趣谈Linux操作系统
刘超
网易杭州研究院云计算技术部首席架构师
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已完结 72 讲
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入门准备篇 (3讲)
开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?
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01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?
02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌
核心原理篇:第一部分 Linux操作系统综述 (3讲)
03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板
04 | 快速上手几个Linux命令:每家公司都有自己的黑话
05 | 学会几个系统调用:咱们公司能接哪些类型的项目?
核心原理篇:第二部分 系统初始化 (4讲)
06 | x86架构:有了开放的架构,才能打造开放的营商环境
07 | 从BIOS到bootloader:创业伊始,有活儿老板自己上
08 | 内核初始化:生意做大了就得成立公司
09 | 系统调用:公司成立好了就要开始接项目
核心原理篇:第三部分 进程管理 (10讲)
10 | 进程:公司接这么多项目,如何管?
11 | 线程:如何让复杂的项目并行执行?
12 | 进程数据结构(上):项目多了就需要项目管理系统
13 | 进程数据结构(中):项目多了就需要项目管理系统
14 | 进程数据结构(下):项目多了就需要项目管理系统
15 | 调度(上):如何制定项目管理流程?
16 | 调度(中):主动调度是如何发生的?
17 | 调度(下):抢占式调度是如何发生的?
18 | 进程的创建:如何发起一个新项目?
19 | 线程的创建:如何执行一个新子项目?
核心原理篇:第四部分 内存管理 (7讲)
20 | 内存管理(上):为客户保密,规划进程内存空间布局
21 | 内存管理(下):为客户保密,项目组独享会议室封闭开发
22 | 进程空间管理:项目组还可以自行布置会议室
23 | 物理内存管理(上):会议室管理员如何分配会议室?
24 | 物理内存管理(下):会议室管理员如何分配会议室?
25 | 用户态内存映射:如何找到正确的会议室?
26 | 内核态内存映射:如何找到正确的会议室?
核心原理篇:第五部分 文件系统 (4讲)
27 | 文件系统:项目成果要归档,我们就需要档案库
28 | 硬盘文件系统:如何最合理地组织档案库的文档?
29 | 虚拟文件系统:文件多了就需要档案管理系统
30 | 文件缓存:常用文档应该放在触手可得的地方
核心原理篇:第六部分 输入输出系统 (5讲)
31 | 输入与输出:如何建立售前售后生态体系?
32 | 字符设备(上):如何建立直销模式?
33 | 字符设备(下):如何建立直销模式?
34 | 块设备(上):如何建立代理商销售模式?
35 | 块设备(下):如何建立代理商销售模式?
核心原理篇:第七部分 进程间通信 (7讲)
36 | 进程间通信:遇到大项目需要项目组之间的合作才行
37 | 信号(上):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
38 | 信号(下):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
39 | 管道:项目组A完成了,如何交接给项目组B?
40 | IPC(上):不同项目组之间抢资源,如何协调?
41 | IPC(中):不同项目组之间抢资源,如何协调?
42 | IPC(下):不同项目组之间抢资源,如何协调?
核心原理篇:第八部分 网络系统 (7讲)
43 预习 | Socket通信之网络协议基本原理
43 | Socket通信:遇上特大项目,要学会和其他公司合作
44 | Socket内核数据结构:如何成立特大项目合作部?
45 | 发送网络包(上):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
46 | 发送网络包(下):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
47 | 接收网络包(上):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
48 | 接收网络包(下):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
核心原理篇:第九部分 虚拟化 (7讲)
49 | 虚拟机:如何成立子公司,让公司变集团?
50 | 计算虚拟化之CPU(上):如何复用集团的人力资源?
51 | 计算虚拟化之CPU(下):如何复用集团的人力资源?
52 | 计算虚拟化之内存:如何建立独立的办公室?
53 | 存储虚拟化(上):如何建立自己保管的单独档案库?
54 | 存储虚拟化(下):如何建立自己保管的单独档案库?
55 | 网络虚拟化:如何成立独立的合作部?
核心原理篇:第十部分 容器化 (4讲)
56 | 容器:大公司为保持创新,鼓励内部创业
57 | Namespace技术:内部创业公司应该独立运营
58 | CGroup技术:内部创业公司应该独立核算成本
59 | 数据中心操作系统:上市敲钟
实战串讲篇 (9讲)
60 | 搭建操作系统实验环境(上):授人以鱼不如授人以渔
61 | 搭建操作系统实验环境(下):授人以鱼不如授人以渔
62 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(一)
63 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(二)
64 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(三)
65 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(四)
66 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(五)
67 | 期末测试:这些操作系统问题,你真的掌握了吗?
结束语 | 永远别轻视任何技术,也永远别轻视自己
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专栏加餐 (2讲)
学习攻略(一):学好操作系统,需要掌握哪些前置知识?
“趣谈Linux操作系统”食用指南
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08 | 内核初始化:生意做大了就得成立公司

