Linux 内核学习笔记：缓冲区

在之前博文 Linux 内核学习笔记：初始化程序（第 4 部分）我们介绍了缓冲区，主要涉及缓冲区管理和初始化。在本文，我们将更深入理解缓冲区。

按照《Linux 内核设计的艺术》的说法，设计缓冲区能给操作系统的运行带来如下两个好处：

  • 形成所有块设备数据的统一集散地，对这些数据的管理更方便、灵活。
  • 对块设备的数据操作效率更高。原因在于缓冲区中的缓冲块是可以被不同进程共享的。

缓冲区总体结构

缓冲区总体结构如下图所示：
图片来源：《Linux 内核设计的艺术》

其中，buffer_head 和 request 是缓冲区管理非常重要的两个数据结构：

  • 缓冲区管理结构（buffer_head）主要负责进程与缓冲区中缓冲块的数据交互，在确保数据交互正确的前提下，让数据在缓冲区中停留的时间尽可能长
  • 块设备请求项（request）主要负责块设备与缓冲区之间的数据交互，在确保数据交互正确的前提下，尽可能地及时将进程修改过的缓冲块中的数据同步到块设备中
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Linux 内核学习笔记：文件操作

这两天把之前写的博文回顾了一遍，所以才迟迟没有写新的博文。这篇博文主要关注文件系统相关的操作（如打开、关闭文件等）。关于文件系统基础知识，请先阅读以下两篇博文：
Linux 内核学习笔记：进程 1 的创建及执行（第 4 部分）
Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 1 部分）

安装文件系统

在此之前，我们已经安装好了根文件系统。安装其他文件系统就是在根文件系统的基础上，把逻辑设备（如硬盘一个分区）上的文件系统安装到根文件系统上，使操作系统具备以文件的形式与该逻辑设备进行数据交互的能力。具体来说，就是将该逻辑设备上的文件系统的根 i 节点，关联到根文件系统的某个 i 节点上。

实现文件系统安装的命令是 mount。如 “mount /dev/hd1 /mnt” 表示将设备 /dev/hd1 上的文件系统挂载在 /mn 目录文件下。shell 进程接到该命令后，会创建一个新进程，新进程调用 mount 命令，并最终映射到 sys_mount 系统调用函数。安装文件系统的工作就由 sys_mount 函数完成。

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Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 3 部分） —— 重建 shell 进程

本文是上一博文 Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 2 部分）续篇。

创建 update 进程

在上一博文 Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 2 部分）中，我们提到在进程 2 刚开始执行时，进程 2 关闭了标准输入设备文件 /dev/tty0 并用 /etc/rc 文件代替之。现在是 /etc/rc 文件占据了进程描述符 task_struct 的 filp[20] 的第 1 项，即 0 项。

创建 update 进程

shell 程序开始执行后，要读取标准输入设备文件上的信息，即进程描述符的 filp[20] 的第 1 项。因为标准设备输入文件 /dev/tty0 已经被 /etc/rc 替换，所以 shell 程序开始读取 /etc/rc 文件内容。

/etc/rc 文件的内容可以通过运行 Linux 0.11 系统来得到： 

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/etc/update &
echo "/dev/hd1" > /etc/mtab
ehco "OK. "
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Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 2 部分） —— 加载 shell 程序

本文是上一博文 Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 1 部分）的续篇续篇。

注：比较完整的进程加载程序案例可参考《Linux 内核设计的艺术》（第 2 版）第 6.3 节“一个用户进程从创建到退出的完整过程”。这个小节写的相当不错！

进程 1 创建进程 2

在打开标准输出、标准错误输出设备文件完毕后，进程 1 继续执行 init 函数，创建进程 2： 

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// init/main.c ---------------------------------
int main(void)
{
	......
	if (!fork()) {		// fork 在子进程（进程 1） 返回 0
		init();		// 在子进程（进程 1）开始执行
	}
}

void init(void)
{
	int pid,i;
	
	......
	if (!(pid=fork())) {
		close(0);
		if (open("/etc/rc",O_RDONLY,0))
			_exit(1);
		execve("/bin/sh",argv_rc,envp_rc);
		_exit(2);
	}
	if (pid>0)
		while (pid != wait(&i))
	......
}
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Linux 内核学习笔记：进程 2 的创建及执行（第 1 部分） —— 打开设备文件

前边的 4 篇博文将进程 1 的创建以及执行阐述完毕，接下来几篇博文开始阐述进程 2 的创建及执行。

几个容易混淆的变量

在上篇博文中就碰到了这几个变量： 

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// fs/super.c ----------------------------------
// super_block 存储的是某一逻辑设备上文件系统的核心信息
struct super_block super_block[NR_SUPER];	// NR_SUPER = 8

// fs/inode.c ----------------------------------
// inode_table 是操作系统用来控制同时打开不同文件的最大数
struct m_inode inode_table[NR_INODE]={{0,},};	// NR_INODE = 32

// fs/file_table.c -----------------------------
struct file file_table[NR_FILE];	// NR_FILE = 64

// include/linux/sched.h -----------------------
struct task_struct {
	......
	struct file * filp[NR_OPEN];	// NR_OPEN = 20
	......
};
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tag:

    缺失模块。
    1、请确保node版本大于6.2
    2、在博客根目录（注意不是yilia根目录）执行以下命令：
    npm i hexo-generator-json-content --save

    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

      jsonContent:
    meta: false
    pages: false
    posts:
      title: true
      date: true
      path: true
      text: false
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谢宏峰，毕业于暨南大学（2009 - 2013）、中国科学院（2013 - 2016），现就职于深信服科技，从事 OpenStack 开发。