Linux内核笔记

这样的一套函数库其实是可以用于任意的链表的，只要你在你的链表中包含list_head类型的小结构体。

然而，这样使用的时候我们还需要考虑一个问题，如何访问大结构体中的元素呢，比如在图中，我们要如何访问fox类型节点的weight和tail元素呢？
一般访问结构体的使用中，比如我们有指向结构体的指针ptr，我们能这么访问：

也就是根据list_head的地址得到大的结构体的起始地址。
在container_of的定义中：

• 第二行的意思是将list_head在结构体的地址赋给__mptr，之所以要这么中转一下，可能是相当于对ptr做了一个类型检查，如果ptr不是member类型，这条语句编译不会通过。
• 第三行之所以要用(char *）强制类型转换一下，是因为不同类型的指针减去不同的数减去的字节数是不一样的，比如int *型的减1相当于减4,这里的计算内存地址单位是字节，所以必须将指针转换成char *类型去减相对偏移才能得到正确的起始地址。
  

得到大结构体的起始地址之后，我们就可以很容易地访问结构体的各个元素。
在Linux中，我们知道，所有的进程都是init的后代进程，这些进程构成了一棵进程树。这些进程树使用类似结构体的方式存储,然后各个节点的内容不是一样的，然而仍然能形成一棵树，就是使用类似上面的这种技巧。

C中的联合体和结构体不同地方在于，联合体的元素共享内存。
由于联合体的这个特性，联合体有一些特殊的妙用。

• 进行超级强制类型转换
  在某些时候，如果你要使用强制类型转换，可能会转换不成功。而使用超级强制类型转换，就不存在转换不成功的问题。
  
  
  1. struct test {
     
  2.     union {
     
  3.         char a;
     
  4.         int b;
     
  5.     }
     
  6. }

  复制代码
  
  
  这个时候当实例化一个test结构体的时候，test.a和test.b是共享同一块存储的，所以，对它们的改变都会体现在另一个上。只需要根据需要访问test.a或者test.b就无形中进行了类型转换。
  
  
  • 创建变色龙类型
    与上面代码类似，只是我们手动指定一个type值，比如：
    
    
    1. struct Valriant {
       
    2.     char type;
       
    3.     union {
       
    4.         int iVal;
       
    5.         long lVal;
       
    6.         float fVal;
       
    7.     }
       
    8. }

    复制代码
    
    
    这个就是指定了要使用的类型，有什么用途呢？比如A和B通信，使用了这样一个struct，那么A在给B传递数据的时候，可以指定当前存储的值的类型。当B收到结构体的时候，访问Valriant.type，如果结果为int，那么B就访问Valriant.ival，如果值为float，那么B就访问Valriant.fVal……
    位域操作，就是指定使用精度到bit，而不是字节。比如：
    
    

    1. struct A {
       
    2.     unsigned char a:1;
       
    3.     char b:3;
       
    4.     unsigned char c:1;
       
    5.     unsigned char d:1;
       
    6.     unsigned char e:2;
       
    7. };

    复制代码

    
    这里整个sizeof(A)的值是多少呢，为1，因为总共占用1+3+1+2+1个比特。
    一般不太用得着位域，但是在位操作的时候，比较方便，尤其在嵌入式系统上，需要操作按bit位来操作的话，有时候还是挺好使的。
  • ###内存布局初探
    首先，看一下一段c++中的代码：
    
    

    1. class A {};
       
    2. class B {
       
    3.     int a;
       
    4.     fun();
       
    5. }
       
    6. class C (
       
    7.     int a;
       
    8.     virtual fun();
       
    9. )

    复制代码

    
    
    sizeof(A)、sizeof(B)、sizeof(C)分别是多少呢？
    分别为1、4、不确定但起码大于8，第二个为4是因为代码段不占用空间，第三个和虚函数的概念有关。看不明白没关系，有一本书《深度探索C++对象模型》。
    下面再来说说Linux的虚拟内存管理：
    Linux的虚拟内存管理机制为应用程序和驱动程序提供了两种服务：
    
