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1、 理解CPU與外設(shè)間通信機(jī)制2、 了解Linux內(nèi)核中的I/O調(diào)度3、 探究Linux內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序4、 深入理解信號(hào)機(jī)制及異常處理流程作為一名程序員。
- 本文目錄導(dǎo)讀：
- 1、 理解CPU與外設(shè)間通信機(jī)制
- 2、 了解Linux內(nèi)核中的I/O調(diào)度
- 3、 探究Linux內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
- 4、 深入理解信號(hào)機(jī)制及異常處理流程
作為一名程序員，我們對(duì)于操作系統(tǒng)內(nèi)核的理解顯得尤為重要。而在眾多操作系統(tǒng)中，Linux無(wú)疑是最受歡迎和廣泛使用的。因此，了解Linux內(nèi)核成為了每個(gè)程序員必不可少的技能之一。
本文將帶你深入剖析基于0.12版本的Linux內(nèi)核，并著眼于CPU數(shù)據(jù)通信這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我們將從以下幾個(gè)方面展開(kāi)討論：
1. 理解CPU與外設(shè)間通信機(jī)制
首先需要明確，在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行指令、運(yùn)算和控制等任務(wù)；而外設(shè)則包括硬盤(pán)、網(wǎng)卡、打印機(jī)等各種輸入輸出設(shè)備。
當(dāng)用戶(hù)通過(guò)外設(shè)向計(jì)算機(jī)發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，其實(shí)是通過(guò)I/O端口（Input/Output Port）向計(jì)算機(jī)發(fā)出命令請(qǐng)求。此時(shí)，由于I/O端口并非直接與CPU相連，因此需要借助特定的芯片來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和處理。
具體而言，在x86架構(gòu)下，則存在兩類(lèi)芯片：南橋芯片（South Bridge）和北橋芯片（North Bridge）。其中南橋負(fù)責(zé)I/O模塊管理及PCI總線連接；而北橋則負(fù)責(zé)連接CPU和內(nèi)存等核心組件。
2. 了解Linux內(nèi)核中的I/O調(diào)度
在操作系統(tǒng)中，為保證各個(gè)進(jìn)程之間公平競(jìng)爭(zhēng)資源，通常會(huì)采用I/O調(diào)度算法。而對(duì)于Linux內(nèi)核而言，則有兩種主要的I/O調(diào)度策略：CFQ（Completely Fair Queuing）和NOOP（No Operation）。
其中CFQ算法是一種基于權(quán)重分配的公平性調(diào)度策略。其通過(guò)根據(jù)不同進(jìn)程優(yōu)先級(jí)來(lái)進(jìn)行任務(wù)劃分，并按照比例為其分配時(shí)間片。相較而言，NOOP則是一種簡(jiǎn)單直接、效率更高的算法，在處理大量數(shù)據(jù)時(shí)表現(xiàn)尤為出色。
3. 探究Linux內(nèi)核中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
與外設(shè)交互需要借助設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。在Linux系統(tǒng)中，每個(gè)外部硬件都對(duì)應(yīng)著一個(gè)特定的設(shè)備節(jié)點(diǎn)文件。當(dāng)用戶(hù)使用該硬件時(shí)，則需要對(duì)應(yīng)地加載相應(yīng)模塊并掛載到節(jié)點(diǎn)上。
在實(shí)際編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，則需考慮多方面因素：如何控制讀寫(xiě)權(quán)限？如何保證穩(wěn)定性及兼容性？以及如何避免死鎖等問(wèn)題？
4. 深入理解信號(hào)機(jī)制及異常處理流程
在Linux系統(tǒng)中，信號(hào)機(jī)制是一種用于進(jìn)程間通訊的重要手段。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程需要向另一個(gè)進(jìn)程發(fā)送消息時(shí)，則可通過(guò)發(fā)送信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
同時(shí)，在計(jì)算機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，難免會(huì)遇到各種異常情況。如何處理這些異常則成為了操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。在Linux內(nèi)核中，則采用了一套完整的異常處理流程，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性。
綜上所述，在理解CPU數(shù)據(jù)通信這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)時(shí)，我們需要深入掌握I/O調(diào)度、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及信號(hào)機(jī)制等多個(gè)方面知識(shí)，并將其有機(jī)地融合起來(lái)使用。
不僅如此，在學(xué)習(xí)Linux內(nèi)核時(shí)還需加強(qiáng)對(duì)底層硬件架構(gòu)和操作系統(tǒng)原理的認(rèn)識(shí)與理解。只有在深入剖析每個(gè)細(xì)節(jié)并靈活應(yīng)用它們的基礎(chǔ)上，才能真正地掌握Linux內(nèi)核這門(mén)技術(shù)，并將其發(fā)揮出更大價(jià)值。
當(dāng)前文章：深入剖析Linux 0.12內(nèi)核——CPU數(shù)據(jù)通信的奧秘
文章起源：http://www.fisionsoft.com.cn/article/cophhdj.html
