1、linux 内核词汇 标准 IEEE POSIX(portable operating system interface for computing systems) X/Open CAE(common application environment)操作系统 ：基本程序集合 kernel:不可少的 procedure 启动时内核装入 RAMDOS 直接交互 其他需要评估请求：硬件特性 用户态(user mode)用户程序非特权模式内核态(kernel mode)内核特权模式多用户：程序独立(不管其他 ) 并发(竞争资源) 认证机制，保护机制(防错误程序干扰) ，保护机制(防恶意程序干扰窥视
2、)，记账机制 限制每个用户资源数CPU 特权模式相关硬件保护机制 防止访问电路GID:只读共享文件 root =superuser=supervisor 可干涉执行中程序进程(process) 执行程序的实例 运行程序的执行上下文 多执行流进程：同地址空间多个指令序列多道程序系统，多处理技术：进程并发 进程与程序：多对多调度程序(scheduler):选择执行哪几个进程抢占式：记录每个进程 CPU 时间，周期性激活调度程序多重处理 进程/内核模式： 进程发系统调用-内核 scheduler 激活-定时中断-转内核态-请求满足-中断通知内核-退回用户态，执行下一条 设备向 CPU 发中断信号 -
3、cpu 发异常信号- -转内核态处理异常内核线程特权进程：运行在内核空间，启动创建关闭结束，无终端设备单模块：内核层集成到内核中，代表当前进程在内核态运行微内核：每层是模块，硬件相关封装进内核，充分 RAM：调出、撤销暂不需要执行进程模块是目标文件：运行时链接到内核或从内核取下 实现文件系统，驱动程序。 。 。 内核态代表当前程序执行。模块方法： 定义软件接口访问模块处理的数据结构，平台无关性 节省内存 需要时链接进内核，否则卸载，内核自动完成无性能损失 无显式消息传递unix 文件：一列字节组成的信息载体（container ）根目录/ regular file ,directory, sy
4、mbolic link, block-oriented device file, character-oriented device file,pipe,fifo,socketabort 异常结束address bus 地址总线address space 地址空间 进程地址空间 用户态：栈，数据，代码区 内核态：数据，代码区 reentrant ,不同进程的几个内核控制路径轮流执行，每个内核控制路径有私有内核态堆栈多用户程序：只装入内存一次，只共享指令，内核自动完成共享地址空间进程通信：共享部分进程地址空间，system v 引入，linux 共享内存技术mmap() 内存映射到进程地址空间。
5、全局变量安全访问：原子操作（内核存在不能单一操作访问的数据结构，删除链表元素）临界区（critical region）进入该代码进程完成后，另一个进程准入。同步内核控制路径、共享数据：非抢占式内核（单处理器无挂起）关中断：单处理器 临界区前禁止硬件中断 信号量：一个整数变量 一个等待进程链表 原子方法 down() up()初始=1 ， =0 时阻塞请求进程，加入链表（慢） 。0 时激活链表 1 个进程 低效自旋锁：spinlock 多处理器 进程发现数据被另一个进程锁住，循环一个指令到解开避免死锁：有限信号量类型，递增顺序请求信号量信号与进程间通信： 报告给进程的系统事件 sigterm：异
6、步通告（ctrl+c sigint） ； 同步错误或异常（访问内存非法地址，sigsegv）POSIX 20 个信号：用户态进程通信同步原语机制：忽略 异步执行特定过程（信号处理程序）内核根据信号编号执行缺省操作：终止进程 将执行上下文和进程地址空间内容写入一个文件（核心转储 core dump）终止进程 忽略信号（允许进程阻塞信号） 挂起进程 恢复暂停进程 sigkill 无法直接处理，不能忽略 system v IPC 资源: 信号量，消息队列，共享内存 shmget 创建共享内存 获得 ipc 标示符-shmat()返回与特定进程共享内存起止 shmdt 删msgsnd()插入消息队列，
7、 msgget()提取消息父进程 fork()创建子进程，描述进程两个指针，数据代码内核写时复制 exit()系统跳跃终止进程，释放资源，向父发 SIGCHILD 信号，缺省操作为忽略写时复制：子进程只读继承父页框，写时异常，异常处理程序将新页框给父，用原来页内容初始化新页。exec()装入新进程，恢复运行子进程结束-zombie process-父进程 wait()/waitpid()-释放进程描述符 返回结束子进程标示符系统初始化创建 init 系统进程 父进程结束-父指针指向 init-监控发 wait 除 zombie进程组： i|s|p 每个进程有个进程组 ID 域，领头进程 PID
8、=组 ID，新建进程插入父进程组中登陆会话（login session）在指定终端开始工作会话进程的所有后代进程，可有几个组在活动状态，只有一个前台组，fg 设前台组，bg 设后台组，bg 访问设备受到 sigttin sigttout信号应用程序申请内存-虚拟内存-硬件内存管理单元（MMU） 内存和 MMU 定位物理位置CPU 虚拟 -物理转换电路：RAM 分 4k 或 8k 页框（page frame） 页表指定对应关系优点：进程并发 可运行大于物理内存的应用 进程可执行只有部分代码装入内存的程序 允许每个进程访问物理内存的一个子集，进程可共享库函数或程序的单一内存映像 程序可重定位，可放
