linux操作系統源代碼詳細分析-全文預覽

　　

【正文】 當__wait_event開始執行時條件為假，但是在執行到16832行時就為真了。 請注意如果在第一次循環時條件就已經滿足，那么前面一行的賦值就浪費了（因為在循環結束之后進程狀態會立刻被再次賦值）。 16831：進程被置為TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態（16190行）。 中國 16829：通過調用add_wait_queue（16791行），局部變量__wait可以被鏈接到隊列上。不過如果你不能提供函數調用所需的開銷，那么就需要使用內聯函數。 引入do/while(0)技巧能夠克服前面所出現的所有問題，現在我們可以編寫FREE4。以FREE2為例，在宏展開之后，為了使編譯器能更準確地識別，我們還需要進行一定的縮進調節，最終代碼如下所示： 中國 這樣就會引起語法錯誤—else和任何一個if都不匹配。 注意wait_event的主體是用一個比較特殊的結構封閉起來的： 奇怪的是，這個小技巧并沒有得到應有的重視。 16844：否則，進程必須等待給定條件轉變為真。 通常，我們用指向等待隊列隊首的指針來表示等待隊列。 中國 1. wait_queue結構 18662：簡單的數據結構就是等待隊列節點，它包含兩個元素： * task—指向struct task_struct結構的指針，它代表一個進程。當事件發生之后，內核遍歷相應隊列，喚醒休眠的任務讓它投入運行狀態。然而無論怎樣，我們學到了一些東西，通常，不管成功與否，改進內核代碼都可以加深你對內核工作原理的理解。 我們可以試驗一個一箭雙雕的辦法。首先，內核可能有自己特有的memcpy函數，我們必須確保對memcpy的調用不會再次進入對printk的調用（有一部分內核移植版定義了自己特有的速度較快的memcpy函數版本，因此所有的移植都要在這一點上保持一致）。由于我們可以預知消息的長度，因此log_size和log_start可以到最后再增長。 25897：返回日志中寫入的字符長度。注意即使沒有文本被實際寫入任何控制臺，這個過程也仍然會發生。 25892：如果內層for循環發現一新行，那么buf中的剩余字符（如果有的話）將被認為是新的消息，因此msg_level會被重置。printk通過遍歷打開的控制臺驅動鏈表告知每一個控制臺驅動去打印當前行設備驅動在本書的討論范圍之外，因此，控制臺驅動代碼則并不包含在內）。（記住，printk可能在所有控制臺打開之前就已經被調用過了。 25879：消息被分為若干行，這當然要使用新行標志符來進行分割。此后，log_size將保持不變，而插入新字符將導致log_start的增長。 log_buf是一個循環緩沖器，log_start和log_size變量（25657行和25646行）分別記錄當前緩沖器的開始位置和長度。 25869：這是前面談到過的內循環，循環將運行到本行結束（也就是檢測到新行標志）或者緩沖器的末尾為止。這樣，就可以將日志等級插入buf中。其中存在一個內部循環能夠處理更多內容（這一點隨后就能看到），因此，每次內循環開始，都開始一個新的打印行。如果內核在這里能夠使用vsnprintf函數的話，情況就會好許多。該函數的功能與標準vsprintf函數非常相似，向buf中寫入格式化文本（25634行）并返回寫入字符串的長度（長度不包括最后一位終止字符0字節）。 如果你對flags 在傳送給spin_lock_irqsave之前為什么不對它初始化感到疑惑，請不要擔心：spin_lock_irqsave（對于不同的版本請分別參看12614行，12637行，12716行和12837行）是一個宏，而不是一個函數。 25845：在SMP邏輯單元中，內核可能試圖從不同的CPU向控制臺同時打印信息（有時在單處理機（UP）邏輯單元中也會發生同樣問題，但由于中斷還未被覆蓋掉，所以問題也并不十分明顯）。由于這些參數在編譯的時候還沒有類型和名字，內核使用由三個宏va_start、va_arg和va_end組成的特殊組及一個特殊類型—va_list對它們進行處理。 printk 25836：參數fmt是printf類型的格式化字符串。如果內核在格式化字符串中檢測不到日志等級序列，那么就會一直打印消息（實際上，日志等級序列并不一定要在格式化字符串中出現，可以在格式化文本中查找到它的代碼）。 