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系统应用之Linux操作系统的内核解读入门

2012-9-13不详佚名

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  体系的庞大复杂和文件之间关联的错综复杂,可能就是很多人对其望而生畏的主要原因。当然,这种令人生畏的劳动所带来的回报也是非常令人着迷的:你不仅可以从中学到很多的计算机的底层的知识(如下面将讲到的系统的引导),体会到整个操作系统体系结构的精妙和在解决某个具体细节问题时,算法的巧妙;而且更重要的是:在源码的分析过程中,你就会被一点一点地、潜移默化地专业化;甚至,只要分析十分之一的代码后,你就会深刻地体会到,什么样的代码才是一个专业的程序员写的,什么样的代码是一个业余爱好者写的为了使读者能更好的体会到这一特点,下面举了一个具体的内核分析实例,希望能通过这个实例,使读者对Linux的内核的组织有些具体的认识,从中读者也可以学到一些对内核的分析方法。

  以下即为分析实例:

  【一】操作平台:

  硬件:CPU                    intel Pentium II ;

  软件:Redhat Linux 6.0;      内核版本2.2.5

  【二】相关内核源代码分析:

  1、系统的引导和初始化:Linux 系统的引导有好几种方式:常见的有 Lilo, Loadin引导和Linux的自举引导(bootsect-loader),而后者所对应源程序为arch/i386/boot/bootsect.S,它为实模式的汇编程序,限于篇幅在此不做分析;无论是哪种引导方式,最后都要跳转到arch/i386/Kernel/setup.S, setup.S主要是进行时模式下的初始化,为系统进入保护模式做准备;此后,系统执行 arch/i386/kernel/head.S (对经压缩后存放的内核要先执行arch/i386/boot/compressed/head.S); head.S 中定义的一段汇编程序setup_idt,它负责建立一张256项的 idt 表(Interrupt Descriptor Table),此表保存着所有自陷和中断的入口地址;其中包括系统调用总控程序 system_call 的入口地址;当然,除此之外,head.S还要做一些其他的初始化工作;

  2、系统初始化后运行的第一个内核程序asmlinkage void __init start_kernel(void) 定义在/usr/src/linux/init/main.c中,它通过调用usr/src/linux/arch/i386/kernel/traps.c 中的一个函数void __init trap_init(void) 把各自陷和中断服务程序的入口地址设置到 idt 表中,其中系统调用总控程序system_cal就是中断服务程序之一;void __init trap_init(void) 函数则通过调用一个宏set_system_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call); 把系统调用总控程序的入口挂在中断0x80上;其中SYSCALL_VECTOR是定义在 /usr/src/linux/arch/i386/kernel/irq.h中的一个常量0x80;而 system_call即为中断总控程序的入口地址;中断总控程序用汇编语言定义在/usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S中;

  3、中断总控程序主要负责保存处理机执行系统调用前的状态,检验当前调用是否合法, 并根据系统调用向量,使处理机跳转到保存在 sys_call_table 表中的相应系统服务例程的入口; 从系统服务例程返回后恢复处理机状态退回用户程序;

  而系统调用向量则定义在/usr/src/linux/include/asm-386/unistd.h  中;sys_call_table 表定义在/usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S 中;  同时在 /usr/src/linux/include/asm-386/unistd.h中也定义了系统调用的用户编程接口;

  4、由此可见,linux的系统调用也象 dos 系统的  int 21h 中断服务,  它把0x80 中断作为总的入口, 然后转到保存在 sys_call_table 表中的各种中断服务例程的入口地址 , 形成各种不同的中断服务;由以上源代码分析可知,要增加一个系统调用就必须在 sys_call_table  表中增加一项,并在其中保存好自己的系统服务例程的入口地址,然后重新编译内核,当然,系统服务例程是必不可少的。

  由此可知在此版linux内核源程序中,与系统调用相关的源程序文件就包括以下这些:

  1、arch/i386/boot/bootsect.S

  2、arch/i386/Kernel/setup.S

  3、arch/i386/boot/compressed/head.S

  4、arch/i386/kernel/head.S

  5、init/main.c

  6、arch/i386/kernel/traps.c

  7、arch/i386/kernel/entry.S

  8、arch/i386/kernel/irq.h

  9、include/asm-386/unistd.h


本文来源:不详 作者:佚名

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