<Linux内核探秘>读书笔记

（Linux内核探秘(高剑林著 ）读书笔记)

Linux 文件系统探秘

一 文件系统基本概念

1.1 VFS

Linux内核通过虚拟文件系统（VFS）管理文件系统。

对每个具体文件系统的访问要通过VFS定义的接口来实现。

VFS定义了几个重要的结构，dentry, inode, super_block,通过这些结构将一个真实的硬盘文件系统抽象到内存，通过管理这几个对象就可以完成对文件系统的一些操作。

1.2 超级块super_block

超级块代表了整个文件系统本身。

文件系统内所有的inode也都要链接到超级块的链表头。

超级块是对应文件系统自身的控制块结构。

超级块结构给出了文件系统的全局信息：文件系统的块大小，文件系统中最大文件的尺寸，指向file_system_type结构的指针，魔术数字，指向文件系统根dentry的指针，

超级块对象还定义了一些链表头，用来链接文件系统内的重要成员：s_inodes指向文件系统内所有的inode, s_dirty指向所有dirty的inode对象，s_bdev指向文件系统存在的块设备指针；

超级块结构包含一些函数指针，super_operations提供了最重要的超级块操作。

1.3 目录项dentry

在VFS里，目录本身也是一个文件；每个文件都有一个dentry，这个dentry链接到上级目录的dentry。层层链接，形成一颗dentry树。

为了加快对dentry的查找，内核使用了hash表来缓存dentry，称为dentry cache。

dentry结构的成员：d_inode指向一个inode结构；d_subdirs是子项的链表头；d_child是dentry自身的链表头；d_parent指向父dentry结构；d_hash; d_name保存文件或目录的名字；d_mounted用来指示dentry是否是一个挂载点。

1.4 索引节点inode

inode代表一个文件。

dentry和inode代表一个文件？事实基本如此。

1.5 文件

文件对象的作用是描述进程和文件交互的关系。硬盘上并在存在一个文件结构；进程打开一个文件，内核就动态创建一个文件对象。

设备的概念和总体架构

一 设备的配置表

以PCI设备为准说明。

PCI设备本身就包含一个配置表。

配置表包含设备制造商填充的厂商信息、设备属性等通用配置信息。设备厂商还应该提供设备的控制寄存器信息。设备还可能配备了内存。

设备本身有一些配置信息，如设备ID、制造商ID等。

设备寄存器基址，可以将其看作一个地址，对这个地址写指令就可以控制设备。

PCI总线规范定义的PCI设备配置空间总长度为256字节，配置信息按一定的顺序和大小依次存放。配置空间的前64字节称为配置头。配置头的主要功能是用来识别设备、定义主机访问PCI卡的方式。其余192字节称为本地配置空间，主要定义卡上局部总线的特性、本地空间基地址及范围等。

为设备服务的特殊文件系统sysfs

kobject结构

sysfs创建目录时，传递的参数就是一个kobject结构。可以认为kobject代表sysfs文件系统的一个目录。

1 kobject和kset的关系

kset结构里封装了一个kobject结构，同时包括一个链表头，属于这个kset的所有kobject都要链接到kset的链表头。

2 总线的注册

总线的注册使用platform_bus_init函数。

bus_register的作用是把总线对象注册到内核。

bus对象内含两个kset，一个是devices，另一个是drivers。

serio总线

驱动之间可以嵌套。一种类型的总线可以架构在另一种类型的总线之上。

一 总线适配器

网卡、声卡、显卡、SCSI卡等设备很多都是以PCI卡的形式出现，并插入计算机的PCI插槽。声卡显卡加载驱动后，就可以直接读写操作。SCSI卡本身又可以连接

SCSI硬盘，因此加载SCSI卡的PCI驱动后，必须进行SCSI总线扫描，发现SCSI硬盘设备，才能正确地读写硬盘。这里，SCSI卡就担任了总线桥的任务，它提供了总线

之间的协议转换和互操作。像SCSI卡这样的设备，称为主机总线适配器(HBA)，它一方面是PCI设备，另一方面它又管理SCSI总线的设备。

二 向serio总线注册设备

serio总线建筑在platform总线之上，它们分工合作，共同提供了完整的驱动功能。

从架构的角度看，serio总线这种总线嵌套使用模式类似于总线适配器的模式。

1 注册端口登记事件

serio_register_port函数的作用是注册serio总线。

serio_register_port函数的输入参数serio设置了端口类型。

serio_queue_event函数首先遍历内核的serio_event_list链表。同一个端口只能注册一次。然后创建一个serio_event结构，设置这个serio_event结构的类型为端口注册，唤醒处理这个事件的任务。

2 遍历总线的驱动

serio_add_port函数的关键部分是device_add函数。

serio总线的match函数定义在serio.c文件。serio_bus_match函数在设备注册时多次调用，它的输入参数是serio总线上注册的每一个驱动，需要逐个检查端口设备serio和驱动的匹配情况。

3 注册input设备

调用input_register_device注册input设备。

三 虚拟键盘驱动

PCI总线

一 深入理解PCI总线

当PCI总线扫描到PCI设备后，已经为设备设置了DMA信息、中断信息和I/O端口、I/O内存信息。

1.1 PCI设备工作原理

PCI设备具有自己的设备配置信息，也具备I/O端口和I/O内存，这些端口和内存构成一个独立的地址空间，就是PCI总线地址空间。

CPU要通过主桥才能访问PCI地址空间，PCI设备也要通过主桥才能访问主存。

主桥可以直接产生一条PCI总线，这条总线也是主桥管理的第一条总线，也是0号PCI总线。在内核代码中，会直接使用这条0号总线。

从该总线还可以扩展出一系列的PCI总线，称为PCI桥，以主桥为根节点，这些桥和设备形成了一颗PCI树。

一条PCI总线上，最多只能挂载256个PCI设备。

1.2 PCI总线域

PCI设备具有一个8 bit的总线号，一个5bit的设备编号以及一个3bit的功能编号。

一个主桥下最多拥有256个总线，对大型系统而言这是不够的，为此Linux引入PCI域的概念。

1.3 PCI资源管理

为了管理PCI设备的I/O端口和I/O内存，内核定义了一个resource结构。