如果你已經瀏覽過這些參照行，你可能已經注意到printk和printf的參數十分類似：一個格式化字符串，后跟零個或者多個參數加入字符串中。 * 調試—從3816行開始的ifdef塊使用printk來打印SMP邏輯單元（box）中每一個處理器的相關配置信息，但是此過程只有在使用SMP_DEBUG標志編譯代碼的情況下才能夠被執行。在出現諸如內核檢測到其數據結構出現不一致的事件時，內核會使用printk把相關信息打印到系統控制臺上。即使你不完全理解本節所討論代碼的細節也無關緊要，畢竟本節的主要目的不是理解代碼，一些讀者可以只對本節進行瀏覽。由于Linux只使用同一個編譯器，所以就沒有必要使用if塊（或者ifdef塊）來選擇不同的編譯器。 順便說一下，我們可以注意到這種解決方法和使用用戶對象（或者C語言中充滿函數指針的struct結構）來代替離散的switch語句處理不同類型的方法十分相似。 中國與現有方式不同的是，Linux一般通過簡單函數（或者是宏）調用來抽象出不同平臺間的差異。大部分支持各種不同平臺的代碼由于包含許多預處理代碼而已經變得非常不規范，例如： 這個例子試圖實現操作系統的可移植性，雖然Linux關注的焦點很明顯是實現代碼在各種CPU上的可移植性，但是二者的基本原理是一致的。這樣做的原因主要在于同一行中可能包含有多種測試，而這些測試應該返回相同的錯誤代碼，因此對錯誤變量統一賦值要比多次賦值更為簡單。如果執行到標號out1（不管是順序執行還是使用goto語句進行跳轉到），則r2資源是無效的（也可能剛被釋放），但是r1資源卻是有效的，而且必需在此將其釋放。當然，相當多的函數都能實現這個功能。在這個用語中，一個函數必須實現一系列資源的獲取，包括內存、鎖等等（這些資源的類型未必相同）。 為了討論這些習慣用語，我們首先需要對它們進行命名。 內核代碼習慣用語 內核代碼中使用了一些顯著的習慣用語，本節將介紹常用的幾個。Linux內核是一個特例，因為其執行速度要比向其他編譯器的可移植性遠為重要。 在大多數情況下，這種觀點是不能被人所接受的。 內核對于gcc特性的完全依賴使得內核向新的編譯器上移植更加困難。然而，這仍然是我不再使用Basic進行編程以來見過的使用goto頻率最高的地方。在本書中所包含的不到40 000行代碼中，一共有500多條goto語句，大約是每80行一個。因此，代碼的編寫方式是無關緊要的。也就是說，代碼中被調用的函數在每次函數調用時都會被擴充，因而就可以節約實際函數調用的開銷?！　∈褂脙嚷摵瘮抵豁毎裪nline關鍵字放在函數返回類型的前面?！　　二、使用inline內聯函數替代宏調用　　對于頻繁使用的函數，C語言建議使用宏調用代替函數調用以加快代碼執行，減少調用開銷。 　　如何使用類的inline函數： 　　簡單提一下inline 的使用吧：　　：　　class ClassName{　　.....　　....　　GetWidth(){return m_lPicWidth。 　　3． inline 可以作為某個類的成員函數，當然就可以在其中使用所在類的保護成員及私有成員?！　槭裁磇nline能很好地取代表達式形式的預定義呢？ 　　對應于上面的13點，闡述如下：　　1． inline 定義的類的內聯函數，函數的代碼被放入符號表中，在使用時直接進行替換，（像宏一樣展開），沒有了調用的開銷，效率也很高。 表達式形式的宏定義一例：define ExpressionName(Var1,Var2) ((Var1)+(Var2))*((Var1)(Var2))　　為什么要取代這種形式呢，且聽我道來：　　1． 首先談一下在C中使用這種形式宏定義的原因，C語言是一個效率很高的語言，這種宏定義在形式及使用上像一個函數，但它使用預處理器實現，沒有了參數壓棧，代碼生成 等一系列的操作,因此，效率很高，這是它在C中被使用的一個主要原因。本節將討論其中的一些問題。一般只有在速度是關鍵因素或者一些因平臺相關特性而產生的特殊要求（例如直接和內存管理硬件進行通訊）時才使用匯編語言。隨后將簡要介紹一些實際代碼。（順便說一下，這種開發會比常規慣例要快，因為每一版本所包含的改變比以前更少了，內核開發人員只需花很短的時間就能夠完成一個實驗開發周期。 。一個樹是穩定樹（stable tree），另一個樹是非穩定樹（unstable tree）或者開發樹（development tree）。這些術語在Eric S. Raymond的《教堂與集市》（The Cathedral and the Bazaar）一文中有所介紹，大家可以在~esr/writings/找到這篇文章。