刘超 2019-04-12
上一节,你获得了一本《企业经营宝典》,完成了一件大事,切换到了老板角色,从实模式切换到了保护模式。有了更强的寻址能力,接下来,我们就要按照宝典里面的指引,开始经营企业了。
内核的启动从入口函数 start_kernel() 开始。在 init/main.c 文件中,start_kernel 相当于内核的 main 函数。打开这个函数,你会发现,里面是各种各样初始化函数 XXXX_init。

初始化公司职能部门

于是,公司要开始建立各种职能部门了。
首先是项目管理部门。咱们将来肯定要接各种各样的项目,因此,项目管理体系和项目管理流程首先要建立起来。之前讲的创建项目都是复制老项目,现在咱们需要有第一个全新的项目。这个项目需要你这个老板来打个样。
在操作系统里面,先要有个创始进程,有一行指令 set_task_stack_end_magic(&init_task)。这里面有一个参数 init_task,它的定义是 struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task)。它是系统创建的第一个进程,我们称为 0 号进程。这是唯一一个没有通过 fork 或者 kernel_thread 产生的进程,是进程列表的第一个。
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精选留言(69)

  • Virtue 置顶
    感觉大家不用太纠结于代码细节了,知道内河初始化都干了啥就行了吧。。

    作者回复: 对的对的

    2019-04-16
    1
    24
  • why
    - 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
    ---
    - 创建样板进程,及各个模块初始化
        - 创建第一个进程, 0号进程. `set_task_stack_end_magic(&init_task)` and `struct task_struct init_task = INIT_TASK(init_task)`
        - 初始化中断, `trap_init()`. 系统调用也是通过发送中断进行, 由 `set_system_intr_gate()` 完成.
        - 初始化内存管理模块, `mm_init()`
        - 初始化进程调度模块, `sched_init()`
        - 初始化基于内存的文件系统 rootfs, `vfs_caches_init()`
            - VFS(虚拟文件系统)将各种文件系统抽象成统一接口
        - 调用 `rest_init()` 完成其他初始化工作
    ---
    - 创建管理/创建用户态进程的进程, 1号进程
        - `rest_init()` 通过 `kernel_thread(kernel_init,...)` 创建 1号进程(工作在用户态).
        - 权限管理
            - x86 提供 4个 Ring 分层权限
            - 操作系统利用: Ring0-内核态(访问核心资源); Ring3-用户态(普通程序)
        - 用户态调用系统调用: 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
        - 新进程执行 kernel_init 函数, 先运行 ramdisk 的 /init 程序(位于内存中)
            - 首先加载 ELF 文件
            - 设置用于保存用户态寄存器的结构体
            - 返回进入用户态
            - /init 加载存储设备的驱动
         - kernel_init 函数启动存储设备文件系统上的 init
    ---
    - 创建管理/创建内核态进程的进程, 2号进程
        - `rest_init()` 通过 `kernel_thread(kthreadd,...)` 创建 2号进程(工作在内核态).
        - `kthreadd` 负责所有内核态线程的调度和管理
    2019-04-12
    68
  • 时间是最真的答案
    我做Java的,看的云里雾里,好慌啊

