《linux内核设计与实现》 读书笔记

进程&&线程

1. 进程：处于执行期的程序。
2. 线程：在进程中活动的对象。
3. 进程提供两种虚拟机制：虚拟处理器和虚拟内存。
4. 内核把进程的列表存放在task list的双向循环链表中。
5. linux通过slab分配器分配task_struct结构。用slab分配器动态生成task_struct。
6. unix创建进程的方式：
   ①fork通过拷贝当前进程创建一个子进程。
   ②exec负责读取可执行文件并将其载入地址空间开始执行。
   写时拷贝： 写时拷贝是可以推迟甚至免除拷贝数据的技术，fork正时采用这个机制，fork的时候，内核没有复制整个进程地址空间，而是让父子进程共享同一个拷贝。只有需要写入的时候，数据才会被复制。在此之前，只是以只读方式共享。

进程调度

1. IO调度算法。
2. 进程可以分为IO消耗型（读写频繁）和cpu消耗型（运算频繁）。io指进程大部分时间用来提交IO请求或是等待IO请求。
3. 进程优先级，有两种，
   ①nice值，范围-20到19，默认值0.nice数值越大，越低优先级。nice实际是代表了时间片的比例，可以通过 ps -el 查看。
   ②实时优先级，范围0到99.与nice相反，数值越大，越高实时优先级。

4. 时间片：进程所获取的处理器时间和系统负载密切相关。这个比例还会受进程nice影响，nice值作为权重将调整进程所使用的处理器时间使用比。
5. 调度算法。完全公平调度（CFS），实现在kernel/sched_fair.c，他是针对普通进程的调度类。现代调度器有两个通用的概念：进程优先级和时间片。
6. CFS使用红黑树来组织可运行进程队列，并利用其迅速找到最小vruntime值的进程。

内存管理

1. 内核把物理页作为内存管理的基本单位，从虚拟内存的角度，页就是最小单位。
2. 内核把页划分成不同的区（zone）。
3. linux主要使用四种区：
   ·ZONE_DMA 这个区包含的也能用来执行DMA操作。
   ·ZONE_DMA32 和ZONE_DMA类似，该区包含的页面可用来执行DMA操作；而和ZONE_DMA不同之处，这些页面只能被32位设备访问。
   ZONE_NORMAL 这个区包含正常影射的页。
   ZONE_HIGHEM 包含高端内存。
   
4. 获取页
   
5. kmalloc的GFP标志：
   
   
6. vmalloc 和kmalloc ：kmalloc函数确保页在物理地址上是连续的（虚拟地址自然也是连续的），vmalloc函数只确保在虚拟地址空间内是连续的，他通过分配非连续的物理内存块，再修正页表，再内存映射到逻辑地址空间连续区域中，其中，只有硬件设备需要得到物理地址连续的内存，所有硬件设备用到的任何内存区都必须是物理上连续的块，不仅仅是虚拟地址上的块。vmalloc会比kmalloc更消耗性能，所以vmalloc仅在不得已的情况下才被使用，典型就是为了获取大块内存。
7. vmalloc原型：void * vmalloc(unsigned long size);
   void * vfree(const void *addr);
   没有GFP标志，这两个函数默认就是可以睡眠的，所以不能用于中断上下文中。
8. slab层（即slab分配器）扮演了通用数据结构缓存层的角色。
   
9. 管理区页框分配器，这里我们简称为页框分配器，在页框分配器中主要是管理物理内存，将物理内存的页框分配给申请者，而且我们知道也可页框大小为4K(也可设置为4M)，这时候就会有个问题，如果我只需要1KB大小的内存，页框分配器也不得不分配一个4KB的页框给申请者，这样就会有3KB被白白浪费掉了。为了应对这种情况，在页框分配器上一层又做了一层SLAB层，SLAB分配器的作用就是从页框分配器中拿出一些页框，专门把这些页框拆分成一小块一小块的小内存，当申请者申请的是小内存时，系统就会从SLAB中获取一小块分配给申请者。它们的整个关系如下图：
   

设备与模块

1. 所以unix系统，设备分为以下类型：块设备，字符设备，网络设备。
2. 块设备，可以寻址，寻址以块为单位，支持重定位操作，也就是对数据的随机访问，块设备通常挂载成文件系统。
3. 字符设备，是不可寻址的，仅提供数据的流式范文，就是一个个字符或者一个个字节访问。和块设备不一样，应用程序可以通过直接访问设备节点与字符设备交互。
4. 网络设备，提供了对网络的访问，通过一个物理适配器和特定的网络协议进行的。他不是通过设备节点来访问，而是通过套接字API来访问的。
5. 杂项设备，miscdev其实是一个简化的字符设备。