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味铁屠
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1 Linux 源代码阅读知识点及要求说明 :1 本次源代码阅读, 以 Linux 最新的稳定版本 (2.6) 为主 ; 2 源代码下载地址: 在官方站点上最新稳定版本是 ; 在清华的 ftp 上随时都可以下载到 : ftp.tsinghua.edu.cn/mirror/kernel.org/linux/kernel/v2.6/ 3 源代码阅读辅助工具: 在 Windows 环境下推荐 SourceInsight3.5 在 Linux 环境下推荐 SourceNavigator 5 这两个软件都已经上传课程论坛 4 参考书目: 深入理解 Linux 内核, 陈莉君, 冯锐牛欣源译, 中国电力出版社 Linux 内核源代码情境分析, 毛德操, 胡希明著, 湖南大学出版社该书的电子稿大家可以在课程论坛上下载 ( 这些大多是针对 2.4 及以前的版本, 所以关于 2.6 版本的新特色, 同学们还得自己多查阅一些新的资料 ) 5 本文对知识点的要求中, 凡是前面带 *** 的要求都可能被列为考点, 在期末考试中进行考查, 所以请大家一定要认真读懂 6 第四部分设备管理是选读部分, 感兴趣有精力的同学可以多读一读, 这部分中标注 ** 的知识点, 可能作为考试的附加题出现 7 Linux 源代码阅读仍然以 4 人小组为单位进行, 建议大家合理分工阅读, 积极交流讨论后半学期鼓励有心得的小组做相关的 presentation, 自由报名一内存管理 1. 地址映射和物理内存管理 (1)*** 理解 x86 的地址映射过程 (2)*** 理解内核符号的线性地址和物理地址的相互转换 (3)*** 理解物理页面的管理, 内核维护描述物理页面的数据结构的作用和意义 (4)*** 理解内核对全局变量 page 或 map 的初始化, 理解物理页面大致的分配情况 (1)\linux\mm\mmap.c 精读 :vma 相关的管理函数 ; 泛读 :AVL 数据结构相关函数 ;

2 (2)\linux\mm\memory.c 精读 : 页表和页目录操作函数, 含有许多体系结构方面的知识 ; (3)\linux\mm\page_io.c 和 \linux\mm\page_alloc.c 精读 : 物理页面的分配过程 (4)\linux\mm\swap.c 精读 : 页面换入换出的管理, 注意对页表页目录的操作, 及其意义泛读 : 换入换出的策略和算法 ; 2. 用户地址空间管理 (1)*** 理解内核中维护的代表用户地址空间的数据结构 (2)*** 掌握用户地址空间的扩展和页故障的处理 ( 结合物理页面映射 ) (3)*** 理解用户地址空间共享 (4)*** 理解内核中对堆空间的管理,slab 块的管理 ( 单纯的内存管理, 不涉及系统其它部分 ) (5)*** 理解 fork 系统调用时对用户地址空间的管理 (1)\linux\mm\slab.c 精读 : 内核堆空间的管理函数 ; 泛读 : 涉及多处理器的部分 ; (2)\linux\i386\mm\fault.c 精读 :do_page_fault 函数, 注意对页表以及 vma 的操作 ; 二 Linux 中断系统调用时钟定时器 1 X86CPU 对中断的硬件支持 (1) 了解 X86CPU 保护模式下中断的响应机制 (2)*** 中断门的概念与作用 (3)*** 系统响应中断时, 中断服务程序入口的寻址机制无代码阅读要求, 但要查阅相关资料, 掌握原理性知识, 这是阅读代码必需的背景知识

