11－15用户进程

曾经终败给现在 2021-10-29 15:00 316阅读 0赞

参考书籍：《操作系统　真象还原》　作者：郑钢

本书的11~15章代码，我没有细看。故没有具体的细节。只有大体的思路。

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## 第十一章：用户进程 ##

来自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/36291290

1.  Linux为了提高任务切换的速度，所有任务共享一个TSS。通过TR寄存器保存这个TSS，使用ltr指令加载TSS。Linux的任务切换方式只需要修改TSS中的SS0和esp0。
2.  **进程与线程最大的区别就每个进程都拥有单独的4GB虚拟地址空间**，所以，需要单独为每个进程维护一个虚拟地址池，用来标记该进程中哪些地址被分配了，哪些地址没有被分配
3.  一般情况下，CPU不允许从高特权级转向低特权级，只有从中断返回或者从调用门返回的情况下才可以。制造从中断返回的条件，执行iretd指令了。
4.  当初创建线程的时候是将栈的返回地址指向了kernel\_thread函数，通过该函数调用线程函数实现的。这里我们只需要把执行线程的函数换成（创建进程的函数就可以了）。

## 第十二章：系统调用＆＆内存管理 ##

来自：[十三. 实现系统调用][.]、[十四. malloc&free的实现][. malloc_free] 　　作者：主旋律

### 系统资源的调用 ###

之前，我们直接在系统中使用内核函数进行打印。  
我们肯定不希望，用户进程可以直接使用内核函数。所以，我们使用中断门。用户进程，通过中断，调用内核资源。  
**实现系统调用**

1.  用中断门实现系统调用，通过0x80中断作为系统调用的入口。
2.  在IDT中安装0x80号中断对应的描述符，在该描述符中注册系统调用对应的中断处理例程。
3.  建立系统调用子功能表，利用eax寄存器中的子功能号在该表中索引相应的处理函数
4.  用宏实现用户空间系统调用接口\_syscall，最大只支持3个参数，ebx保存第一个参数，ecx保存第二个参数，edx保存第三个参数  
    注：由于使用中断，权限发生变化。中间使用了不同权限的栈。如果使用栈进行参数传递，则需要将３级栈中的参数穿入０级栈中。但是，由于我们使用的是寄存器，所以可以不用考虑。

### 内存管理 ###

之前使用位图，直接分配，每次分配总是划出4KB的大小，有点浪费。  
所以，我们**将一页，划分成大小相同的内存块**。我们把这种方式称之为arena。  
arena是一大块的内存被划分的多个小的内存块的内存仓库。  
按照内存块的大小，可以划分成不同规格的arena。

一块arena大小的内存总有分配完的时候，也就是该arena中的所有mem\_block都分配出去了，那么肯定需要新增一个与之前arena规格相同的arena来满足内存的需求，那么这些相同规格arena之前同样需要一个结构来进行管理，这个结构用来记录arena的规格以及同规格arena中所有空闲内存块链表。

**内存块描述符中会将所有同规格arena的空间内存块进行汇总**，它相当于所有内存块的大仓库，分配内存的时候经过这个大仓库，找到里面的某个arena，也就是小仓库，最后从这个arena中找到某个空闲的内存块，将其分配出去。

## 第十三章：磁盘分区 ##

理解：主分区，扩展分区，子扩展分区，逻辑分区。  
详细内容见书上。《真象还原》在磁盘这里的介绍，比鸟哥的好些。当然，是侧重点不同。  
（下图为，为一个磁盘分成一个主分区和一个扩展分区。扩展分区又被分成四个子扩展分区。）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 第十四章：文件系统 ##

首先，我们的系统暂时采用索引结构------**inode**的文件组织形式。

索引结点，用来索引、跟踪一个文件的所有块。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][] ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

此分区最大创建的文件数是有限制的。，正如 Linux 中每分区的 inode 数量是固定的  
目录也是文件。目录文件和普通文件在inode看来，没有区别。  
我们是通过文件名来访问文件。文件系统通过inode来访问文件。  
文件系统如何把文件名和inode关联起来？——通过目录项。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][] ![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

