Linux 文档 英文版 带书签

Linux操作系统内核解析 Linux操作系统是开源且高度可定制的类Unix系统内核，由芬兰人林纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）于1991年首次发布。它支持多种平台，并且具有强大的网络功能和稳定的性能。Linux内核的文档，通常涉及引导过程、内核初始化、中断处理、系统调用、同步机制、内存管理、SMP（对称多处理）以及内核数据结构等核心概念。 引导过程 Linux内核的引导过程是从初始化引导加载器（如GRUB）开始的。接着是内核的设置代码，这一阶段主要完成硬件的初始化工作，包括设置内存管理单元（MMU）等。然后内核进入视频模式初始化阶段，并过渡到保护模式。在内核入口点前，还会进行最后的准备工作。内核入口点之后，继续进行特定于架构的引导时初始化，最后完成架构特定的初始化。 内核初始化 在内核初始化阶段，内核会执行一系列的初始化任务，如设置中断描述符表（IDT）、内存分页和内存映射等。这一阶段还包括内核解压缩的过程以及特定于CPU架构的初始化任务，最终过渡到64位模式。 中断处理 Linux内核的中断处理机制主要包含早期中断处理程序、调度器初始化、RCU（Read-Copy Update）初始化，以及外部硬件中断的初始化。在中断处理部分，文档详细介绍了中断的入口、非早期中断门的初始化、一些异常处理程序的实现，以及不可屏蔽中断（NMI）的处理。此外，还深入分析了软中断（softirq）、任务队列（tasklets）和工作队列（workqueues）的工作原理。 系统调用 系统调用是用户空间程序请求内核提供服务的一种机制。文档描述了系统调用的处理流程，包括Linux内核如何处理系统调用请求，vsyscall和vDSO的使用，以及如何运行一个程序。文档还给出了实现系统调用如open()的详细步骤，并探讨了tick广播框架和dyntick。 定时器和时间管理 Linux内核中的定时器管理依赖于clocksource框架和clockevents框架。文档介绍了定时器的概念、x86相关时钟源，以及与时间相关的系统调用。 同步机制 同步机制是多线程编程中的关键部分。在Linux内核中，有多种同步机制，如自旋锁（spinlocks）、队列自旋锁、读者-写者信号量、二进制信号量、顺序锁（seqlock）和RCU锁。这些机制保证了在多处理器环境下内核数据的一致性和完整性。 内存管理 Linux内核的内存管理包括memblock、fixmaps和ioremap，以及内核内存分配器kmemcheck。此外，还涉及到了控制组（Control Groups, cgroups），这是一个内核功能，可以对进程组使用的资源（如CPU、内存、磁盘I/O）进行限制、记账和隔离。 SMP（对称多处理） SMP架构使得多个处理器可以共享物理内存。文档解释了SMP的概念，包括每CPU变量（Per-CPU variables）、CPU掩码（Cpumasks）等。 内核数据结构 Linux内核使用多种数据结构，如双链表、基数树（Radix tree）、位数组（Bit arrays）等。这些数据结构对内核中数据的组织和管理起到了重要作用。 其他技术细节 除了上述核心知识点，文档还涉及到其他许多技术细节，包括Paging（分页）、ELF64、CPUID、MSR（Model Specific Registers）、内联汇编（Inline assembly）、初始RAM磁盘（initrd）等。 内核结构和扩展 文档最后介绍了一些Linux内核的重要结构，如IDT（中断描述符表）、内核内部结构等。还涵盖了一些有用的链接和贡献者信息，以及initcall机制，这是内核模块初始化的一种方式。 通过这些知识点，我们可以看到Linux内核是一个高度复杂且功能强大的系统内核。它不仅包括了CPU和内存管理，还提供了丰富的编程接口和设备管理能力。这些知识点的掌握有助于开发者深入理解Linux内核的工作机制，从而更有效地进行Linux系统和软件的开发。