    作者回复: 学点c

    2019-04-12
    32
  • ninuxer
    打卡day9
    0生1,1生众生,2是内核态的办公室主任~

    作者回复: 赞

    2019-04-12
    22
  • 孜孜
    逐渐一篇文章要读很多遍,花很多时间。坚持,多看一点,多花点时间,总比啥都不干强。

    作者回复: 赞,加油

    2019-04-14
    13
  • rocedu
    学习Linux内核,我建议看看myKernel(https://github.com/mengning/mykernel)
    2019-04-12
    12
  • William
    0号进程,唯一一个没有通过fork或kernel_thread产生的进程,是进程列表的第一个。
    1号进程是用户态祖先进程。
    2号进程是内核态所有线程运行的祖先。
    2019-04-13
    9
  • rocedu
    推荐一本入门书配套本课程学习,《庖丁解牛Linux内核分析》( https://j.youzan.com/BA2Fr9)

    作者回复: 赞

    2019-04-12
    8
  • 登高
    不去看源码似乎跟不动了

    作者回复: 那就看,哈哈

    2019-04-12
    7
  • Arthur.Li
    0号进程不属于内核态吗?属于的话为啥2号才是内核态祖先

    作者回复: 0号不运行

    2019-06-04
    5
  • 安排
    ramdisk里面是不是也要提前放上存储设备的驱动,然后ramdisk里面的init起来之后,加载对应存储设备的驱动,为了适应各种存储设备,ramdisk里面需要放上市面上各种存储设备的驱动吗?如果是这样的话,那跟把这些驱动放到内核里有什么区别呢?反正也没有节省空间。

    我的理解是这样的,ramdisk中只放要运行的电脑上的存储设备驱动,内核中不放存储设备驱动,这样的话如果每次存储设备不同,我们只需要做一个对应的ramdisk,每次更换存储设备只需要做ramdisk,而内核只需要编译一次就行了,这样效率会提高?如果驱动放到内核一起编译,每次换存储设备都要重新编译内核,效率低。编译内核比做一个新的ramdisk效率低。

    不知道以上理解对不对,还请老师指点一二。

    作者回复: 是的

    2019-04-12
    4
  • 焰火
    超哥您好:
    用户态 --> 内核态 --> 用户态 这点感觉很像进程间的切换啊
    如果把 内核态 也当作 一个进程来看,这个一个内核态进程 是 服务于 多个用户进程的嘛?
    多个用户进程对某一个硬件资源进行系统调用 应该也是有 阻塞排队等待的吧 ~~

    作者回复: 进程切换更复杂了。后面会讲。内核不要当成一个进程看,要不容易晕

    2019-04-14
    3
  • 朱成亮
    对着源码把找文中提到的函数找到,瞄一眼长啥样。现在也只能大概看下有哪些,具体的也看不懂,不过随着瞄的越来越多,应该就越来越懂了吧。

    作者回复: 是的是的

    2019-04-14
    3
  • 扁担
    一口吃不成胖子,慢慢来了😂
    2019-10-31
    2
  • chengzise
    老师好,在执行start_kernel时候还是单任务环境,创建好0,1,2号进程后,start_kernel所在的函数栈属于0号进程吗?start_kernel执行结束,会退出到哪里?之前学习RTOS的时候,主任务相当于0号进程,然后由0进程创建其他进程,创建结束0号进程后进入死循环,监控系统。不知道Linux中start_kernel执行完是怎么处理的,请老师解答,谢谢

