Linux系统模型

标签：read   部分   空闲   count   flags   相对   打开文件   控制流   文件的   

Linux系统模型

Linux系统模型如下图所示

应用程序通过函数库提供的API，或者shell脚本，或者直接系统调用来与内核交互，但本质上都是使用系统调用来使用内核提供的服务。

内核主要提供了以下几种服务:

1. 中断。通过中断,内核可以将原来的控制流转为中断处理程序的控制流.系统调用属于中断,用户程序可以使用系统调用来进行一些操作,如文件读写；
2. 进程管理。内核使用PCB来描述和管理一个进程.其中包括进程的创建,调度,销毁等；
3. 内存管理。内核将内存分为了内核态和用户态；
4. 文件管理。内核使用了VFS来管理文件.VFS对应用程序,提供了统一的接口．对各个不同的文件系统提供了统一的接口；
5. 设备管理。内核使用了LKM技术,使得设备的驱动程序可以动态地加入内核.在不重编译内核和重启系统的条件下对Linux系统内核进行修改和扩展。

具体案例

下面文件读取过程为例，介绍内核的运行过程：

要读取一个文件，首先需要使用open()系统调用打开该文件

在32位系统中，open()系统调用执行过程如下：

1. 程序调用open()，实际上是调用C库函数中的sys_open()

2. sys_open()中，使用int 0x80 指令，触发系统中断

3. 内核先从idtr寄存器中找到idt，然后，根据传入的中断号0x80，找到中断描述符

4. 从gdtr寄存器中找到gdt，然后根据中断描述符中的段选择符，找到段描述符

5. 由于进程在用户态进行了系统调用，所以进程需要从用户态转为内核态。CPU从tr寄存器中获取tss段，找到内核态堆栈的指针和ss段，装载到eip和ss中

6. 转到内核态堆栈后，将原来的eflags,eip,cs保存在内核态的堆栈中

7. 根据中断描述符中的段偏移和段选择符，装载到eip和cs寄存器中，这样进程就找到了系统调用表所在的位置

8. 然后根据系统调用号，找到sys_open()对应的系统调用，开始执行

9. sys_open()的具体工作

   • 根据传入的参数，文件名，进行命名查找

   • 如果找了该文件，得到文件控制块，然后根据文件的类型，调用对应的文件打开函数

   • 文件需要将文件控制块复制到系统文件打开表中，如文件操作，读写指针的位置

   • 在进程文件打开表中，有一个fd数组，fd数组中的项指向了系统打开文件表中对应的项。sys_open会找到一个空闲的fd，指向系统打开文件表。然后将fd返回

10. sys_open()的返回值会保存在eax中，然后使用iret指令恢复现场

当文件打开后，可以使用read()系统调用打开文件，过程如下:

1. 和上文类似，read()实际上是调用了sys_read(),该函数需要三个参数：一个文件描述符fd；一个包含要传送数据的内存缓冲区地址buf；一个指定应该传送多少字节数的count。然后查找到相对应系统调用的位置
2. 根据传入的文件描述符fd，找到系统文件打开表中的对应项，然后执行对应的read函数，最后将文件中的内容读取到内存缓冲区
3. 最后进行系统调用返回

课程总结

孟老师的课,先通过传授一些汇编知识,帮助我扫清了阅读源码的障碍.然后通过巧妙的实验,让我对Linux的进程切换,系统调用过程有了深入的理解.李老师的课,通过阅读Linux内核的部分源码,我对操作系统的理解不再浮于概念,而是对中断过程,进程管理,设备管理,文件管理有了具体而形象的理解.但是可能是课时原因,对内存管理提及不多,希望李老师今后的授课中,可以加入内存管理的部分.

Linux系统模型

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原文地址：https://www.cnblogs.com/lm273/p/13275460.html