内核、设备、驱动、文件系统、内核空间、用户空间

学习驱动过程中有一些疑问，记录下来，并希望能在2015-6-30之前能够有一个明确的答案。

疑问：

一、当设备插上的时候，内核怎么发现设备并更新/sys、/dev、/proc文件系统、怎么通知给用户空间？更具体一点是probe的过程

二、device和driver怎么配对？例如一个挂载在IIC总线下的设备，我们看到i2c_bus_type中有一个i2c_device_match，这个到底怎么触发的，只是大概了解通过name来匹配的，但是具体流程一点不知道。

三、device、driver等都是包含kobjec，然后有一个sys_dirent，这样来创建/sys/中文件节点，sysfs.h中提供了很多的接口，具体何时使用的，好像是将device tree形成的dtb解析，这个本身就是一个树状结构，然后对应的/sys结构，具体怎样形成的呢？

四、当来了一个中断时，怎么触发的呢?从硬件触发到最后的driver过程是怎样的呢？

五、driver中那些是优先重点呢？初始化、中断处理？

很多都是通过大婶们的文章理解的，对这个有一个模糊的认识，但是具体是怎样的，自己一点都不了解，希望自己能够慢慢摸索出来。

内核和文件系统的关系

内核：

Linux内核就像人的心脏，灵魂，指挥中心。内核是一个操作系统的核心,它负责管理系统的进程，内存，设备驱动程序，文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。内核以独占的方式执行最底层任务，保证系统正常运行。协调多个并发进程，管理进程使用的内存，使它们相互之间不产生冲突,满足进程访问磁盘的请求等.

操作系统是一个用来和硬件打交道并为用户程序提供一个有限服务集的低级支撑软件。一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体，它们互相依赖，不可分割。计算机的硬件，含有外围设备、处理器、内存、硬盘和其他的电子设备组成计算机的发动机。但是没有软件来操作和控制它，自身是不能工作的。完成这个控制工作的软件就称为操作系统，在Linux的术语中被称为“内核”，也可以称为“核心”。Linux内核的主要模块（或组件）分以下几个部分：

存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化（引导）、系统调用等。

文件系统：

如果只有内核的话，想想一下我们像DOS时代一样，比DOS更加困难，看不到/目录时是怎样一种表情？

转载：http://blog.chinaunix.net/uid-8698570-id-1763151.html

一.什么是文件系统

上图就是硬盘的结构，一个硬盘有很多的盘片组成，然后一个盘片上根据半径打大小不同分了很多圈的磁道，从外向内0、1、2...来表示;然后又根据不同的同心角将每一个磁道划分了很多的扇区

所以磁盘容量的计算公式为：

扇区容量×扇区×磁道×磁头数×盘片

存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数

要点：

（1）硬盘有数个盘片，每盘片两个面，每个面一个磁头

（2）盘片被划分为多个扇形区域即扇区

（3）同一盘片不同半径的同心圆为磁道

（4）不同盘片相同半径构成的圆柱面即柱面

（5）公式：存储容量＝磁头数×磁道（柱面）数×每道扇区数×每扇区字节数

（6）信息记录可表示为：××磁道（柱面），××磁头，××扇区

linux系统中怎么管理起来？



它将磁盘块分为以下三个部分：

1) 超级块，文件系统中第一个块被称为超级块。这个块存放文件系统本身的结构信息。比如，超级块记录了每个区域的大小，超级块也存放未被使用的磁盘块的信息。

2) I-切点表。超级块的下一个部分就是i-节点表。每个i-节点就是一个对应一个文件/目录的结构，这个结构它包含了一个文件的长度、创建及修改时间、权限、所属关系、磁盘中的位置等信息。一个文件系统维护了一个索引节点的数组，每个文件或目录都与索引节点数组中的唯一一个元素对应。系统给每个索引节点分配了一个号码，也就是该节点在数组中的索引号，称为索引节点号

3) 数据区。文件系统的第3个部分是数据区。文件的内容保存在这个区域。磁盘上所有块的大小都一样。如果文件包含了超过一个块的内容，则文件内容会存放在多个磁盘块中。一个较大的文件很容易分布上千个独产的磁盘块中。

这部分的结构体内容见include/fs.h中super_block和inode，里面也介绍了VFS的许多接口

文件主要有属性、内容以及文件名三项。内核将文件内容存放在数据区，文件属性存放在i-节点，文件名存放在目录中。
文件系统会根据超结块里的内容决定选择哪种文件系统来解读这个文件系统的内容，然后

当我们需要查看文件时，我们会通过文件系统的接口来查找inode分区离得内容，会把inode分区里的内容加载到内存，然后可以看到这个文件/目录的属性;如果需要进行读写，然后我们会根据inode中的dentry来查找物理盘上的实体可能是多个磁盘块加载到内存中，现在我们就可以进行读写了;

