灵与肉的结合
2011-11-04
曾几何时，我们为调试成功第一段汇编小程序而欢欣鼓舞，为写完C语言小程序通宵达旦，为自己的数据结构解决了一个实际问题而踌躇满志。再后来我们学习了计算机组成原理或者高级点的计算机系统结构，学习过操作系统的实现和设计，看过算法导论...但好像一切又渐渐变得遥远了，虽然书本上的一切也都感觉上能理解，但总是朦朦胧胧觉得缺少点什么，或许是觉得所有的知识都是断断续续的，感觉很多知识是无本之源。但这本书拂去了一切挡在眼前的薄薄尘埃，让我看见所有的一切都在这里完美结合了，有如灵魂和肉体的结合，一切都富有活力起来。汇编、数据结构、算法、操作系统理论、计算机系统结构、C语言、编译器等等好像都在这里闪动着五颜六色的极富魅力的小光线，我揉了揉干涩的眼睛，渐渐地，我看清了它们组成的光芒照耀着的是操作系统...
看的是影印版，本书特点：
1.也是最大的特点，用足够多的汇编来介绍操作系统的一些功能如启动、切换、同步、中断。汇编(不是DOS下的汇编)是了解操作系统跳不过去的坎，有了至少一种CPU汇编的理解，其实相当于理解了相应CPU的架构，这才算真正的开始了解操作系统。这本书是汇编和Linux操作系统的桥梁。
2.对编译操作系统需要的编译选项也做了不少铺垫，真的算体贴入微了。
3. 有如外科手术刀，提供了很好的几个断面来了解Linux。即使这么复杂的系统，也能这样娓娓道来，非常不容易。 循序渐进、深入浅出，书中出现的未知内容或者重要概念一般会提示你在哪里查找。
本书是我看过花费时间最长的书，总结原因如下：
1. 知识量大：操作系统本身概念多、难点多、平时接触少。
2. 细节太多：本书主要从下至上的形式讲解，一开始就有太多的细节(汇编、数据结构、函数)，需要熟读几遍的基础上才有可能再从上到下的方法进行总结，知道了重点和纽带，思路才变得慢慢清晰起来。遗忘和迷失方向是经常的，每次学习也带来新的自我提问。查看相关代码的数据结构、函数、相互引用、书本内容的确认需要很多时间。另外Linux 2.6是个实际运行系统，太多的错误处理、接口、参数和扩展等，使得源码变得更加晦涩难懂。
3. 内容交织：书中几乎每一章与其他章节都联系紧密。仅仅一个函数，可能引用了书中很多其他章节或操作系统的许多概念，变得非常难以理解(如Page Fault Exception Handler(P376))，因此你根本无法仅依赖熟读某一章里面就完全了解这一章内容，而且几乎每一章都包含一些后面章节未介绍的概念，很多时候觉得有点无处下手。每个功能的区别可能用一个位来表示，变得非常隐晦，很难记住这么多。操作系统的概念介绍一般包括功能、实现方式、数据结构、相关函数(算法)、汇编实现、全局变量、初始化、正常关闭等。同时每个概念的实现中还可能包括系统调用、特殊文件目录(/proc或/sys)、shell命令、系统初始化(start_kernel下的函数)、权限、资源、中断、信号、编译选项、统计等。因此也积累了无限的可能，这也许操作系统难学的原因吧。操作系统的复杂也许来自于层次性和不可分割性。
看了本书的体会：
1. linux操作系统让数据结构、算法、计算机系统结构、汇编、驱动、有了驰骋的疆场。操作系统的设计理念得到实现或试验，而不是仅仅停留在白纸上。
2. 问题的思考层次，编程中出现的问题能尝试从多层次出发进行考虑，如CPU指令/操作系统实现(包括模块和驱动)/系统函数接口/C函数接口/应用系统，理解操作系统在其中能起到的桥梁作用，同时兼顾编译器的帮助。
3. 这本书打开了无数扇窗，每一扇风景都等着你去发现。这本书只是认识Linux操作系统的开始，这本书理论为主，实战少。但是经过这本书磨练，实际工作中的碰到的操作系统中大部分的概念，你都可以自己在源码中得到证实，而不是“好像觉得","牛人说","书上说"。
4. 对windows操作系统也会有新的认识，并且尝试重新认识数据库、java虚拟机等。
本书的重点总结:
1. 汇编 head.S entry.S 与启动、切换、中断、系统调用等相关
2. 内存管理(P35,P294)
3. 程序切换和调度(P102, P290)
4. ext2文件读(写)过程：结构图(P561) 理解每一层的做什么
5. 各个层的缓存、各种缓存技术(LRU,cache, hot/cold page…)，,以及页面回收算法RFPA
6. exec过程(P828)：
ext2文件读(写)过程：结构图(P561) 理解每一层的做什么
read(P508) 【层：User Mode】
-->sys_read-->vfs_read-->file->f_op->read() 【层：VFS】
---->generic_file_read(P632) 【层：Disk File(Block Device File)】
------>do_generic_file_read(p635)-->do_generic_mapping_read 【层：Page Cache (inode)】
-------->ext2_read_page(P638)-->mpage_readpage() 【层：ext2】
---------->submit_bio()-->generic_make_request(P570) 【层：Generic Block Layer】
------------>__make_request -->q->add_request() 【层：I/O Scheduler】
相关request在I/O Scheduler队列中的 q->request_fn函数(即do_hd_request)调用：
do_hd_request(以HD.c为例) 【层：Block Device Driver 取队列，发起读请求】
-->elv_next_request(),
-->hd_request()
read_intr() 【层：Block Device Driver中断，读数据，从队列中删除，再发起请求】
-->end_request()
---->end_that_request_first()
---->blkdev_dequeue_request()
---->end_that_request_last()
共享内存(P801)、文件映射(P657)、直接文件读写的区别
a. 共享内存的缺页：
do_no_page (预先在mmap()-->shmem_zero_setup设置shmem_nopage ）
-->vma->vm_ops->nopage
-->shmem_nopage
---->shmem_getpage
------>find_lock_page
------>shmem_alloc_page
------>add_to_page_cache_lru
b. 文件映射的缺页：
do_no_page(预先在mmap-->file->f_op->mmap设置filemap_nopage)
-->vma->vm_ops->nopage
-->filemap_nopage
---->find_get_page
---->mapping->a_ops->readpage(一般为ext2_aops.read)
---->ext2_readpage 函数直接读写 ext2文件系统，inode缓存由前面的步骤建立了。
c. 文件映射和直接读写文件相同点：
i. 都调用ext2_readpage函数，则ext2层以下完全相同
ii. 都采用inode的Page Cache,由直接文件读写的do_generic_file_read和文件映射的filemap_nopage分别建立
iii. 都可能尝试磁盘的预读。
d. 文件映射和直接文件读写不同点：
直接读文件，修改后并写入文件：数据需要从内核态-->用户态复制一次，再从用户态-->内核态复制一次，还可能需要两次高端映射。
相关参考书目:
<深入理解计算机系统>
<Intel Achitecheture Software developer's manual>
<Unix 高级编程>
<Linker & Loader>
gcc 文档
附：
不过就在昨天，我觉得自己是个碎片，在生命的苍穹中毫无节奏地颤动。
如今我知道自己就是苍穹，一切生命都是节奏分明的碎片，在我内在活动。.....纪伯伦
查字典图书网
