宏观概述结合关键点的微观（CS:EIP、EBP/ESP等的变化）分析。

 

存储程序计算机

现代计算机大多基于冯诺依曼体系结构，

存储程序和程序控制原理的要点是，程序输入到计算机中，存储在内存储器中（存储原理），在运行时，控制器按地址顺序取出存放在内存储器中的指令（按地址顺序访问指令），然后分析指令，执行指令的功能，遇到转移指令时，则转移到转移地址，再按地址顺序访问指令（程序控制）。

 

函数调用栈

函数调用栈一直随着函数调用的增长，随着函数的返回缩短。在调用函数时候，先压函数参数（从右往左顺序压），再压入函数调用下条指令的地址（由call完成）。接着进入调用函数体中先执行PUSH EBP，MOV EBP ESP，接着就是把函数体中的局部变量压入栈中。再遇到函数的调用的嵌套则依此类推。

EBP寄存器就处于一个很重要的地位，该寄存器中存储着栈中的一个地址（原EBP入栈后的栈顶），从该地址为基准，向上（栈底方向）能获取返回地址、参数值，向下（栈顶方向）能获取函数局部变量值，而该地址处又存储着上一层函数调用时的EBP值。

这样的结构使得函数调用过程中，可以保存调用前的状态，也达到了传递参数的目的，当被调用函数结束以后可以回到调用函数的下一条指令继续执行。

相关内容可以参照：http://blog.youkuaiyun.com/u010678824/article/details/8936577

 

中断

中断事件改变处理器执行指令的顺序，使得处理器转而去执行正常控制流之外的代码。中断处理机制可以使计算机能够并发的执行程序，从而改变之前的顺序执行指令的工作模式，提高计算机的运行效率。

 

操作系统内核是如何工作

从宏观上看，硬件基本初始完成以后，start_kernel开始运行完成操作系统本身的初始化，并且最后会启动一个init进程，之后的用户进程都直接或间接地从这个init进程创建。

从微观上看，多任务的进行是这样的情况，用户的进程在执行的时候，发生中断，那么就会进入内核态，先把它的esp和eip存入内核栈，然后SAVE_ALL把CPU的一些寄存器存入内核栈，然后就进行中断处理，中断处理的最后会调用switch_to宏，切换到另一个进程继续执行。新执行的程序会接着从它上一次被switch_to切换出去的地方继续执行，很可能是restore_all和iret，也就是从内核态切换出来，在用户态继续执行用户程序。

 

参考：

http://baike.baidu.com/view/2083958.htm

深入理解Linux内核

独辟蹊径品内核Linux内核源代码导读

以及其他同学的博客

http://teamtrac.ustcsz.edu.cn/wiki/Linux2013Lab5

 

后续学习过程中将对本文再进行进一步的完善。