9、在物理内存任何地方 编程不必关系物理内存组织结构需解决内存碎片 :空闲页框物理连续大块可用页框回收法（page- frame reclaiming）:释放额外内存随机访问内存 RAM：1 存内核映像（内核代码 内核静态数据结构）2 存储器处理 2.1 内核对缓存，描述符，其他动态内核数据结构2.2 进程对内存区及文件内存映射2.3 高速缓存从磁盘、其他缓冲设备获好性能内核内存分配器 kernel memory allocator KMA:ram 子系统，由所有内核子系统调用，满足访问请求快 浪费少 减轻碎片 fragmentation 与其他内存管理子系统合作，借用释放页框资源图分配法 2 的
10、幂次方空闲链表 Mckusick-karels 分配算法 伙伴 Buddy 系统 Dynix分配算法 Mach 区域 zone 分配算法 solaris 的 slab 分配算法 linuxexec 系统调用进程虚拟地址空间：内存区链表可执行代码 初始化数据 未初始化数据 初始程序栈（用户态栈） 共享库的可执行代码和数据 堆（程序动态请求的内存）请求调页（demand paging）进程访问不存在页，MMU 发异常，异常处理程序分配空闲页，找数据初始化 malloc/brk 程序动态请求内存，内核更新程序堆内存区大小。 进程虚拟地址异常，分配页框。磁盘交换区域（swap area） :扩充进程虚
11、拟空间。 交换基本单位：页框 进程引用已换出页，异常处理程序分配新页框，用存储在磁盘上的旧内容初始化页框unix 解决磁盘瓶颈：磁盘读出块装入 RAM 一组磁盘缓冲区（ buffer） sync（）系统调用将所有脏缓冲区（内容与对应磁盘块不一样）写入磁盘 磁盘同步。 操作系统周期写回adressing 寻址advisory lock 劝告锁alignment factor 对齐因子anonymous mapping 匿名映射API(application process interface)asynchronous 异步atomic operation 原子操作base time quantu
12、m 基本时间片batch process 批处理过程BIOS basic input/output sysbitmask 位掩码block cluster 块聚簇block device request 块设备请求block group 块组blocking 阻塞block-oriented device file 块设备文件boot loader 引导装入程序bootstrap 启动bottom half 下半部分buffer cache 缓冲高速缓存buffer head 缓冲区首部buffer page 缓冲区页bus address 总线地址cache hit 高速缓存命中cache
13、miss 高速缓存未命中capability 能力chained list 链接表character device 字符设备character-oriented device filecoloring 上色command-line argument 命令行参数constructor 构造函数 control bus 控制总线control register 控制寄存器COW copy on write 写时复制CPL current privilege level 当前特权集CPU-bound CPU 范围credential 信任状critical region 临界区custom i/o
14、interface 专用 i/o 接口data busdemand paging 请求调页dentry cache 目录项高速缓存dentry object 目录项对象dentry operationdestructor 析构函数device controller 设备控制器device driver：在内核中，连接到 SCIS 总线上的设备。特定接口：每个驱动程序与内核其余部分、其他驱动特定设备代码封装在特定模块中接口规范 增加新设备内核统一方式对待所有设备，相同接口访问可写成模块动态装拆进内核，充分 RAM用户程序 用/dev 设备文件发内核请求系统调用接口虚拟文件系统字符设备文件 块设备
15、文件tty 设备驱动 磁带驱动 磁盘驱动逻辑地址：程序分段 segment identitor(segment selector 16 位)+offset （32 位）线性地址：16 进制表示 32 位无符号整数=4G 0x00000000-0xffffffff物理地址：芯片级内存单元寻址。对应微处理器地址引脚发送至内存总线的电信号。32 位无符号整数分段单元（segementation unit）CPU 将逻辑地址转线性地址的硬件电路 实模式（real mode）向前兼容/保护模式（ protected mode）查段选择符 TI，从 gdtr 获线性基地址，选择符索引域*8+gdtr/ld
16、tr= 段描述符+offset分页单元（paging unit）线性转物理段寄存器 cs, ds,es,fs,gs, ss：存段选择符 cs 代码段寄存器，指向存放程序指令的段 有 CPU 当前特权级（current privilege level，CPL）0 ：内核态 3：用户态ds 数据段ss 栈段 指向存放当前程序段段描述符（32 位，8 字节，描述段特征）存在 GDT 或 LDT 中。 系统 GDT 存处理器 gdtr，进程的 LDT 存处理器 ldtr 中32 位 base 域，段第一字节的线性地址粒度位 G，单位为 4096=212，清 0：以字节为单位20 位 limit 域，字
