Linux内核执行指南：深入理解CPU指令与系统架构

本文档《站在CPU执行指令的角度-Linux内核源代码导读》由中国科学技术大学计算机系的陈香兰教授编写，旨在帮助读者深入了解Linux内核源代码的工作原理。该教程针对Linux 2.6.26版本进行介绍，以I386架构为背景，从操作系统的基本概念入手，包括操作系统的主要组成部分如内核与用户程序、进程管理、中断处理、内存管理和虚拟内存等。 文章首先介绍了操作系统的核心功能，它负责与硬件交互并管理资源，为用户程序提供稳定高效的运行环境。其中，内核承担了关键任务，如进程调度、内存分配、中断处理以及系统调用的处理等。 在I386系统层面，文章详细解析了代码的运行机制，尤其是关键寄存器cs:eip的作用，它们控制着程序的执行流程，无论是顺序执行、跳转还是函数调用。cs:eip总是指向下一条指令地址，而堆栈则扮演了存储调用路径、参数和局部变量的重要角色。C语言编译器有特定的堆栈使用规则，理解这些对于理解操作系统底层代码至关重要。 文中特别关注了堆栈操作，如esp（堆栈指针）和ebp（基址指针）的用途，以及push和pop指令在函数调用中的作用。当一个函数被调用时，会创建一个新的堆栈帧，通过esp调整来保存必要的信息，以便在函数返回时恢复执行上下文。 中断处理是另一个关键部分，文中提到中断/异常处理机制，解释了当CPU遇到中断时，如何从用户态切换到内核态，执行中断服务程序，然后返回到中断前的状态。此外，还提到了中断控制器8259和键盘中断的具体应用。 系统调用是进程与内核交互的重要方式，通过系统调用，用户程序可以请求内核的服务，如文件操作、内存管理等。最后，文档简要提到了内核中其他模块的运作，如进程管理队列、进程状态（如idle和intr）以及idtr（中断描述符表）的使用。 这篇文档为学习Linux内核源代码的读者提供了一个从CPU执行指令角度出发的深入剖析，有助于理解操作系统底层的工作原理和关键机制。