3 2 中断向量表 IDT 的初始化其中针对每个中断向量的一个结构数组 irq_desc[ ] 的设置和处理可以多了解 (1) 了解系统初始化中断机制的时机, 这可能需要查阅相关资料或者阅读系统初始化相关的代码 ; (2) 了解中断描述表 idt_table 的表项是如何被设置的 (1)arch/i386/kernel/i8259.c 精读 :init_irq(); 泛读 :IRQ(x, y);irqlist_16(x); Challenge:BULID_16_IRQS(x);BULID_IRQ(nr); (2)arch/i386/kernel/traps.c 泛读 :trap_int( ); set_intr_gate( );_set_gate( ); (3)include/asm-i386/irq.h 里面提供了一些相关常量的宏定义 3 中断请求队列的初始化了解中断服务程序是如何登记到系统中并进行相关初始化的 (1) 理解中断请求队列的意义, 理解 irq_desc[ ] 结构中主要字段的含义 (2)*** 中断服务程序是通过怎样的途径挂入到中断请求队列中的 (3) 区分中断请求号和中断向量的概念 (1) include/linux/irq.h 泛读 : 数据结构 irq_desc[] (2)include/linux/interrupt.h 泛读 : 数据结构 struct irqaction (3)arch/i386/kernel/i8259.c 精读 :init_isa_irqs( ); (4)arch/i386/kernel/irq.c 精读 :request_irq(); setup_irq() 4 中断的响应和服务 (1)*** 公共响应入口 common_interrupt 需要完成的工作 (2) 了解中断响应前后系统堆栈的变化 (2)*** 系统如何根据中断号找到并执行响应的中断服务程序

4 (3)***Linux 中为何引入 Bottom Half 机制 (4) 中断返回时操作系统需要做哪些相关工作 (1)include/asm-i386/hw_irq.h 精读 :common_interrupt(); (2)arch/i386/kernel/irq.c 精读 :do_irq(); handle_irq_event( ); (3)arch/i386/kernel/entry.S 精读 :ret_from_intr 5 Bottom half (1)*** 理解 Linux 引入 Bottom half 机制的意义 ; (2) 比较 Linux 2.6 版本和 Linux 2.4 版本在该机制上的异同 (3) 了解 Bottom half 机制的框架和执行特点 ; (1)kernel/softirq.c 泛读 :softirq_init(); (2)include/linux/interrupt.h 泛读 :mark_bh(int nr) (3)kernel/softirq.c 泛读 :do_softirq(); 6 时钟中断 (1)*** 明确区分系统时钟实时时钟 jiffies 的概念 ; (2) 系统时钟的初始化 ; (3) 时钟中断的处理 (4)*** 定时器 (timer) 的实现 (1)include/linux/time.h 了解相关的数据结构 (2)include/asm-386/param.h 了解相关的数据结构 (3)arch/i386/kernel/time.c 精读 :time_init()

5 (4)kernel/timer.c 精读 :do_timer( ) 7 系统调用 (1) 系统调用的处理流过程是怎样的 ( 包括响应处理和返回 ) (2)*** 与普通函数调用的区别 (3)*** 系统调用与中断的异同 arch/i386/kernel/entry.s 精读 system_call( );ret_from_sys_call(); 三进程部分 1. Linux 中的进程 (1) 了解进程和轻量级进程的概念和区别 (2)*** 掌握进程描述符 (3)*** 了解该结构中重点字段的含义文件名 :sched.h 精读 : 进程描述符 task_struct 2.Linux 中进程的创建 (1)*** 掌握 Linux 中使用该创建进程的过程 (2)*** 掌握相关的数据结构和相关的系统调用 (3)*** 了解其执行的内存变动和硬件的相关变化 (1) 文件名 :fork.c 精读 :do_fork()

6 泛读 :get_pid();copy_files();copy_fs();copy_sighand();copy_mm() (2) 文件名 :mm/memory.c 精读 :copy_page_range() (3) 文件名 :arch/i386/kernel/process.c 泛读 :copy_segments();copy_thread() 3.Linux 中进程的转变 (1)*** 了解通过一个新的进程覆盖原来的内存空间实现进程转变的过程 (2)*** 掌握其相关的数据结构和相关的系统调用 (3) 了解其执行的内存的变动以及硬件相关的变化文件名 :exec.c 精读 do_execve() 泛读 open_exec();search_binary_handler 4. 进程的撤销 *** 掌握进程是如何撤销的, 比如撤销的时机, 撤销的过程等文件名 :exit.c 精读 :do_exit() 泛读 :sem_exit();exit_notify();forget_original_parent 5. 进程的调度 (1)*** 掌握 Linux 进程的调度时机 (2)*** 掌握 Linux 进程的调度策略文件名 :sched.c 精读 :schedule(); 泛读 : sched.c 中的其他进程 6. 进程间通信 - 管道共享内存信号消息队列此部分四人一组, 每人从这四种进程间通信方式选一种进行阅读