可以設想，這在源程序不公開的操作系統中將是什么樣子。 除非你是一個程序員，否則這一點聽起來仿佛沒有多少吸引力。如果你發現了缺陷，你可以對它進行修正，而不用去乞求不知名的公司來為你修正。Linux從Unix的各個流派中不斷吸取成功經驗，模仿Unix的優點，拋棄Unix的缺點。Linux的內核是由世界上一些最優秀的程序員開發并不斷完善的，他們通過Internet相互協作，開發理想的操作系統；他們享受著工作中的樂趣，而且也獲得了充分的自豪感。如果Linux操作系統相當糟糕，那它就根本不值得我們使用，也就沒有必要去研究相關的書籍。但是任何人都不能限制其他用戶涉足本軟件領域，而且所做的修改不能減少其自由程度。按照通用公共許可證(GPL，General Public License)的規定，Linux的源代碼可以自由獲取，這滿足了我們學習該系統的強烈愿望。一些公司正在把內核和一些應用程序同安裝軟件打包在一起，生產出Linux的發行版本，這些公司包括Red Hat和Caldera 公司。它的源代碼量也呈指數形式增長，實現了基本的TCP/IP功能（網絡部分的代碼后來重寫過，而且還可能會再次重寫）。Linus（雖然我知道我應該稱他為Torvalds，但是所有人都稱他為Linus），這個版本已經可以運行gcc、bash和很少的一些應用程序。不過在今天，Linux還是自由內核王國里無可爭議的統治者。另一個原因是據介紹Hurd對于多處理器的支持比Linux本身的內核要好。 15年來，GNU工程已經吸收、產生了大量的程序，這不僅包括Emacs、gcc（GNU的C編譯器）、bash（shell命令），還有大部分Linux用戶所熟知的許多應用程序。 現在讓我們回顧一下，在1984年，杰出的電腦黑客Richard Stallman獨立開發出一個類Unix的操作系統，該操作系統具有完全的內核、開發工具和終端用戶應用程序。 版本混亂的狀態促進了標準化工作的進行。Unix的這些特點大受商業界硬件供應商的歡迎，比如Sun、SGI、HP、IBM、DEC、Amdahl等等；IBM還不止一次對Unix進行了再開發。然而，BSD的進一步改進由外界開發者延續下來，到今天還在繼續進行。但是，在ATamp。從某種程度上來說，這是有社會原因的：學校傾向于使用非正式但通常更好用的BSD風格的Unix，而商業界則傾向于從ATamp。BSD在Unix中增加了很多顯著特性，例如TCP/IP網絡，更好的用戶文件系統（UFS），工作控制，并且改進了ATamp。在這里，Unix得到了計算機系統研究小組（CSRG）的廣泛應用。 由于1956年反托拉斯法案的限制，ATamp。它果真變成了一個文本處理系統—不久之后。由于Linux是在Unix的基礎上發展而來的，我們的話題就從Unix開始。Linux本身只是這個操作系統的內核，是操作系統的心臟、靈魂、指揮中心（整個系統應該稱為GNU/Linux，其原因在本章的后續內容中將會給以介紹）。 * 速度和穩定性。 * 支持對稱多處理機SMP（symmetric multiprocessing），即多個CPU機器以及通常的單CPU（UP）機器。 Linux的工作方式類似于Uinx，它是免費的，源代碼也是開放的，符合標準規范的32位（在64位CPU上是64位）操作系統。盡管研究和教學目的都很好，但是這類系統很少能夠通過對正式操作系統的小部分實現來體現操作系統的實際功能。本書通過分析Linux的內核源代碼，充分揭示了Linux作為操作系統的內核是如何完成保證系統正常運行、協調多個并發進程、管理內存等工作的。具有快速性、穩定性等特點。除了一些研究用的及為操作系統教學而設計的系統外。本書的主題就是這些少數操作系統中的一個：Linux。 * 虛擬內存。 * 圖形用戶接口和桌面環境（實際上桌面環境并不只一個）。這些工具協同工作以組成一個功能強大的實用系統。 Linux和Unix的簡明歷史 為了讓大家對本書所討論的內容有更清楚的了解，讓我們先來簡要回顧一下Linux的歷史。不久，Thompson和Ritchie成功地說服管理部門為他們購買更新的機器，以便該開發小組可以實現一個文本處理系統，Unix就在PDP11上用C語言重新編寫（發明C語言的部分目的就在于此）。在1973年，Thompson和Ritchie在一個操作系統會議上就這個系統發表了一篇論文，該論文引起了學術界對Unix系統的極大興趣。 伯克利加州大學是學術用戶中的一個。T