Linux内核学习笔记：从启动到文件系统

"这篇内核学习笔记详细记录了作者在研读Linux内核时的心得体会，涵盖了从内核启动过程、系统调用、内核线程、信号通信到kbuild系统、文件系统、设计模式、内存管理和定时器等多个方面。笔记深入浅出地解析了内核的工作原理和实现机制，对于深入理解Linux内核有着重要的参考价值。" 在"读核感悟"系列中，作者首先探讨了Linux内核的启动过程，包括从BIOS的引导、setup辅助程序的作用、内核的解压缩、页面映射的开启以及链接脚本的角色。这部分内容有助于读者理解操作系统如何从硬件层面开始启动，并逐渐构建软件环境。 接着，笔记关注了内核中的系统调用，如系统调用参数的传递、fork()系统调用的实现，以及内核线程和信号通信的机制。这部分内容揭示了内核如何处理用户进程的请求，创建新的执行上下文，并通过信号进行进程间的通信。 在kbuild系统部分，作者讨论了内核模块的编译过程，区分了编译到内核与编译成模块的不同，并详细阐述了makebzImage和makemenuconfig等编译命令的工作原理。这些内容对于开发者理解和定制内核配置非常实用。 笔记还深入到了内核的设计模式，如如何用C语言实现面向对象、虚函数表、多态、继承和模板，以及在文件系统和设备驱动中如何运用这些设计原则。这部分内容有助于开发者理解Linux内核的模块化和可扩展性。 在文件系统和内存管理方面，作者介绍了如何用C语言实现简单的文件系统，以及内核中页表映射的总结。此外，还讲解了exception table如何增强内核的健壮性，以及定时器算法的巧妙之处。关于内存管理，页表故障处理流程的解析使读者能理解内存访问异常时的处理机制。 文件读写部分涉及了select、poll和epoll的实现原理，这些是多路复用I/O的关键技术，用于提高并发性能。作者详细分析了它们的功能、关键结构体、实现细节以及性能分析。 最后，笔记探讨了同步问题，包括内核态自旋锁的实现，对比了抢占式和非抢占式自旋锁，以及它们与用户态自旋锁的区别。这部分内容对于理解和解决多线程环境中的竞态条件至关重要。 整体来看，这篇笔记是深入Linux内核学习的宝贵资料，不仅覆盖了基础概念，也触及了高级主题，适合有一定基础的读者深入研究。