《趣谈Linux操作系统》专栏阅读笔记之概述和系统初始化

文件操作在各个层的数据结构的关联

图解CS结构

Linux命令

ls -l

• 第一个字段的第一个字符是文件类型。如果是“-”，表示普通文件；如果是 d，就表示目录。当然还有很多种文件类型，咱们后面遇到的时候再说，你现在先记住我说的这两个就行了。

• 第一个字段剩下的 9 个字符是模式，其实就是权限位（access permission bits）。3 个一组，每一组 rwx 表示“读（read）”“写（write）”“执行（execute）”。如果是字母，就说明有这个权限；如果是横线，就是没有这个权限。

• 这三组分别表示文件所属的用户权限、文件所属的组权限以及其他用户的权限。例如，上面的例子中，-rw-r–r-- 就可以翻译为，这是一个普通文件，对于所属用户，可读可写不能执行；对于所属的组，仅仅可读；对于其他用户，也是仅仅可读。如果想改变权限，可以使用命令 chmod 711 hosts。

• 第二个字段是硬链接（hard link）数目。 第三个字段是所属用户，第四个字段是所属组。第五个字段是文件的大小，第六个字段是文件被修改的日期，最后是文件名。你可以通过命令chown改变所属用户，chgrp改变所属组。

Linux 现在常用的有两大体系，一个是 CentOS 体系，一个是 Ubuntu 体系，前者安装包使用 rpm，后者安装包使用 deb。CentOS 下面使用rpm -i jdk-XXX_linux-x64_bin.rpm进行安装，Ubuntu 下面使用dpkg -i jdk-XXX_linux-x64_bin.deb。其中 -i 就是 install 的意思。

• Linux 也有自己的软件管家，CentOS 下面是 yum，Ubuntu 下面是 apt-get。
• 修改用户的密码：passwd
• 创建用户：useradd
• tar.gz 这种格式的，通过 tar xvzf jdk-XXX_linux-x64_bin.tar.gz 就可以解压缩。
• 配置环境变量，可以通过 export 命令来配置。export 命令仅在当前命令行的会话中起作用，一旦退出重新登录进来，就不管用了。

在 Linux 里，要创建一个新的进程，需要一个老的进程调用 fork 来实现，其中老的进程叫作父进程（Parent Process），新的进程叫作子进程（Child Process）。创建进程的系统调用叫fork，对于 fork 系统调用的返回值，如果当前进程是子进程，就返回 0；如果当前进程是父进程，就返回子进程的进程号。

系统调用

strace 命令，常用来跟踪进程执行时系统调用和所接收的信号。

X86架构

• CPU包括三个部分，运算单元、数据单元和控制单元。运算单元只管算，例如做加法、做位移等等。数据单元包括 CPU 内部的缓存和寄存器组，空间很小，但是速度飞快，可以暂时存放数据和运算结果。控制单元是一个统一的指挥中心，它可以获得下一条指令，然后执行这条指令。这个指令会指导运算单元取出数据单元中的某几个数据，计算出个结果，然后放在数据单元的某个地方。
• CPU 的控制单元里面，有一个指令指针寄存器，它里面存放的是下一条指令在内存中的地址。控制单元会不停地将代码段的指令拿进来，先放入指令寄存器。
• CPU 和内存来来回回传数据，靠的都是总线。总线上主要有两类数据，一个是地址数据，也就是我想拿内存中哪个位置的数据，这类总线叫地址总线（Address Bus）；另一类是真正的数据，这类总线叫数据总线（Data Bus）。

CPU 里面的组件放大之后

先来看数据单元

• 为了暂存数据，8086 处理器内部有 8 个 16 位的通用寄存器，也就是刚才说的 CPU 内部的数据单元，分别是 AX、BX、CX、DX、SP、BP、SI、DI。这些寄存器主要用于在计算过程中暂存数据。

• 这些寄存器比较灵活，其中 AX、BX、CX、DX 可以分成两个 8 位的寄存器来使用，分别是 AH、AL、BH、BL、CH、CL、DH、DL，其中 H 就是 High（高位），L 就是 Low（低位）的意思。

• 这样，比较长的数据也能暂存，比较短的数据也能暂存。你可能会说 16 位并不长啊，你可别忘了，那是在计算机刚刚起步的时代。

在来看控制单元

• IP 寄存器就是指令指针寄存器（Instruction Pointer Register)，指向代码段中下一条指令的位置。CPU 会根据它来不断地将指令从内存的代码段中，加载到 CPU 的指令队列中，然后交给运算单元去执行。

• 如果需要切换进程呢？每个进程都分代码段和数据段，为了指向不同进程的地址空间，有四个 16 位的段寄存器，分别是 CS、DS、SS、ES。

• 其中，CS 就是代码段寄存器（Code Segment Register），通过它可以找到代码在内存中的位置；DS 是数据段的寄存器，通过它可以找到数据在内存中的位置。

• SS 是栈寄存器（Stack Register）。栈是程序运行中一个特殊的数据结构，数据的存取只能从一端进行，秉承后进先出的原则，push 就是入栈，pop 就是出栈。

汇编指令

• mov：move a b ，把b值赋给a,使a=b
• call：call调用子程序
• jmp：无条件跳
• int：中断指令，通过它就可以陷入（trap）内核
• ret：子程序以ret结尾
• add：加法,a=a+b
• iret ：指令将原来用户态保存的现场恢复回来，包含代码段、指令指针寄存器等
• or：
• xor：
• shl：
• shr：
• push：
• pop：
• inc：
• dec：
• sub：
• cmp：

grub2 是一个非常牛的 Linux 启动管理器。

内核初始化

• x86 提供了分层的权限机制，把区域分成了四个 Ring，越往里权限越高，越往外权限越低。
  
• 操作系统很好地利用了这个机制，将能够访问关键资源的代码放在 Ring0，我们称为内核态（Kernel Mode）；将普通的程序代码放在 Ring3，我们称为用户态（User Mode）。

这个过程就是这样的：用户态 - 系统调用 - 保存寄存器 - 内核态执行系统调用 - 恢复寄存器 - 返回用户态，然后接着运行。

• 内核初始化, 运行 start_kernel() 函数(位于 init/main.c), 初始化做三件事
  • 创建样板进程, 及各个模块初始化
  • 创建管理/创建用户态进程的进程
  • 创建管理/创建内核态进程的进程

系统调用的过程

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