RedFlagLinux桌面管理与应用教学大纲-红旗Linux.doc

???????????????????? 红旗Linux内核分析教学指导大纲 一、教学目标 本课程针对具有中级计算机操作系统知识，希望掌握红旗Linux内核的工作机制的用户。了解Linux内核的工作机制是从事系统调试、内核开发、驱动程序开发、嵌入式领域的开发的必备课程。对于系统管理和Linux应用程序开发也有相当的帮助。本课程将展示Linux2.6内核的丰富特性和内核的各主要部分的工作情况。 完成本课程学习的学员将能够： 了解操作系统内核基础的相关知识 了解红旗Linux内核内存管理的实现 了解红旗Linux内核进程管理的实现 了解红旗Linux内核文件系统的实现 了解红旗Linux内核设备管理的实现 了解红旗Linux内核中的中断和异常处理 了解红旗Linux内核中的同步机制 了解红旗Linux中的进程间通信机制及实现 了解红旗Linux下设备驱动程序编写的基础知识 了解红旗Linux内核中网络相关的知识 二、教学内容 1. Linux 核心简介 作为Linux核心学习的第一步，我们需要首先了解核心在整个操作系统中的作用，了解用户进程和核心的交互关系。进而介绍Linux核心的体系结构以及Linux核心各主要组成部分的简介。最后简单介绍核心代码的目录结构，配置和编译方法。 内核在操作系统中的地位和作用 用户态和核心态，用户进程和内核的交互 Linux内核的体系结构及主要组成部分的简介 内核模块简介 内核目录结构介绍 内核配置和编译 qemu虚拟机的配置和使用 2. 内存管理 内存管理是操作系统的主要功能之一。本课程以Intel 80x86平台为例介绍Linux内核的内存管理，包括物理页面的分配和释放，请求分页机制，内存交换机制。最后简要介绍Intel的64位平台EM64T和IA64 逻辑地址,线性地址和物理地址 80x86 内存管理单元 物理页面的表示(page结构) 分页，请求调页以及页表管理 进程地址空间和核心地址空间 内存分配算法和slab， 页面的回收 内存交换 高端内存与kmap 64位的EM64T和IA64 3. 进程管理 进程管理是操作系统的主要功能之一。本课程介绍进程、线程、核心线程的概念，以及进程的创建消亡、上下文切换等内容。最后介绍进程管理中最重要的部分：Linux的进程调度算法 进程的概念 线程的概念和在Linux中的实现 核心线程 进程的创建和消亡 上下文切换 进程调度算法 4. 进程地址空间 这部分是内存管理的第二部分，描述进程的地址空间和管理。 进程的内存描述符mm_struct 线性内存区间VMA 动态内存分配及brk系统调用 5. Linux文件系统 文件系统是操作系统的主要功能之一。本课程介绍Linux的虚拟文件系统VFS、日志文件系统等概念。并详细介绍 Linux下应用最广泛的ext3文件系统。随后介绍文件系统的一些高级特性，例如LVM2,异步I/O, Direct I/O。最后介绍PROC文件系统及PROC文件系统中的重要的文件。 虚拟文件系统接口 VFS 日志文件系统 ext3 LVM2 和 RAID 文件读写 内存映射文件 异步I/O Direct I/O Proc文件系统 6. Linux设备管理 本教程描述Linux2.6内核的统一设备对象模型。以及块设备的缓冲管理和I/O调度算法 设备文件 The /sys 文件系统和设备对象模型 字符设备和块设备 块设备缓存管理, Page Cache, buffer Cache I/O 调度算法 7. 中断和异常处理 中断和异常介绍 中断处理函数和软中断 softirqs tasklets work queues 系统调用 内核同步机制 同步机制是内核模式下编程最重要的概念。了解内核存在哪些同步机制以及它们的适用范围对于了解支持SMP和内核抢占特性的Linux内核尤为重要。 同步机制简介 信号量 转锁，读写锁，序列锁 Per-CPU变量 读拷贝更新机制(RCU) 内存 barrier 同步机制总结和各同步机制的适用范围 进程间通信 同样用户进程间也需要有相应的通信机制。Linux继承了Unix的信号、管道、SYSV IPC等特性。这里介绍它们的概念，使用方法和内部实现。 信号 管道 命名管道 SYSV 信号量 SYSV 消息队列 SYSV 共享内存 Posix 消息队列 10. Linux 设备驱动 Linux内核从代码量来统计，绝大部分是各种设备的驱动代码。设备驱动的开发涉及众多的内容，限于篇幅，本课程只能简单的介绍设备驱动开发的基础知识。 Linux设备驱动体系结构 时间和定时器 字符设备驱动 块设备驱动 Linux 网络 网络是Linux操作系统的重要部分，本课程将介绍socket编程接口，Linux的TCP/IP网络栈，Li