Linux Kernel(中文版)

### Linux Kernel(中文版)知识点概述 #### 一、硬件基础 1. **CPU**: CPU是计算机的大脑，负责执行指令。Linux内核通过各种机制来管理CPU资源，包括但不限于调度算法、上下文切换等。 2. **内存**: 内存是计算机的主要存储设备之一，用于暂时存放正在运行的程序和数据。Linux内核通过复杂的内存管理机制来高效地管理和分配内存资源。 3. **总线**: 总线是计算机内部各个组件之间传输数据的通道。Linux内核需要了解不同的总线类型及其特性，以便更好地支持多种硬件平台。 4. **控制器与外设**: 控制器用于控制外部设备与计算机之间的数据交换。Linux内核通过设备驱动来管理这些控制器和外设。 5. **地址空间**: 地址空间是指一个程序或进程可以访问的内存范围。Linux内核通过虚拟内存机制来管理地址空间。 6. **时钟**: 计算机时钟对于确保系统的稳定运行至关重要。Linux内核利用时钟机制来进行时间管理、进程调度等操作。 #### 二、软件基础 1. **计算机编程语言**: - **汇编语言**: 汇编语言是一种低级语言，接近于机器语言，主要用于编写与硬件紧密相关的代码。 - **C编程语言和编译器**: C语言是开发操作系统的核心语言之一，其编译器将源代码转换为机器码。 - **连接程序**: 连接程序负责将多个目标文件连接成一个可执行文件。 2. **操作系统概念**: - **内存管理**: Linux内核通过虚拟内存技术、页面置换算法等方式管理内存资源。 - **进程**: 进程是程序在一个数据集上的一次运行活动。Linux内核提供了一系列机制来管理和调度进程。 - **设备驱动**: 设备驱动是操作系统与硬件设备之间的桥梁，用于控制硬件设备。 - **文件系统**: 文件系统用于组织和管理磁盘上的文件和目录。Linux支持多种文件系统。 3. **核心数据结构**: - **连接列表**: 连接列表是一种常见的数据结构，用于快速添加和删除节点。 - **散列表**: 散列表通过哈希函数实现高效的查找操作。 - **抽象接口**: 抽象接口定义了与硬件交互的标准方法，提高了代码的可移植性和可维护性。 #### 三、存储管理 1. **虚拟内存的抽象模型**: 虚拟内存技术允许程序访问比实际物理内存更大的地址空间。 2. **高速缓冲**: 高速缓存是一种优化技术，用于提高数据访问速度。 3. **LINUX页表**: 页表用于映射虚拟地址到物理地址。 4. **页面分配与回收**: - **页面分配**: 当进程需要更多内存时，内核会分配新的页面。 - **页面回收**: 为了释放不再使用的内存，内核会定期回收空闲页面。 5. **内存映射**: 内存映射技术允许将文件或其他对象直接映射到进程的地址空间。 6. **请求换页**: 请求换页是一种按需加载页面的技术，当进程访问未在内存中的页面时触发。 7. **LINUX页面CACHE**: 页面CACHE用于缓存经常访问的数据，提高读取性能。 8. **换出与丢弃页面**: - **减少PageCache和BufferCache的大小**: 通过调整策略来管理缓存大小。 - **换出系统V内存页面**: 用于释放内存以供其他进程使用。 - **换出和丢弃页面**: 通过不同的算法决定哪些页面应该被换出或丢弃。 #### 四、进程管理 1. **LINUX进程**: 进程是操作系统的基本执行单位。 2. **IDENTIFIERS**: 每个进程都有唯一的标识符，用于区分不同进程。 3. **调度**: 调度算法决定了进程的执行顺序。 4. **文件**: 进程可以通过打开文件进行读写操作。 5. **虚拟内存**: 进程在虚拟内存空间中运行，由内核进行管理。 6. **进程创建**: 进程可以通过fork()等系统调用来创建新进程。 7. **时钟和定时器**: 时钟和定时器用于计时和定时任务。 8. **程序执行**: - **ELF**: 可执行和链接格式(Executable and Linkable Format)是一种标准的二进制文件格式。 - **脚本文件**: 脚本文件是由一系列命令组成的文本文件，用于自动化任务。 #### 五、进程间通讯机制 1. **信号**: 信号是一种简单的进程间通讯方式，用于通知进程发生某些事件。 2. **管道**: 管道是一种进程间通讯机制，用于连接两个进程的标准输入和输出。 3. **套接口**: - **系统V IPC机制**: 包括消息队列、信号灯、共享内存等。 - **消息队列**: 用于多个进程之间传递消息。 - **信号灯**: 用于同步多个进程对共享资源的访问。 - **共享内存**: 允许多个进程共享同一段内存区域。 #### 六、PCI 1. **PCI地址空间**: PCI总线具有自己的地址空间。 2. **PCI配置头**: PCI配置头包含了PCI设备的信息。 3. **PCII/O和PCI内存地址**: 描述了PCI设备如何使用I/O端口和内存地址。 4. **PCI-ISA桥接器**: 用于连接PCI总线和ISA总线。 5. **PCI-PCI桥接器**: 用于连接两个PCI总线。 6. **LINUX PCI初始化过程**: Linux内核初始化PCI设备的过程涉及多个步骤，包括扫描PCI总线、初始化设备等。 #### 七、中断及中断处理 1. **可编程中断控制器**: 负责管理中断信号。 2. **初始化中断处理数据结构**: 在系统启动时，内核会初始化中断相关的数据结构。 3. **中断处理**: 当中断发生时，内核会执行相应的中断处理程序。 #### 八、设备驱动 1. **轮询与中断**: 设备驱动可以通过轮询或中断的方式与硬件交互。 2. **直接内存访问(DMA)**: DMA允许硬件设备直接访问内存，而无需CPU干预。 3. **内存**: 设备驱动需要合理管理内存资源。 4. **设备驱动与核心的接口**: - **字符设备**: 字符设备通常用于管理终端或串行端口等设备。 - **块设备**: 块设备如硬盘等，用于存储大量数据。 #### 九、文件系统 1. **第二代扩展文件系统 EXT2**: - **The EXT2 Inode**: inode是文件系统中用于存储文件元数据的数据结构。 - **EXT2超块**: 超块包含了文件系统的重要信息。 - **EXT2组标志符**: 用于标识文件系统的分组信息。 - **EXT2目录**: 描述了目录结构和文件组织方式。 - **在EXT2文件系统中搜寻文件**: 文件可以通过路径名在文件系统中被找到。 以上是对《Linux Kernel(中文版)》部分章节内容的知识点总结。这些知识点不仅涵盖了Linux内核的基础知识，还深入探讨了操作系统内部工作原理和技术细节，对于学习和理解Linux操作系统有着重要的意义。