目录也是文件。根目录会被固定，每次开始进入根目录（或者借此进入其他目录）。（Ｔhink why ?）  
最后所有的东西合在一起，便是**超级块**。用来保存系统元信息的元信息。

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3NpbmF0XzM4ODE2OTI0_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

好了。现在，假设，文件系统的基础有了（上面内容）。

但是文件系统，光有内容不行，还得有管理操作。（不再是，简单的理解：不同的文件系统就像是划分不同的格格这样简单了。）

**磁盘里面存储的是文件内容。使用的时候，我们得将他们加载进入内存。好，加载进入内存，这和什么有关系？answer是进程**（文件操作(系统)和前面的进程结合）。不同的进程，可以打开相同的文件。为了相互之间不影响，所以每次打开，我们会产生一个“文件结构“。它可以用来记录文件的偏移量，inode的指针等。为了避免PCB臃肿，我们只在PCB中存入文件描述符的下标。如文件描述符０，表示标准输入，１表示标准输出，２表示标准错误。

\[外链图片转存失败(img-3FTWM2UH-1565965970851)(11用户进程.assets/文件描述符和inode的关联关系.png)\]

> 现在从左到右梳理一下图 14-16 ，某进程把文件描述符作为参数提交给文件系统时，文件系统用此文件描述符在该进程的 PCB 中的文件描述符数组中索引对应的元素，从该元素中获取对应的文件结构的下标，用该下标在文件表中索引相应的文件结构，从该文件结构中获取文件的 inode ，最终找到了文件的数据块 。提示 ，若该 inode 队列中不存在，此时会多一个处理过程 文件系统会从硬盘上将该 inode 加载到 inode 队列中，并使文件结构中的“ inode 指向它，将来介绍 inode 操作相关的函数时会再次提到。

之后在此基础上，实现文件及目录的创建、打开、读写、路径解析、权限读取等操作（这里面有个前提是磁盘驱动。这样硬盘中的内容才能调入内存）。一个简单的文件系统便完成。

## 第十五章 ##

这一章，不想看了。

放暑假，明后两天进城里，吃香的，喝辣的。  
![在这里插入图片描述][20190816224150728.jpeg]  
![在这里插入图片描述][20190816224158293.jpeg]

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## 总结 ##

这本书是很好的。

１～10章的代码，我一点一点的看明白哈。

11～14章，不好意思得捞捞头，代码没咋看。只是看了下文字的概念。

至于落下的内容，以后遇到，在慢慢打磨。。。

*  **从实模式进入了保护模式**。(这是一步大跨越。)
 *  **将所学的汇编©，微机原理，操作系统串起来了.**（虽然还是不能理解进程和线程的区别。上次有人说现在linux中线程和进程一样。我问了下～。他也没告诉我原因。当然，我也google到）。
 *  简单学了点makefile。我不要再写“玩具”代码。看这本书，会看到大量的Ｃ代码，看的脑袋疼。当然，突然就意识到，数据结构和函数声明放在头文件中。**头文件！！！** 从头到尾写在一个文件中的长程序，就是垃圾，中学生都不屑于干的事情，我t大三（快大四）才意识到?。

*  代码：https://github.com/da1234cao/tiny-os　（我从网上fork过来的。在doc目录下面，放了我的笔记）
 *  笔记１：https://blog.csdn.net/sinat\_38816924/article/category/9093369　（这也是我的博客，可以关注一下：?）
 *  笔记２：https://zhuanlan.zhihu.com/c\_177480196　（带哥知乎专栏整理的内容?）
 *  操作系统讨论群1：ＢookOS开发技术交流群：913813452　（我当时因为进入这个群，才开始看操作系统）
 *  《真象还原》1群：748933138
 *  我的ＱＱ号：2714144035 (欢迎讨论)

[.]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/36305921
[. malloc_free]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/36550234
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