    作者回复: start_kernel不属于任何进程,是内核代码

    2019-04-21
    2
  • 天王
    linux内核初始化,首先要初始化职能部门,init/main.c文件的start_kernel函数,相当于main函数,里面有INIT_TASK(项目管理初始化,创建0号进程,0号进程是唯一一个不是通过fork产生的进程,相当于一个模板,在进程列表是第一个,第二个是初始化办公大厅,trap_init函数,中断初始化函数,他是系统调用的中断门。初始化会议室管理系统,mm_init初始化内存管理模块,sched_init进行项目调度,vfs_caches_init初始化基于内存的管理系统rootfs,register_filesystem,在VFS虚拟文件系统定义了一种类型,文件系统是资料库,抽象出数据结构和操作,形成抽象层,就是虚拟文件系统,rest_init用来对对其他的进行初始化,rest_init的一大作用初始化1号进程,1号进程是第一个用户进程是非用户进程的祖先,1号进程启动的过程,kernal_thread函数有kernal_init函数,里面kernal_init_freeable函数,1号进程运行的是一些文件,run_init_process函数,里面调用的do_execve,execve运行一个执行文件,do是系统内核的调用,一般会运行ramdisk/init,sbin/init,bin/init,etc/init和bib/sh,内核态执行系统调用,首先会执行项目执行计划书,即一个ELF格式的文件,然后start_thread,struct regs寄存器,系统调用的时候保存用户上下文,里面将代码段的CS设置为_USER_CS,将用户态的数据段的CS设置为_USER_DS,iret函数用于恢复寄存器,从保存的寄存器里拿出,CS和指令指针寄存器Ip恢复了,指向下一个要执行的语句,DS和函数栈指针SP也恢复了,指向函数栈的栈顶。ramdisk的作用,ramdisk是一个基于内存的文件系统,linux访问存储设备需要驱动,如果市面上所有的系统都放进内核里面,会很大,所以有了ramdisk根文件系统,ramdisk的/init会启动文件系统的init,接下来是系统其他的初始化,2号进程是内核进程的大师兄,kthreadd负责所有内核态线程的调度和管理,用户态有多线程的概念,可以并行执行,内核态线程和进程数据结构一样,统称为Task,
    2019-04-17
    2
  • 星光
    深入内核,才发觉操作系统原来这么神奇!

    作者回复: 的确神奇

    2019-04-14
    2
  • 刘強
    问题1:
         这里的函数 kthreadd,负责所有内核态的线程的调度和管理,是内核态所有线程运行的祖先。
         这句话是正文中的一句话。我的疑问是所有线程的祖先不也是一个线程吗?为什么说是函数?难道这个函数就是2号线程的程序镜像?
        kernel_thread函数的第一个参数是一个函数指针,这个传进来的函数干啥用的,什么时候执行?创建1号线程的时候,我们加载了文件系统中的init程序文件,2号线程的程序文件在哪里?

    问题2:
        引导程序将控制权交给内核后,内核开始执行,这时候还没有什么进程,代码的执行是线性的,也就是没有任何调度,但是创建进程1,2,3后,调度就开始了,那怎么再回到内核的初始化代码中去,也就是start_kenel函数中区,因为我看到创建进程后还有工作需要初始化,但这段代码貌似不在任何进程中。还是初始化彻底完成后,调度程序才开始运行?

       水平有限,写的比较乱,提的问题比较弱智😄

    作者回复: 线程运行的都是函数。2号线程就运行内核的代码就可以了,还要啥文件。

    调度要内核代码主动发起才运行,内核想运行谁就运行谁

    2019-04-12
    2
  • zhong
    “Linux 访问存储设备,要有驱动才能访问”,这句有点疑惑,mbr以及ramdisk加载前的一堆img都是存在硬盘上的,它们在没“驱动”之前是如何被加载的?所以我觉得这个“驱动”是针于文件系统的,而不是硬盘的。不知道理解的对不对?
    2019-10-21
    1
  • 记事本
    学了后面的课程再回过来复习 又感觉多理解了那也一些。

    作者回复: 赞,加油

    2019-08-01
    1
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