17、节为单位段长度 G=0：1BYTE-1M, ELSE 4K-4GB系统标志 S=0：系统段，存内核数据 else 代码段或数据段4 位 type:段类型特征，存取权限：数据/ 代码段描述符 可 GDT,LDT S=1 任务状态段（task state segment，tss）存处理器寄存器内容， 在 GDT， type=11/9,s=0局部描述表描述符（LDTD ）LDT 段在 GDT 中 type=2,s=0DPL 描述符特权级：限制段存取。=0 CPL=0 可访 =3 cpl 无限制segment-present 标志：=0 当前不在主存在磁盘， linux =1D（代码段）/B（数据段）
18、额外标志： offset32 位，D/B=1，OFFSET16 位，D/B=0第 53 位是保留位，=0AVL 标志：系统使用，linux 忽略段选择符装入段寄存器，段描述符装入非编程 CPU 寄存器。逻辑地址转换不 GDT,LDT，处理器直接引用。段寄存器内容改变，访 GDT(首项=0 ，0 无效，213-1),LDT段选择符：13 位索引，指定 GDT、LDT 相应段描述符入口 0x00020000（gdtr ）+2(索引号)*8TI（描述符表指示符）=0：段描述符在 GDT,=1：LDT2 位 RPL（请求特权级）描述相应段选择符装入 CS 寄存器时的 CPLlinux 爱分页：将线性地
19、址映射不同物理地址。共享线性地址，RISC 处理器段功能有限GDTbase=0x00000000limit-0xfffff G=1 限长=220*212-1=232-1S=1TYPE=0Xa 可读可执行 =2 可读写数据段 地址重叠DPL=0 D/B=1 偏移量=32 位内核选择符由_ _kernel_cs/ds 宏定义用户共享。 。 。_ _user_cs/dstss:每个进程一个，存 GDT，base ,limit=0xeb,G=0,236 字节,type=9/11( 可用的 32 位) ，dpL=0进程 ldt 常指缺省 LDT 段存 defaultldt，只一个空段描述符， limit
20、=7,不缺省时，LDT G=1，limit=1；GDT 有 TSS,LDT 段描述符，未被使用和系统填充：6 个段描述符， 4 个电源管理，4 个空闲，共 14 个。可使用的最多表项数=12+2*NR_TASKS( 进程最大个数8180/2)213=8192 个表项，第一个为空。 进程创建，TSS,LDT 加入 GDT，内核进程 0 init_task，set_tss_desc(0,res=unlink(pathname)删目录项，=0 删除文件filesystem control blockfixup code 修正代码flag 标志frame buffer 显存GDT(global des
21、criptor table)全局描述符表general-purpose i/o interface 通用GID(GROUP ID)组标识符global variable 全局变量hard link 硬链接hardware contexthashheap 堆hidden scheduling 隐含调度i/o APIC(I/O advanced programming interrupt controller)高级可编程中断控制器i/o porti/o shared memoryi/o-bound 范围ICC(interrupt controller communication)中断控制器通信ID
22、(identifier)IDT(interrupt descriptor table)inode cache 索引节点高速缓存inode objectinode operationinput registerineractive processinternal fragmentation 内碎片interpreted script 解释脚本interrupt disabling 关中断interrupt enable 开中断interrupt gate 中断门interrupt mode 中断模式interrupt redirection table 中断重定向表、interruptinter
23、val timer 间隔定时器IPC(interprocess communication)IPC identifierIPC key 关键字IPC resource 资源IPI(interprocessor interrupt)处理器间中断IRQ interrupt requestISR interrupt service routine 例程JFS journaling file system 日志文件系统kernel 内核kernel semaphore 内核信号量kernel control path 内核控制路径 内核执行的指令序列（处理异常，中断，系统调用）交错执行： 1 硬件中断
24、，原控制路径被挂起， 2 个控制路径一个进程2 CPU 检测到异常，挂起，执行合适过程新控制路径，2 个代表一个进程3 系统调用时控制路径证明不能立即满足，选择新进程调用kernel mode 内核态kernel symbol table 内核符号表kernel threadKMA kernel memory allocator 内核内存分配器lazy invocation 松散调用LDT 局部描述符表linear address 线性地址local variablelocality principle 局部性原理locking 加锁logical address 逻辑地址login sess
