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    0 引言

    1 Linux体系结构

    2 Linux内核结构

    3 Linux内核源码目录结构

    4 小结


    0 引言

    学习嵌入式Linux,之前也说过,包括几部分:应用开发、驱动开发、内核开发,我们后面的大部分博文都会围绕在Linux

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    2008-09-06 11:44:59
    solaris内核结构 内核 内核 内核
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    WINDOWS内核结构PPT,对WINDOWS结构进行了清晰的描述
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    Windows内核结构 第一篇博客,随便写下练练手:) Windows内核总共分为三层: 与硬件直接打交道的这一层叫做硬件抽象层简称HAL,这一层的用意就是把所有与硬件相关联的代码逻辑隔离到一个专门的模块中,从而做到尽...

    Windows内核结构

    第一篇博客,随便写下练练手:)

    Windows内核总共分为三层:

    1. 与硬件直接打交道的这一层叫做硬件抽象层简称HAL,这一层的用意就是把所有与硬件相关联的代码逻辑隔离到一个专门的模块中,从而做到尽可能的独立于硬件平台。

    2. HAL之上是内核层,有时也称为微内核,这一层包含了基本的操作系统原语和功能,如线程和进程、线程调度、终端和异常的处理、同步对象和各种同步机制(比如自旋锁)

    3. 在内核层之上则是执行体层,这一层的目的是提供一些可供上层应用程序的或内核驱动程序直接调用的功能和语义。
      在这里插入图片描述
      执行体层和内核层位于同一个二进制模块中即内核基本模块:ntoskrnl.exe Windows内核为用户模式代码提供了一组系统服务,供应用程序使用内核的功能。应用程序通常不直接调用这些系统服务,而是通过一组系统DLL,最终通过ntdll.dll切换到内核模式下的执行体API函数中,以调用内核中的系统服务,NTDLL是链接用户模式和内核模式的桥梁。 对于内核提供的每一个系统服务,该DLL都提供了一个相应的存根函数,这些存根函数的名称以“Nt”作为前缀,例如NtCreateProcess、NtOpenFile和NtSetTimer。另外,ntdll还提供了许多系统级别的支持函数,如映像加载器程序函数(“Ldr”为前缀)、系统事件函数(以“Etw”为前缀),以及一般的运行支持函数(以“Rtl”为前缀)和字符串支持函数等。
      执行体API函数接受的参数来源于各种应用程序,因此,为了保证系统的健壮性以及抵御来自用户模式的恶意攻击,所有执行体API函数必须保证参数的有效性。这意味着他们必须在恰当的时候检查参数的值,若是指针的话,还必须保证调用者可以访问指针所指的内存。通常会在服务函数的开始处检查所有的参数。
      检查代码:

    		PreviousMode = KeGetPreviousMode();
              	if (PreviousMode != KernelMode) {	
              		try {			
              		ProbeForWrite(InputInformation,				
              		InputInfomationLength,				
              		sizeof(ULONG));			
              			if (ARGUMENT_PRESENT(ReturnLength))		
              			{
              				ProbeFOrWriteUlong(ReturnLength);
              			}		
              			except(EXCEPTION_EXECUTE_HANDLER)
              			 {			
              		 	return GetExceptionCode();		
              		 	}
              		}	
              	 }
    
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    微内核结构可以有效地支持多处理机运行,故非常适用于分布式系统,当前比较流行的、能支持多处理机运行的OS,几乎全部都采用了微内核结构,如 Mach OS、Windows 2000/XP。


    目录

    一、计算机体系结构——冯 · 诺依曼结构
    二、必备基础知识
    三、操作系统的结构
    四、虚拟机的概念



    一、计算机体系结构——冯 · 诺依曼结构

    数学家冯·诺依曼提出了计算机制造的三个基本原则,即采用二进制逻辑、程序存储执行以及计算机由五个部分组成(运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备),这套理论被称为冯·诺依曼体系结构。

    在这里插入图片描述


    二、必备基础知识

    1. 中断和陷入

    (1)陷入(自陷 陷阱 trap) 是由软件产生的中断,通常是由于执行了错误的指令 或者 用户请求而产生。 (所以它也是中断,特殊的中断)

