9月17日学习笔记

19.5 Linux IO子系统

Linux IO Architecture：

最上面是提供的系统调用接口，其中一部分接口用于与IO设备打交道，内部结构分为两部分，一部分是文件系统，Linux中一切皆是文件，IO子系统是作为文件系统下面的一个组成部分，连接到整个系统内核当中，并通过文件系统对上提供服务的，文件系统之下有Buffer Cache，对于块设备来说，需要有这个部分，设备分为了块设备和字符设备，对于网络设备来说是独立的，这里有复杂的网络协议栈的处理，它的设备驱动与前面两类稍微有些不同

块设备，作为文件系统的一部分来使用，实际文件系统也是存在磁盘上，磁盘也是一种块设备，通过文件系统的系统调用接口，通过文件系统的系统调用接口读信息，缓存里有的直接给结果，缓存里没有的，才会产生IO请求，访问直接的设备，分配相应的资源，等待设备给出相应结果，返回回来，整个读写完成

对于网络协议栈来说，中间有复杂的网络协议层，对上也提供socket接口，socket内部提供传输层（TCP、UDP）、网络层（IP、ARP、ICMP）的内容，

Device Driver：与硬件打交道的软件程序，由设备开发厂商写，对上提供的接口与文件系统接口同

操作系统内核会提供相应的功能，设备驱动程序需要和内核的其它模块打交道，例如内存的分配和回收，如涉及到队列维护，就是调度

设备初始化，设备模块初始化，模块使用完后的清除

打开、关闭、读写

与内核耦合关系太紧密，很可能导致内核的麻烦

IO ports reservations

Interrupt Handler Registration：注册中断处理例程

Memory Allocations 存储分配

Data Transfer between User/Kernel 内核态与用户态交换数据

API requirements

Driver functions return positive ints on success, negative ints on failure

Kernel won't call non-blocking IO functions if previous request still pending

Every kernel function that calls kmalloc() should be reentrant

common mistakes:locking, interrupt time, resource allocation

中断的屏蔽和使能，尽可能快地处理完，把中断打开，以便减少对别人的影响

很多地方用spin lock，也会用读写锁，根据维护的队列不同，采用不同的策略

整个内核加一个锁

如何保证正确、一致？

中断

中断服务例程起来之后，代码很多是不能做的，

资源分配和回收

Device Driver Programming

第二十讲 内核与程序设计语言

20.1 Linux内核错误分析

OS bug与语言有什么关系

bug/error在什么地方，生命周期有多长

空指针、内存分配少了、死锁、没有屏蔽中断，没有释放内存，浮点数、与size相关

Driver出错的概率要大一些，隔离bug，fix bug

Singularity 微软新的内核，C#语言重写，但是两处如今如人意，1、performance；2、向下兼容

Mike Swift：Nooks， Microdrivers， Carbon

Tanenbaum: Minix 3

UNSW: Dingo+Termite

Gun Sirer: Reference Validation

Microsoft: Singularity + Signed Drivers

20.2.1 用rust写操作系统 编程语言Rust

size不会变化的适合放在stack，size会变化，数据空间会回收的，会申请的适合放在heap里面

ownership：对于每一个Rust中的值，都有一个变量来指向它，变量称之为owner，访问到这个变量，就相当于访问到这个值，

对于某一个值而言，在一个时刻，只有一个owner

当超出了作用域，这个owner所管理的value会被丢弃，这个owner也不存在了

20.2.2 rust与操作系统开发

代数系统支持error处理

宏也做的很好

面向底层系统

安全

社区和生态

写OS还需要runtime chaacteristics

建议：改一部分，不改全部，设计与其它部分其它语言的互操作

significant functionality

高性能，高安全

OpenSBI