-----------------------------------------另一种角度的文件系统

文件系统指文件存在的物理空间，linux系统中每个分区都是一个文件系统，都有自己的目录层次结构。

Linux文件系统中的文件是数据的集合，文件系统不仅包含着文件中的数据而且还有文件系统的结构，所有Linux 用户和程序看到的文件、目录、软连接及文件保护信息等都存储在其中。这种机制有利于用户和操作系统的交互。

每个实际文件系统从操作系统和系统服务中分离出来，它们之间通过一个接口层：虚拟文件系统或VFS来通讯。VFS使得Linux可以支持多个不同的文件系统，每个表示一个VFS 的通用接口。由于软件将Linux 文件系统的所有细节进行了转换,所以Linux核心的其它部分及系统中运行的程序将看到统一的文件系统。Linux 的虚拟文件系统允许用户同时能透明地安装许多不同的文件系统。

在Linux文件系统中，EXT2文件系统、虚拟文件系统、/proc文件系统是三个具有代表性的文件系统。

----------------------------上面只是现在的理解，需要多读代码来修正错误。

二.什么是根文件系统

根文件系统首先是一种文件系统，该文件系统不仅具有普通文件系统的存储数据文件的功能，但是相对于普通的文件系统，它的特殊之处在于，它是内核启动时所挂载（mount）的第一个文件系统，内核代码的映像文件保存在根文件系统中，系统引导启动程序会在根文件系统挂载之后从中把一些初始化脚本（如rcS,inittab）和服务加载到内存中去运行。我们要明白文件系统和内核是完全独立的两个部分。在嵌入式中移植的内核下载到开发板上，是没有办法真正的启动Linux操作系统的，会出现无法加载文件系统的错误。

那么根文件系统在系统启动中到底是什么时候挂载的呢？先将/dev/ram0挂载，而后执行/linuxrc.等其执行完后。切换根目录，再挂载具体的根文件系统.根文件系统执行完之后，也就是到了Start_kernel()函数的最后，执行init的进程，也就第一个用户进程。对系统进行各种初始化的操作。

根文件系统之所以在前面加一个”根“，说明它是加载其它文件系统的”根“，既然是根的话，那么如果没有这个根，其它的文件系统也就没有办法进行加载的。它包含系统引导和使其他文件系统得以挂载（mount）所必要的文件。根文件系统包括Linux启动时所必须的目录和关键性的文件，例如Linux启动时都需要有init目录下的相关文件，在 Linux挂载分区时Linux一定会找/etc/fstab这个挂载文件等，根文件系统中还包括了许多的应用程序bin目录等，任何包括这些Linux 系统启动所必须的文件都可以成为根文件系统。Linux启动时，第一个必须挂载的是根文件系统；若系统不能从指定设备上挂载根文件系统，则系统会出错而退出启动。成功之后可以自动或手动挂载其他的文件系统。因此，一个系统中可以同时存在不同的文件系统。在
Linux 中将一个文件系统与一个存储设备关联起来的过程称为挂载（mount）。使用 mount 命令将一个文件系统附着到当前文件系统层次结构中（根）。在执行挂装时，要提供文件系统类型、文件系统和一个挂装点。根文件系统被挂载到根目录下“/”上后，在根目录下就有根文件系统的各个目录，文件：/bin /sbin /mnt等，再将其他分区挂接到/mnt目录上，/mnt目录下就有这个分区的各个目录，文件。

三.内核与文件系统的关系

技术上说Linux是一个内核。“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统，或是GNU/Linux。

文件系统是kernel的一部分。文件系统实现了系统上存储介质和其他资源的交互。kernel tree中的fs目录都是关于文件系统的，可以说它是kernel的一个大子系统。

嵌入式系统在flash中分配了存放内核、根文件系统的区域。bootloader加载了内核，内核启动，加载文件系统，进入Linux系统。

整个嵌入式系统而言，可以分为三个部分1.uboot 2.kernel 3.文件系统。其中kernel中以VFS去支持各种文件系统，如yaffs，ext3，cramfs等等。yaffs/yaffs2是专为嵌入式系统使用NAND型闪存而设计的一种日志型文件系统。在内核中以VFS来屏蔽各种文件系统的接口不同，以VFS向kernel提供一个统一的接口。如打开一个文件时统一使用open，写时采用write，而不用去考虑是那种文件系统，也不用去考虑文件系统是如何将数据写入物理介质的。其中 kernel中的配置，只是让VFS支持这种接口。

----------从不缺少有梦想的人，但是缺少为自己梦想奉献自己的人