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Linux 核心--3.軟件基礎(chǔ)( 三 )

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2.2.3　設(shè)備驅(qū)動(dòng)
設(shè)備驅(qū)動(dòng)組成了Linux核心的主要部分 。象操作系統(tǒng)的其他部分一樣，它們運(yùn)行在高權(quán)限環(huán)境中且一旦出錯(cuò)　將引起災(zāi)難性后果 。設(shè)備驅(qū)動(dòng)控制操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的相互操作 。例如當(dāng)文件系統(tǒng)通過使用通用塊設(shè)備接口來對(duì)IDE磁盤寫入數(shù)據(jù)塊 。設(shè)備驅(qū)動(dòng)負(fù)責(zé)處理所有設(shè)備相關(guān)細(xì)節(jié) 。設(shè)備驅(qū)動(dòng)與特定的控制器芯片有關(guān)，如果系統(tǒng)中有一個(gè)NCR810　SCSI控制卡則需要有NCR810　SCSI的驅(qū)動(dòng)程序 。


2.2.4　文件系統(tǒng)
Linux和Unix一樣，系統(tǒng)中的獨(dú)立文件系統(tǒng)不是通過設(shè)備標(biāo)志符來訪問，而是通過表示文件系統(tǒng)的層次樹結(jié)構(gòu)來訪問 。當(dāng)Linux添加一個(gè)新的文件系統(tǒng)到系統(tǒng)中時(shí)，會(huì)將它mount到一個(gè)目錄下，比如說/mnt/cdrom 。Linux的一個(gè)重要特征就是支持多種文件系統(tǒng) 。這使得它非常靈活并且可與其他操作系統(tǒng)并存 。Linux中最常用的文件系統(tǒng)是EXT2文件系統(tǒng)，它在大多數(shù)Linux分發(fā)版本中都得到了支持 。文件系統(tǒng)提供給用戶一個(gè)關(guān)于系統(tǒng)的硬盤上文件和目錄的總體映象，而不管文件的類型和底層物理設(shè)備的特性 。Linux透明地支持多種文件系統(tǒng)并將當(dāng)前安裝的所有文件和文件系統(tǒng)集成到虛擬文件系統(tǒng)中去 。所以，用戶和進(jìn)程一般都不知道某個(gè)文件位于哪種文件系統(tǒng)中，他們只是使用它 。塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)將物理塊設(shè)備類型（例如IDE和SCSI）和文件系統(tǒng)中的差別隱藏起來，物理設(shè)備只是數(shù)據(jù)塊的線性存儲(chǔ)集合 。設(shè)備的不同導(dǎo)致塊大小的不同，從軟盤設(shè)備的512字節(jié)到IDE磁盤的1024字節(jié) 。這些都隱藏了起來，對(duì)系統(tǒng)用戶來說這都是不可見的 。不管設(shè)備類型如何，EXT2文件系統(tǒng)看起來總是一樣 。


2.3　核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
操作系統(tǒng)可能包含許多關(guān)于系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的信息 。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生變化時(shí)，這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須做相應(yīng)的改變以反映這些情況 。例如，當(dāng)用戶登錄進(jìn)系統(tǒng)時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)新的進(jìn)程 。核心必須創(chuàng)建表示新進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)　將它和系統(tǒng)中其他進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)連接在一起 。大多數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存在于物理內(nèi)存中并只能由核心或者其子系統(tǒng)來訪問 。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)和指針；還有其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址或者子程序的地址 。它們混在一起讓Linux核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)看上去非?；靵y 。盡管可能被幾個(gè)核心子系統(tǒng)同時(shí)用到，每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都有其專門的用途 。理解Linux核心的關(guān)鍵是理解它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及Linux核心中操縱這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的各種函數(shù) 。本書把Linux核心的　描敘重點(diǎn)放在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，主要討論每個(gè)核心子系統(tǒng)的算法，完成任務(wù)的途徑以及對(duì)核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的使用 。


2.3.1　連接列表
Linux使用的許多軟件工程的技術(shù)來連接它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 。在許多場(chǎng)合下，它使用linked或者chained數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 。每個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描敘某一事物，比如某個(gè)進(jìn)程或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，核心必須能夠訪問到所有這些結(jié)構(gòu) 。在鏈表結(jié)構(gòu)中，個(gè)根節(jié)點(diǎn)指針包含第一個(gè)結(jié)構(gòu)的地址，而在每個(gè)結(jié)構(gòu)中又包含表中下一個(gè)結(jié)構(gòu)的指針 。表的最后一項(xiàng)必須是0或者NULL，以表明這是表的尾部 。在雙向鏈表中，每個(gè)結(jié)構(gòu)包含著指向表中前一結(jié)構(gòu)和后一結(jié)構(gòu)的指針 。使用雙向鏈表的好處在于更容易在表的中部添加與刪除節(jié)點(diǎn)，但需要更多的內(nèi)存操作 。這是一種典型的操作系統(tǒng)開銷與CPU循環(huán)之間的折中 。

2.3.2　散列表
鏈表用來連接數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較方便，但鏈表的操作效率不高 。如果要搜尋某個(gè)特定內(nèi)容，我們可能不得不遍歷整個(gè)鏈表 。Linux使用另外一種技術(shù):散列表來提高效率 。散列表是指針的數(shù)組或向量，指向內(nèi)存中連續(xù)的相鄰數(shù)據(jù)集合 。散列表中每個(gè)指針元素指向一個(gè)獨(dú)立鏈表 。如果你使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描敘村子里的人，則你可以使用年齡作為索引 。為了找到某個(gè)人的數(shù)據(jù)，可以在人口散列表中使用年齡作為索引，找到包含此人特定數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 。但是在村子里有很多人的年齡相同，這樣散列表指針變成了一個(gè)指向具有相同年齡的人數(shù)據(jù)鏈表的指針 。搜索這個(gè)小鏈表的速度顯然要比搜索整個(gè)數(shù)據(jù)鏈表快得多 。由于散列表加快了對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問速度，Linux經(jīng)常使用它來實(shí)現(xiàn)Caches 。Caches是保存經(jīng)常訪問的信息的子集 。經(jīng)常被核心使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將被放入Cache中保存 。Caches的缺點(diǎn)是比使用和維護(hù)單一鏈表和散列表更復(fù)雜 。尋找某個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，如果在Cache中能夠找到（這種情況稱為cache　命中），這的確很不錯(cuò) 。但是如果沒有找到，則必須找出它，并且添加到Cache中去 。如果Cache空間已經(jīng)用完則Linux必須決定哪一個(gè)結(jié)構(gòu)將從其中拋棄，但是有可能這個(gè)要拋棄的數(shù)據(jù)就是Linux下次要使用的數(shù)據(jù) 。

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