內(nèi)核組織架構(gòu)

1、Kernel, Lib,0.12 內(nèi)核有如下幾下目錄：Boot, Fs,In elude ,Mm, I nit,Tools,最外層有一個總的 MakeFile.各目錄文件分布情況如下：Boot: bootsect.S setup.S head.s 其中后綴.S 大寫表明：as 使用GNUC編譯 器的預(yù)處理功能引導(dǎo)啟動程序bootsect.S將setup.S代碼和system模塊加載到內(nèi)存中，并且 分別把自己和setup.S代碼移動到物理內(nèi)存 0x90000和0x90200處，就把執(zhí)行權(quán)交 給了 setup程序。其中system模塊的首部包含head.s代碼。Setup程序的主要作用是利用ROM

2、 BIOS的中斷程序獲取機(jī)器的一些基本參數(shù)，并保存在0x90000幵始的內(nèi)存塊中，供后面程序使用。同時把 system模塊往下移 動到物理地址0x00000幵始處，這樣，system中的head.s代碼就處在0x00000幵 始處了。然后加載描述符表基地址到描述符表寄存器中，為進(jìn)行32位保護(hù)模式下的運行作好準(zhǔn)備。接下來對中斷控制硬件進(jìn)行重新設(shè)置，最后通過設(shè)置機(jī)器控制寄 存器CR0并跳轉(zhuǎn)到 system模塊的head.s代碼幵始處，使CPU進(jìn)入32位保護(hù)模式下運行。Head.s代碼主要作用是初步初始化中斷描述符表中的2 5 6項門描述符，檢查A2 0地址線是否已經(jīng)打幵，測試系統(tǒng)是否含有數(shù)學(xué)協(xié)處理

3、器。然后初始化內(nèi)存頁目錄表，為內(nèi)存的分頁管理作好準(zhǔn)備工作。最后跳轉(zhuǎn)到system模塊中的初始化程序init/main.c 中繼續(xù)執(zhí)行。In it:mai n.cMain.c利用setup.s取得的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)的根文件設(shè)備號以及一些內(nèi)存 全局變量。然后內(nèi)核進(jìn)行硬件的初始化工作。包括陷阱門，塊設(shè)備，字符設(shè)備，tty,包括人工設(shè)置第一個任務(wù)taskO.然后設(shè)置中斷允許標(biāo)志幵中斷，main切換到任務(wù)0中 運行。Tools:build.cBuild.c生成內(nèi)核磁盤映像文件，單獨編繹成可執(zhí)行文件，在lin ux/目錄下的M akefile 文件中被調(diào)用運行，用于將所有內(nèi)核編譯代碼鏈接和合并成一個可運行

4、 內(nèi)核映像文件Image.Mm:Swap.c Page.s Memory.c Makefilepage.s包含頁異常的中斷處理過程(int 14),主要實現(xiàn)了對缺頁和頁寫保護(hù)的 處理。Memory.c是內(nèi)存頁面管理的核心文件，用于內(nèi)存的初始化操作，頁目錄和頁表的管理和內(nèi)核其他部分對內(nèi)存申請的處理過程。Swap.c是內(nèi)存頁面交換管理文件，其中主要包括映射位圖管理函數(shù)和交換設(shè)備訪 問函數(shù)。Lib:write.cwait.c stri ng.csetsid.cope n.c malloc.c_exit.cexecve.cerrno.c dup.c ctype.c close.c_exit.c:程序調(diào)

5、用內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。_asm(i nt0x80:a(NR_exit),b(exit_code);Close.c:疋義了文件關(guān)閉函數(shù)。_syscall1(i nt,close,i nt ,fd)Ctype.c:為ctype.h提供輔助數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，用于對字符進(jìn)行類型判斷Dup.c:復(fù)制文件描述符函數(shù)。_syscall1(int,dup,int ,fd)Errn o.c: 僅定義了一個出錯號變量errno.Execve.c: 運行執(zhí)行程序的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。_syscall3(i nt,execve,co nst char*,file,char *,argv,char*, envp)Malloc.c