    (2)硬件通过系统发送信号到CPU触发中断,软件则执行特别操作,即系统调用,去触发陷入。

    (3)事件是由中断(硬件)或陷入(软件)引起的。也可以说 操作系统也是由中断或陷入驱动的

    (4)中断服务程序用于处理中断。

    (5)中断其实是对控制权的转移


    2. 双操作模式(内核模式与用户模式)

    (1)双操作模式 : 内核模式(系统模式 / 内核态 / 系统态) and 用户模式(用户态)

    (2)目的: 为了对 操作系统的程序 和 用户的程序 进行区分。

    (3)内核模式:OS进行工作; 用户模式:用户程序进行工作。

    (4)当系统启动之后,硬件从内核模式开始。操作系统接着加载,然后开始在用户模式下执行用户程序; 一旦有陷入或中断,硬件会从用户模式切换到内核模式(OS进行工作)。


    3. 特权指令与非特权指令

    (1)将可能引起损害的机器指令设为 特权指令(privileged instruction)

    (2)特权指令包括:切换到用户模式的指令、I/O控制、定时器管理、中断管理等。

    (3)只有在内核模式下才允许执行。

    (4)用户模式下通过 系统调用(system call) 请求OS执行特权指令。


    4. 系统调用

    (1)因为特权指令只能在内核态被执行,因此操作系统有必要提供接口来为应用程序提供诸如读取磁盘某位置的数据的接口,这些接口就被称为系统调用

    (2)当操作系统接收到系统调用请求后,会让处理器进入内核模式,而当处理完系统调用内容后,操作系统会让处理器返回用户模式,来执行用户代码。

    5. 硬件保护——定时器(timer)

    (1)设置目的: 防止用户程序陷入死循环 或 霸占控制权(不将控制返给操作系统)。

    (2)简单来说就是:在交给用户程序之前就设置好时间,然后倒计时,时间一到中断计算机。

    (3)详细介绍:

    定时器可设置为在指定周期后中断计算机,指定周期可以是固定或可变的。

    可变定时器(variable timer)—般通过一个固定速率的时钟和计数器来实现。操作系统设置计数器每次时钟滴答时,计数器都要递减。当计数器的值为 0 时,就会产生中断 。

    (4)修改定时器的指令是特权指令。



    三、操作系统的结构

    1. 单一体结构(不是重点)

    在这里插入图片描述

    2. 层次结构

    在这里插入图片描述

    3. 微内核结构

    在这里插入图片描述

    (1)四个要点

    ① 内核要足够小
    微内核并非是一个完整的OS,而只是将操作系统中最基本的部分放入内核
    通常包含有:1)与硬件紧密相关的部分 2)一些较为基本的功能 3)客户和服务器之间的通信

    ② 基于客户 / 服务器模式
    (其实一看到这个词,我想到的就是一排排很大的那个服务器的机器,然后就很疑惑,操作系统怎么还跟服务器扯上关系了呢。但是仔细看了下,并不是那个实体的服务器机器,这里指的是一组与服务器功能相似的进程,能够提供服务、传递信息,所以还是在系统内部的)

    操作系统最基本的部分放在内核,其它绝大部分功能都放在微内核外的一组服务器(进程)中实现。它们运行在用户态

    服务器进程举例:管理线程的、管理虚拟存储器的、管理 I/O 设备的 ……

    客户与服务器之间通过微内核来进行信息交互,如图:

    在这里插入图片描述


    ③ 应用“机制与策略分离”原理

    说白了就是 食材 与 炒菜方法……机制是食材,策略是炒菜方法,可以把食材炒成各种不同的菜肴。

    机制: 实现某一功能的具体执行机构。通常在微内核中,正因如此,微内核才可以做的如此小。
    策略: 借助算法或参数,利用机制去实现想要的功能。

    ④ 采用面向对象技术

    (2)微内核的基本功能
    ① 进程(线程)管理
    ② 低级存储器管理
    ③ 中断和陷入处理



    四、虚拟机的概念

    在这里插入图片描述

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