7 (1)*** 了解使用管道进行进程间通信的方法, 掌握管道的创建和读写过程等 (2)*** 了解使用共享内存进行进程间通信的方法, 掌握共享内存区的创建方法, 以及对共享内存区的控制和管理 (3)*** 了解使用信号进行进程间通信的方法, 掌握信号的发送, 接收和处理过程 (4)*** 了解使用消息队列进行进程间通信的方法, 掌握消息缓冲区消息结构消息队列结构, 以及相关的系统调用 (1) 文件名 :pipe.c 精读 :do_pipe();read_pipe();write_pipe() 泛读 : 该文件中其余函数 (2) 文件名 :shm.c 精读 : 数据结构 shmget();shmat();shmctl() 泛读 :shm.c 中其他函数 (3) 文件名 :signal.c 精读 :signal();sigaction();pause();alarm();kill() 泛读 :signal.c 中其他的函数 (4) 文件名 :msg.c 精读 :msgget();msgsnd();msgsnd() 泛读 : 文件中其他函数 7. 进程间通信 - 信号量 (1)*** 了解使用信号量进行进程间通信的方法 (2)*** 掌握信号量的创建方法信号量的操作以及对信号量的控制和管理 sem.c 精读 :semget();semop();semctl() 泛读 :sem.c 中其他函数四设备管理 ( 选读 ) 1. 层次设备驱动实例 (1) 了解 tty 设备的高级操作 (2) 以 tty 设备为例, 理解内核意义下的设备和硬件设备的区别

8 (3) 理解高级设备与低级设备的分工, 高级设备与低级设备之间的控制权转移 (1)\linux\drivers\char\console.c 精读 : 内核堆空间的管理函数 ; 泛读 : 涉及多处理器的部分 ; (2)\linux\drivers\char\keyboard.c 精读 :do_page_fault 函数, 注意对页表以及 vma 的操作 ; (3)\linux\drivers\char\tty_io.c 和 \linux\drivers\char\tty_ioctl.c 精读 :tty 设备的高级操作, 注意与其它设备的联系, 以及提供的机制泛读 : 操作过于细节的部分 ; 2. 设备文件系统 devfs (1)** 掌握用户态下通过 devfs 访问设备 (2) 理解 devfs 挂载到文件系统中的过程, 以及遍历 devfs 定位目标设备的过程 (3)** 理解 devfs 与一般的文件系统的区别 (1)\linux\fs\devfs\base.c 和 \linux\fs\devfs\util.c 精读 : 设备文件系统 devfs 的管理 ; 注意 devfs 与普通 fs 在管理上的差别 3. 磁盘存储管理 (1)** 理解磁盘物理结构, 分区信息和超级块的位置, 及其内容 (2)** 理解加电启动时 BIOS 的默认行为, 以及对磁盘的操作 (3) 理解磁盘逻辑结构, 文件操作转化为对磁盘的操作的过程, 磁盘操作涉及的 DMA 机制 (1)\linux\kernel\dma.c 泛读 : 注意 DMA 的工作原理, 将原理与代码相互对照理解 (2)\linux\drivers\ide\hd.c 精读 : 硬件中断的分派和处理 ; 泛读 : 硬盘的底层操作 ; (3)\linux\drivers\ide\ide_dma.c 和 \linux\drivers\ide\ide_disk.c 泛读 :IDE 硬盘的相关操作 ; 硬盘 DMA 相关操作 ; 将原理与编程实践结合

1 CPU interrupt INT trap CPU exception

1 CPU interrupt INT trap CPU exception 2 X86 CPU gate 64 16 1 2 5 8 16 16 P DPL 00101 TSS 101 DPL P 1 64 16 1 2 1 1 3 3 5 16 16 16 P DPL 0 D 000 16 110 111 100 D 1=32 0=16 DPL P 1 INT DPL1>=CPL>=DPL CPU