25、ion 登陆会话LRU least recent used 最近最少用LWP lightweight processmagic number 魔数major number 主号mandatory locking 强制加锁MBR master boot record 主引导记录memory address 内存地址memory arbiter 内存仲裁器memory area 区memory mapping 内存映射memory region 线性区message queuemicrokernelminor number 次号minor page fault 次级缺页MMU(memory man
26、agement unit)内存管理单元module symbol table 模块符号表mount point 安装点named pipe 命名管道nonblocking 非阻塞nonpreemptive 非抢占的N-way set associative N 路组关联object file 目标文件object 对象output register 输出寄存器page cache 页高速缓存page frame 页框page global directory 页全局目录page middle directory 中间目录page slot 页插槽page swap-in/out 换入page
27、tablepaging unit 分页单元PCI(peripheral component interconnect)外部设备互连pending signal 挂起信号permission bitmap 访问权位图PIDpipe bufferpipe sizePIT(programming interval timer)可编程的间隔定时期polling mode 轮循模式preemptive 抢占的primitive semaphore 原始信号量priority inversion 优先级倒置procedure 过程process descriptor:暂停时，保存处理器寄存器内容 程序计数
28、器（PC ） ，栈指针（SP）寄存器，通用寄存器，浮点寄存器，包含 CPU 状态信息的处理器状态寄存器（processor status word）,跟踪进程访问内存 ram 的内存管理寄存器恢复执行：进程描述符装载程序计数器，值指向下条指令。不在 cpu 执行时，进程描述符队列实现等待状态，等待某事件的进程process group 组process list 链表process switching 切换program interpreter 程序解释器protected mode 保护模式quantum 时间片queue of pending request 挂起请求队列race cond
29、ition 竞争read lock 读锁read-ahead group 预读组read-ahead operation 预读操作read-ahead window 预读窗口real mode 实模式real-time processreentrant 可重入的 UNIX 内核 多个进程可同时内核态执行 内核代进程发硬件访问请求，完成后给内核发中断 可重入函数：只改局部变量 可重入内核：可有非重入函数，锁机制 一次只有一个进程执行一个非重入函数 设备控制器发中断-挂起内核进程-CPU应答 提高吞吐量regular file 正规文件request descriptorrequest queue
30、reuse list 重用链表root filesystem 根文件系统RTC(real time clock)实时时钟scheduling policy 调度策略SCSI(small computer sys interface)segment descriptor 段描述符segment selector 段选择符segmentation register 段寄存器segmentation unit 段单元semaphoreshared library 共享库shared memory segment 共享内存段slot index 位置索引slot usage sequence numb
31、er 位置使用序号SMP(symmetric multiprocessor)对称多处理器software interrupt 软中断source codespin lock 自旋锁static timer 静态定时器static prioritystatus register 状态寄存器strategy routine 策略程序superblock object 超级块对象superblock operationsuperuserswap area 交换区swap cache 交换高速缓存swappingsymbolic link 符号链接synchronous 同步system gate 系
32、统门tag 标签task priority register 任务优先级寄存器task queue 任务队列tick 节拍time-outtimer interrupttime-sharing 分时timestamp 时间戳timing measurement 定时测量TLB(translation lookaside buffer)转换后援缓冲器top half 上半部分trap gate 陷阱门TSC (time stamp count)时间标记计数器TSS(task state segment)任务状态段UIDUSB universal serial bus 通用串行user mode 用户态VFS 虚拟文件系统virtual address spacewait queuewrapper routine 封装例程write lock 写锁write-backwrite-through 写透zero pagezombie process 僵死进程