    
    • 使每个进程拥有自己独立的内存地址空间;对于32位Linux来说，每个每个任务可寻址的内存地址空间都为0x00000000 ~ 0xFFFFFFFF(4GB）
    • 当物理内存不够4GB时，虚拟内存管理模块会用外存空间模拟内存空间，并且该模拟过程对应用程序是透明的。
      
    什么是用户地址空间，什么是内核地址空间呢？
    • Linux将每个进程的4GB的独立地址空间又划分为用户地址空间(0x00000000 ~ 0xBFFFFFFF)和内核地址空间(0xC0000000 ~ 0xFFFFFFFF)两部分。
    • 操作系统内核代码和数据存放在内核地址空间；每个进程自己私有的代码和数据存放在用户地址空间。
    • 虽然Linux的内核代码和数据被映射到了每个进程的地址空间中（所有进程看到的内容是相同的），但在实际的物理内存中，只有内核代码和数据的一份拷贝。
    • 随着进程的切换，当前有效的用户地址空间也在切换。
      
    
    
    随着进程上下文的切换，内核进程地址空间保持不变，变的是用户地址空间。
    C程序的运行时布局，其中存在着代码区、常量数据区、静态数据区、堆区以及栈区等，具体的内容后面再说，这里先看一个有趣的例子：
    
    

    1. int add(int x, int y){
       
    2.     return x+y;
       
    3. }
       
    4. typedef int (*FP)(int,int);
       
    5. int main(){
       
    6.     unsigned char buff[1024];
       
    7.     unsigned char *ps = (unsigned char*)add, *pd=buff;
       
    8.     void *pp = buff;
       
    9.     while(1){
       
    10.         *pd = *ps;
        
    11.         if(*ps == 0xc3) break;
        
    12.         ps++;pd++;
        
    13.     }
        
    14.     FP fp = (FP)pp;
        
    15.     printf("3+5=%dn", fp(3,5));
        
    16.     return 0;
        
    17. }

    复制代码

    
    
    代码的第四行定义了一个函数指针FP，指向的是一个参数为(int, int)的，返回值为int型的函数。比如add。
    这段代码的作用就是将代码区的内容拷贝到buff中，然后用函数指针指向buff，把buff的数据再当作函数代码来执行。在高手的眼里，代码和数据，都是存储。
    至于第11行的0xc3的由来，则是因为，在汇编代码中，每一个函数的最后一条机器指令都是不带参数的ret，即为0xc3。
    更多的关于C程序的代码布局问题将在后面的课程学习。
    ###main函数为空输出hello, world
    
    在c++中，这个很容易实现，直接使用类的构造函数即可。
    在c中呢，也可以的，使用的还是神奇的__attribute__关键字，声明construct以及destructor，在gcc中，如下代码：
    
    

    1. __attribute((constructor)) void before_main(){
       
    2.     ......
       
    3. }
       
    4. __attribute((destructor)) coid after_main()
       
    5. {
       
    6.    ......     
       
    7. }
       
    8. int main(){
       
    9.     ......
       
    10. }

    复制代码

    
    这里就声明了分别用于main开始前和main结束后运行的函数。
    另外也可以使用atexit函数来注册结束函数。并且atexit是标准的C语言函数。atexit通常用于main函数结束后进行一些清理工作，比如资源回收。为什么不在main函数return前进行这些才做呢？考虑到main函数是有可能异常退出的，这个时候还没等运行到return进程就结束了，也就无法进行资源回收等操作，但是如果是用atexit注册的函数，在这种情况下，也能运行进行操作。
    《程序员的自我修养》这本书中有讲装载器，装载器在装载的时候，有一个表格，其中就记录了哪些函数在main前运行，哪些函数在main后运行。在程序的静态内存布局(ELF)中，.init段记录了在main函数前运行的代码，.finit记录了在main函数之后运行的代码。
  • PS：本贴主要由本班陈庚同学总结这里
    
    
  
  

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