6、:內(nèi)存分配函數(shù)。Open.c:Open系統(tǒng)調(diào)用可將一個文件名轉(zhuǎn)換成一個文件描述符。Setsid.c:setsid()系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。_syscallO(pid_t,setsid)Str in g.c:所有字符串操作函數(shù)存在于str in g.h中。Wait.c:包含函數(shù)waitpid() 和wait().wait()系統(tǒng)調(diào)用直接調(diào)用 waitpid() 函數(shù)。Write.c:write()函數(shù)向文件描述符指定的文件寫入count字節(jié)的數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)buf 中。_syscall3(i nt,write,i nt ,fd,c onst char*,buf,off_t,co unt)FS:Tr un c

7、ate.c bitmap.c ino de.c super.c buffer.c pipe.c stat.c ope n.c n amei.c ioctl.c file_table.c file_dev.cfen tl.cexec.c block_dev.cchar_dev.c read_write.c select.c其中file_table.c是空的。高速緩沖區(qū)：Buffer.c :內(nèi)核實現(xiàn)高速緩沖區(qū)的程序是buffer.c 。文件系統(tǒng)中其他程序通過指定需要訪問的設(shè)備號和數(shù)據(jù)邏輯塊號來調(diào)用它的塊讀寫函數(shù)。這些接口函數(shù)有:塊讀取函數(shù)bread(),塊提前預(yù)讀函數(shù) breada()和頁塊讀取函

8、數(shù) bread_page().文件系統(tǒng)底層函數(shù)：Bitmap.c程序包含對i節(jié)點位圖和邏輯塊節(jié)點位圖進(jìn)行釋放和占用處理函數(shù)。操作i節(jié)點位圖的函數(shù)是freenode()和new_inode(),操作邏輯塊位圖的函數(shù)是free_block()和 new_block().Truncate.c程序包括對數(shù)據(jù)文件長度截斷為0的函數(shù)truncate().它將i節(jié)點指定的設(shè)備上文件長度截為0.并釋放文件數(shù)據(jù)占用的設(shè)備邏輯塊。Inode.c程序包括分配i節(jié)點函數(shù)iget()和放回對內(nèi)存i節(jié)點存取函數(shù)iput()以及 根據(jù)i節(jié)點信息取文件數(shù)據(jù)塊在設(shè)備上對應(yīng)的邏輯塊號函數(shù)bmap();Namei.c程序主要包括函

9、數(shù) namei().使用iget(),iput(),bmap()將給定的文件路徑名映射到其i節(jié)點。Super.c 程序?qū)ｉT用于處理文件系統(tǒng)超級塊，包括函數(shù) get_super(),put_super(),free_super().還包括幾個文件系統(tǒng)加載、卸載處理函數(shù)和系統(tǒng)調(diào)用。文件中數(shù)據(jù)的訪問操作：文件數(shù)據(jù)的訪問操作涉及block_dev.c ,file_dev.c,char_dev.c,pipe.c和read_write.c.前面4個文件可以認(rèn)為是塊設(shè)備，字符設(shè)備，管道設(shè)備和普通文件與文件讀寫系統(tǒng)調(diào)用的接口程序，它們共同實現(xiàn)了read_write.c 中的read()和write()系統(tǒng)調(diào)用

10、。通過對被操作文件屬性的判斷，這兩個系統(tǒng)調(diào)用會分別調(diào)用這 些文件中的相關(guān)處理函數(shù)進(jìn)行操作。Block_dev.c 中的函數(shù)block_read() block_write()是用于讀寫塊設(shè)備特殊文件中的數(shù)據(jù)。所使用的參數(shù)指定了要訪問的設(shè)備號，讀寫的起始位置和長度。File_dev.c 中file_read(),file_write()通過指定文件對應(yīng)的i節(jié)點和文件結(jié)構(gòu)，可以知道文件所在的設(shè)備號和文件當(dāng)前讀寫指針。Pipe.c實現(xiàn)管道讀寫函數(shù)read_pipe() write_pipe().另外還實現(xiàn)了創(chuàng)建無名管道的系統(tǒng)調(diào)用pipe().Char_dev.c:系統(tǒng)調(diào)用 read() ,write

