Jollen 的 Linux 核心分享包,#2: 《講義1~5》

jollen 發表於 October 24, 2006 10:33 PM

講義第1頁到第5頁的說明。

課前說明

作業系統（operating system）理論的教材書，與 process 和 scheduling（排程）相關的主題都是最先被討論的議題。因此，對於 Linux kernel 原始碼的研究，我們也從 process 與 scheduling 有關的部份開始講起。

Process 是執行中的程式，因此「程式如何被執行」是第一個重點，這個部份的觀念當然也包含「程式如何由儲存裝置載入」。緊接著的是，「程式載入記憶體後的佈局（layout）」，這是第二個要研究的重點。當程式被載到記憶體後，作業系統的 scheduler（排程器）便負責排程的工作與執行本文切換（context switch），這是第三個所要討論的重點。

因此，我們將會研究 Linux kernel 的 3 個「process and scheduling」議題：

1. Shell 如何載入執行檔（ELF executables）至記憶體。
2. Process 的 memory 資枓結構。
3. Linux scheduling 與 x86 context switch。

在開始進入主題前，我們先來了解一下 Linux kernel 的開機流程與 scheduler 初始化的關係。然後我們會接著討論「Process Creation」，並一併說明「 Shell 如何載入執行檔（ELF executables）至記憶體」。

編譯 Kernel 2.6 的注意事項

Kernel 2.6 的編譯必須使用 gcc 3.2 版以上，這張講義的 code 位於 init/main.c，由這段 code 也能知道，在編譯時期（compile time）就會做 gcc 版本的檢查。

Operating System Entry Point

init/main.c:start_kernel() 是「 architecture-independent booting process」的起點（entry point），到這裡表示 kernel 的開機已經進入作業系統核心的部份（OS booting），並且完成了機器平臺（architectural）的初始化與設定工作。

用一句簡單的話來解釋：我們已經脫離 arch/ 目錄啦！start_kernel() 也被解釋為作業系統（operating system、linux kernel）的進入點。

Initialization Sequence

在 main.c 裡的 start_kernel() 函數實作中，我們能看到一大串的「initialization」函數呼叫。這些初始化函數的呼叫是有順序關係的，因此是「initialization sequence」。

在整個初始化程序中，與 scheduler 有關的初始化函數說明如下。

Scheduler Initialization Sequence

我們先來說明一下這 3 個初始化函數的主要目的，再深入討論其內部實作：

1. sched_init()：初始化排程器，包含：初始化 run queue、初始化 “idle thread”。
2. pidhash_init()：初始化 “PID” 的 hash table。
3. fork_init()：計算 kernel 能 “fork” 的最大 process 數量。

Keywords

operating system, process, scheduling, Linux kernel, scheduler, context switch, ELF, process creation, run queue, idle thread, PID,

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2006.10.22: Jollen 的 Linux 核心分享包,#1: 《開工篇》

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