11－15用戶進程

參考書籍：《操作系統　真象還原》　作者：鄭鋼

本書的11~15章代碼，我沒有細看。故沒有具體的細節。只有大體的思路。

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第十一章：用戶進程

來自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/36291290

1. Linux爲了提高任務切換的速度，所有任務共享一個TSS。通過TR寄存器保存這個TSS，使用ltr指令加載TSS。Linux的任務切換方式只需要修改TSS中的SS0和esp0。
2. 進程與線程最大的區別就每個進程都擁有單獨的4GB虛擬地址空間，所以，需要單獨爲每個進程維護一個虛擬地址池，用來標記該進程中哪些地址被分配了，哪些地址沒有被分配
3. 一般情況下，CPU不允許從高特權級轉向低特權級，只有從中斷返回或者從調用門返回的情況下纔可以。製造從中斷返回的條件，執行iretd指令了。
4. 當初創建線程的時候是將棧的返回地址指向了kernel_thread函數，通過該函數調用線程函數實現的。這裏我們只需要把執行線程的函數換成（創建進程的函數就可以了）。

第十二章：系統調用＆＆內存管理

來自：十三. 實現系統調用、十四. malloc&free的實現 　　作者：主旋律

系統資源的調用

之前，我們直接在系統中使用內核函數進行打印。
我們肯定不希望，用戶進程可以直接使用內核函數。所以，我們使用中斷門。用戶進程，通過中斷，調用內核資源。
實現系統調用

1. 用中斷門實現系統調用，通過0x80中斷作爲系統調用的入口。
2. 在IDT中安裝0x80號中斷對應的描述符，在該描述符中註冊系統調用對應的中斷處理例程。
3. 建立系統調用子功能表，利用eax寄存器中的子功能號在該表中索引相應的處理函數
4. 用宏實現用戶空間系統調用接口_syscall，最大隻支持3個參數，ebx保存第一個參數，ecx保存第二個參數，edx保存第三個參數
   注：由於使用中斷，權限發生變化。中間使用了不同權限的棧。如果使用棧進行參數傳遞，則需要將３級棧中的參數穿入０級棧中。但是，由於我們使用的是寄存器，所以可以不用考慮。

內存管理

之前使用位圖，直接分配，每次分配總是劃出4KB的大小，有點浪費。
所以，我們將一頁，劃分成大小相同的內存塊。我們把這種方式稱之爲arena。
arena是一大塊的內存被劃分的多個小的內存塊的內存倉庫。
按照內存塊的大小，可以劃分成不同規格的arena。

一塊arena大小的內存總有分配完的時候，也就是該arena中的所有mem_block都分配出去了，那麼肯定需要新增一個與之前arena規格相同的arena來滿足內存的需求，那麼這些相同規格arena之前同樣需要一個結構來進行管理，這個結構用來記錄arena的規格以及同規格arena中所有空閒內存塊鏈表。

內存塊描述符中會將所有同規格arena的空間內存塊進行彙總，它相當於所有內存塊的大倉庫，分配內存的時候經過這個大倉庫，找到裏面的某個arena，也就是小倉庫，最後從這個arena中找到某個空閒的內存塊，將其分配出去。

第十三章：磁盤分區

理解：主分區，擴展分區，子擴展分區，邏輯分區。
詳細內容見書上。《真象還原》在磁盤這裏的介紹，比鳥哥的好些。當然，是側重點不同。
（下圖爲，爲一個磁盤分成一個主分區和一個擴展分區。擴展分區又被分成四個子擴展分區。）

第十四章：文件系統

首先，我們的系統暫時採用索引結構------inode的文件組織形式。

索引結點，用來索引、跟蹤一個文件的所有塊。

此分區最大創建的文件數是有限制的。，正如 Linux 中每分區的 inode 數量是固定的
目錄也是文件。目錄文件和普通文件在inode看來，沒有區別。
我們是通過文件名來訪問文件。文件系統通過inode來訪問文件。
文件系統如何把文件名和inode關聯起來？——通過目錄項。

目錄也是文件。根目錄會被固定，每次開始進入根目錄（或者藉此進入其他目錄）。（Ｔhink why ?）
最後所有的東西合在一起，便是超級塊。用來保存系統元信息的元信息。

好了。現在，假設，文件系統的基礎有了（上面內容）。

但是文件系統，光有內容不行，還得有管理操作。（不再是，簡單的理解：不同的文件系統就像是劃分不同的格格這樣簡單了。）

磁盤裏面存儲的是文件內容。使用的時候，我們得將他們加載進入內存。好，加載進入內存，這和什麼有關係？answer是進程（文件操作(系統)和前面的進程結合）。不同的進程，可以打開相同的文件。爲了相互之間不影響，所以每次打開，我們會產生一個“文件結構“。它可以用來記錄文件的偏移量，inode的指針等。爲了避免PCB臃腫，我們只在PCB中存入文件描述符的下標。如文件描述符０，表示標準輸入，１表示標準輸出，２表示標準錯誤。

[外鏈圖片轉存失敗(img-3FTWM2UH-1565965970851)(11用戶進程.assets/文件描述符和inode的關聯關係.png)]

現在從左到右梳理一下圖 14-16 ，某進程把文件描述符作爲參數提交給文件系統時，文件系統用此文件描述符在該進程的 PCB 中的文件描述符數組中索引對應的元素，從該元素中獲取對應的文件結構的下標，用該下標在文件表中索引相應的文件結構，從該文件結構中獲取文件的 inode ，最終找到了文件的數據塊 。提示 ，若該 inode 隊列中不存在，此時會多一個處理過程 文件系統會從硬盤上將該 inode 加載到 inode 隊列中，並使文件結構中的“ inode 指向它，將來介紹 inode 操作相關的函數時會再次提到。

之後在此基礎上，實現文件及目錄的創建、打開、讀寫、路徑解析、權限讀取等操作（這裏面有個前提是磁盤驅動。這樣硬盤中的內容才能調入內存）。一個簡單的文件系統便完成。

第十五章

這一章，不想看了。

放暑假，明後兩天進城裏，吃香的，喝辣的。

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總結

這本書是很好的。

１～10章的代碼，我一點一點的看明白哈。

11～14章，不好意思得撈撈頭，代碼沒咋看。只是看了下文字的概念。

至於落下的內容，以後遇到，在慢慢打磨。。。

• 從實模式進入了保護模式。(這是一步大跨越。)
• 將所學的彙編©，微機原理，操作系統串起來了.（雖然還是不能理解進程和線程的區別。上次有人說現在linux中線程和進程一樣。我問了下～。他也沒告訴我原因。當然，我也google到）。
• 簡單學了點makefile。我不要再寫“玩具”代碼。看這本書，會看到大量的Ｃ代碼，看的腦袋疼。當然，突然就意識到，數據結構和函數聲明放在頭文件中。頭文件！！！ 從頭到尾寫在一個文件中的長程序，就是垃圾，中學生都不屑於乾的事情，我t大三（快大四）才意識到😢。

• 代碼：https://github.com/da1234cao/tiny-os　（我從網上fork過來的。在doc目錄下面，放了我的筆記）

• 筆記１：https://blog.csdn.net/sinat_38816924/article/category/9093369　（這也是我的博客，可以關注一下：😄）

• 筆記２：https://zhuanlan.zhihu.com/c_177480196　（帶哥知乎專欄整理的內容👍）

• 操作系統討論羣1：ＢookOS開發技術交流羣：913813452　（我當時因爲進入這個羣，纔開始看操作系統）

• 《真象還原》1羣：748933138

• 我的ＱＱ號：2714144035 (歡迎討論)