11、() 通過調(diào)用 rw_char()實現(xiàn)Read_write.c:實現(xiàn)了系統(tǒng)調(diào)用 read(),write(),lseek().文件和目錄管理系統(tǒng)調(diào)用：Open.c實現(xiàn)與文件操作相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用。 主要有文件的創(chuàng)建，打幵和關(guān)閉。文件宿主 和屬性的修改，文件訪問權(quán)限的修改，文件操作時間的修改和系統(tǒng)文件系統(tǒng)root的變動等。Exec.c實現(xiàn)對二進(jìn)制可執(zhí)行文件和shell腳本文件的加載與執(zhí)行。主要函數(shù)do_execve()是系統(tǒng)中斷調(diào)用(int0x80)功能號_NR_execve()調(diào)用的C處理函數(shù)，也是exec()函數(shù)簇的主要實現(xiàn)函數(shù)。Fentl.c實現(xiàn)文件控制系統(tǒng)調(diào)用fentl()和兩個文件句柄復(fù)制系

12、統(tǒng)調(diào)用dup()和dup2().dup2()指定了新句柄的數(shù)值，dup()返回當(dāng)前值最小的未用句柄。loctl.c文件實現(xiàn)了輸入輸出控制系統(tǒng)調(diào)用ioctl().主要調(diào)用tty_ioctl() 函數(shù)對終端IO進(jìn)行控制。Stat.c實現(xiàn)取文件狀態(tài)信息系統(tǒng)調(diào)用stat()和fstat().stat()利用文件名取信息fstat()利用文件句柄取信息。(文件句柄即文件描述符)其他：select.c 實現(xiàn)select系統(tǒng)調(diào)用。Kern el:Blk_drv Chr_drv Math Asm.s exit.c fork.c mktime.c pani c.c pri ntk.csched.c sig na

13、l.c sys.c sys_call.s traps.c vspri ntf.c其中 Blk_drv 子目錄： blk.h floppy.c hd.c ramdisk.c ll_rw_blk.cChr_drv 子目錄： console.c keybord.s pty.c rs_io.c serial.c tty_io.ctty_ioctl.cMath 子目錄：add.c compare.c convert.c div.c ea.c error.c get_put.c mul.c math_emulate.c中斷處理程序：包括 asm.s和traps.c文件Asm.s用于實現(xiàn)大部分硬件異常所引起

14、的中斷的匯編語言處理過程。系統(tǒng)調(diào)用處理相關(guān)程序：sys_call.s fork.c sig nal.c sys.c exit.cSys_call.s 主要實現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用中斷in t0x80的入口處理過程以及信號檢測處理，同時給出了 sys_execve(),sys_fork()這兩個系統(tǒng)調(diào)用的底層接口，還給出了協(xié)處理器出錯，設(shè)備不存在，時鐘中斷，硬盤中斷，軟盤中斷的中斷處理程序。Sig nal.c涉及內(nèi)核中信號處理函數(shù)。包括設(shè)置和獲取信號阻塞碼，信號處理系統(tǒng)調(diào) 用，可靠信號處理系統(tǒng)調(diào)用等。Exit.c描述進(jìn)程終止和退出的有關(guān)事宜。主要包括進(jìn)程釋放，會話終止和程序退出 以及殺死進(jìn)程，終止進(jìn)程，掛起

15、進(jìn)程等系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。還包括進(jìn)程信號發(fā)送函數(shù) send_sig()和通知父進(jìn)程子進(jìn)程中止的函數(shù)tell_father()Fork.c:該程序是sys_fork()系統(tǒng)調(diào)用的輔助處理函數(shù)集， 給出了 sys_fork()中使 用的 find_empty_process ()和 copy_process () 函數(shù)。還包括內(nèi)存區(qū)域驗證verify_area() 和內(nèi)存分配 copy_mem()函數(shù)。Sys.c:包含很多系統(tǒng)調(diào)用功能實現(xiàn)函數(shù)。其他通用類程序：schedule.c mktime.c pani c.c prin tk.c vspri ntf.cSchedule.c 包含內(nèi)核調(diào)用最頻繁的sc

16、hedule(),sleep_on(),wakeup()函數(shù)，是內(nèi)核的核心調(diào)度程序，用于對進(jìn)程的執(zhí)行進(jìn)行切換或改變進(jìn)程執(zhí)行狀態(tài)。另外還包括 有關(guān)系統(tǒng)時鐘中斷和軟盤驅(qū)動器定時的函數(shù)。Mktime.c:包含內(nèi)核使用的時間函數(shù)mktime(),僅在init/main.c中使用一次Pani c.c:pa ni c()函數(shù)用于在內(nèi)核運行出現(xiàn)錯誤時顯示出錯信息并停機(jī)。Printk.c以及vsprintf.c是內(nèi)核顯示信息的支持程序，實現(xiàn)了內(nèi)核專用顯示函數(shù)prin tf()和字符串格式化輸出函數(shù) vspri ntf().塊設(shè)備驅(qū)動程序：blk.h:定義請求等待隊列中項的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)request，用宏語句定義了

17、電梯搜索算法。Hd.c:提供對硬盤的讀寫驅(qū)動和初始化處理。包含以下函數(shù):1，初始化硬盤和設(shè)置硬盤所用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的sys_setup(),hd_i ni t()2, 向硬盤控制器發(fā)送命令：hd_out()3, 處理硬盤當(dāng)前請求項 do_hd_request()4. 硬盤中斷處理過程中調(diào)用的C函數(shù)readntr(),writentr(),bad_rw_intr(),recal_i ntr().5. 硬盤控制器操作輔助函數(shù) controler_ready(),driive_busy(),win_result(),hd_out(), reset_c on troler()等。Ll_rw_blk.c:執(zhí)行

18、低層塊設(shè)備讀寫操作，是塊設(shè)備與系統(tǒng)其他部分的接口程序，其他程序通過調(diào)用ll_rw_block()來讀寫塊設(shè)備中的數(shù)據(jù)。該函數(shù)的主要功能是創(chuàng)建塊設(shè)備讀寫請求項，并插入到指定塊設(shè)備請求隊列中。實際的讀寫操作則是由設(shè)備的請求項處理函數(shù)request_fn() 完成。硬盤 do_hd_request(), 軟盤 do_fd_request() 虛擬盤 do_rd_request()Ramdiskcrdnit()在init/main.c調(diào)用，用于確定虛擬盤在內(nèi)存中的位置和大小。Do_rd_request()是虛擬盤設(shè)備的請求項操作函數(shù)。Rd_load()是虛擬盤根文件 加載函數(shù)。Floppy.c:軟盤驅(qū)

19、動程序，do_fd_request()函數(shù)字符設(shè)備驅(qū)動程序：包括控制終端設(shè)備和串行終端設(shè)備。控制臺驅(qū)動程序：Keybord.s:鍵盤中斷處理程序。Console.c:實現(xiàn)終端屏幕寫函數(shù)con_write()以及進(jìn)行終端屏幕顯示的控制操作。 串行線路驅(qū)動程序：Serial.c:實現(xiàn)系統(tǒng)串行端口初始化。 Rsn it()中設(shè)置默認(rèn)串行通信參數(shù)， 設(shè)置串 行端口的中斷向量。Rw_write()把串行終端設(shè)備寫緩沖隊列中的字符通過串行線路 發(fā)送給遠(yuǎn)端的終端設(shè)備。Rs_io.s:串行通信中斷處理過程， 對終端的讀寫緩沖隊列進(jìn)行操作。 把從串行線路 接收到的字符存入串行終端讀緩沖隊列read_q中，或把寫

20、緩沖隊列 write_q中需要發(fā)送出去的字符通過串行線路發(fā)送給串行終端設(shè)備。終端驅(qū)動程序與上層接口部分：tty_io.c:含有終端讀寫函數(shù)tty_read(),tty_write(),讀操作的行規(guī)則函數(shù)copy_to_cooked().Tty_ioctl.c:實現(xiàn)函數(shù)tty_ioctl.c可修改指定終端termios結(jié)構(gòu)中的設(shè)置標(biāo)志等信息。數(shù)學(xué)協(xié)處理器：Math_emulate.c:設(shè)備不存在異常處理函數(shù)程序接口math_emulate(),浮點指令仿真處理主函數(shù)do_emu(),別外函數(shù)為仿真運算輔助類函數(shù)。Error.c:用于處理協(xié)處理器發(fā)出的出錯信號，執(zhí)行math_error()函數(shù)。E

21、a.c:用于在仿真浮點指令時計算其中操作數(shù)使用到的有效地址。Convert.c:包含80387仿真操作過程中的數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換函數(shù)。Add.c:處理仿真過程中的加法運算。Compare.c:用于在仿真過程中比較累加器中兩個臨時數(shù)的大小。Get_put.c:處理所有對用戶內(nèi)存的訪問，取得和存入指令，實數(shù)值，BCD數(shù)值等。Mul.c:仿真80387的乘法運算。Div.c:仿真80387協(xié)處理器的除法運算。In clude:Asm Linux Sys a.out.h con st.h ctype.h errno.h fen tl.h sig nal.h stdarg.h stddef.h stri ng

22、.hTermios.h time.h un istd.h utime.hASM子 目錄：io.h memory.h segme nt.h system.hLinux 子目錄： config.h fdreg.h fs.h hdreg.h head.h kernel.h math_emu.h mm.h sched.h sys.h tty.hSys 子目錄： param.h resource.h stat.h time.h times.h types.h utsname.hwait.hA.out.h:文件用于定義被加載的可執(zhí)行文件的結(jié)構(gòu)，主要用于加載程序fs/exec.c中。Const.h :定義了

23、 I節(jié)點中文件屬性和類型i_mode字段所用到的一些標(biāo)志位常量符號。Ctype.h:關(guān)于字符測試和處理的頭文件，定義了一些字符類型判斷和處理的宏。Errno.h:定義出錯號的常量符號Fen tl.h:文件控制選項頭文件，定義文件控制函數(shù)fen tl()和文件創(chuàng)建和打幵函數(shù)中乃至的一些選項。Sign al.h:定義內(nèi)核中使用的所有信號的名稱和基本操作函數(shù)。Sig nal()sig nacti on()Stdarg.h:標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)頭文件，它以宏的形式定義變量參數(shù)列表。主要說明了一個類 型 va_list 和三個宏 va_start,va_arg,va_end ，用于 vsprintf,vprintf

24、,vfprintf 函數(shù)。Stddef.h主要用于存放一些標(biāo)準(zhǔn)定義。Stri ng.h:文件以內(nèi)嵌函數(shù)的形式定義了所有字符串操作函數(shù)，使用了匯編程序。Termios.h:終端接口定義，含有termios結(jié)構(gòu)和通用終端端口設(shè)置函數(shù)原型Time.h:涉及處理時間和日期的函數(shù)Uni std.h:標(biāo)準(zhǔn)符號常數(shù)和類型頭文件，該文件中定義了很多各種各樣的常數(shù)和類型，以及一些函數(shù)聲明。如果程序中定義了符號_LIBRARY_則還包括內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用 號和內(nèi)嵌匯編_syscallO() 等。Utime.h:該文件定義了文件訪問和修改時間的結(jié)構(gòu) utimebuf以及utime()函數(shù)原 型。ASM子 目錄：io.h memory.h segme nt.h system.hIo.h:定義了對硬件端口訪問的嵌入式匯編函數(shù)：outb(),inb(),outb_p(),inb_p()Memory.h:含有內(nèi)存復(fù)制嵌入式匯編宏memcpy(),與string.h中memcpy()相同。Segment.h:定義了訪問段寄存器或與段寄存器有關(guān)的內(nèi)存操作函數(shù)。System.h:定義了設(shè)置和修改描述符/中斷門等的嵌入式匯編宏。Linux 子目錄： config.h fdreg.h fs.h hdreg.h head.h kernel.h math_emu.h mm.h sched.h sys.h