linux可以借鉴的设计思想（笔记）

1、C语言嵌入结构

• 实现继承（典型的Kobject）；

• 封装：通过结构体对对一类信息包装，便于后续扩展、升级，即使信息只有一个简单数据，如kref；对结构体成员的访问要通过函数来实现成员封装，使得结构体面向功能服务，易于扩展

• 抽象：通过在结构体内嵌入特殊用途的结构体（可包含相关具体函数）实现抽象设计，可以将对象看作某类对象，看作实现某种服务抽象，类似C++的virtual。如cpu均衡部分，就绪队列中，嵌入与均衡相关的结构及处理，上层在得到均衡通知时，任务下放sched_class具体处理。另一个例子是调度，他处理的是可调度实体（sched_entity)，可以是进程、也可以是进程组（不同用户）。

2、数据结构：

• 散列表在linux上的实现：定义散列区间（一般不能太大），确定数组，在每一个数组项上，通过双链表方式存储散列项相同的数据项，而散列函数的理想是等概率分布。

• 红黑树：通过深度优先搜索（DFS）生成有序队列，如调度的等待时间，通过深度优先，生成按照等待时间排序的队列，在调度时，只调度最左侧地下的一个就ok。（时间复杂度为对数）

• 双向循环链表：

• 位图辅助索引：

3、副本与写时复制技术：

• 通过复制副本获取父对象的所有资源，并使得修改副本是一个独立对象，从而不影响父对象。（进程结构：task_struct,命名空间nsproxy）；

• fork复制了task_struct，实际上就有了2个完全相同的进程，并且都运行到了同一个地址上。在linux上进程与线程的不同仅体现在共享资源的不同上，每个线程都有唯一的task_struct，fork与clone只有细微的差别。

4、结构相关：

• 宏定义：通过宏定义进行与结构相关操作，隐藏具体细节，便于移植；如结构体中，变量相对位置不能假定，应采用宏定义的方式计算得到（container_of)，如一个数据不同位代表不同含义；

• 小的内联函数：提供封装性，且效率很快

5、合理的goto结构：

• 虽然混乱的使用goto容易打乱程序的结构，备受诟病，但是在初始化时按照以下匹配的方式(栈)使用goto，代码相当简洁：

• if(A)

gotooutA;

if(B)

gotooutB;

if( C)

gotooutC;

...

outC:...

outB:...

outA:...

6、合理提高效率：

• 不能对正在运行的进程进行迁移

• 设备上下文恢复时考虑部分保存与部分恢复

• 块设备数据读取请求合并、预测读取策略

• 有以上足可见对性能追求之极致

7、设备控制的4种方式，在类似问题上综合考虑能否提供通用模版支持扩展：

• 通过通用文件操作，传输数据，根据数据的特殊性（控制指令），实现设备控制，少数设备，基本废弃

• 添加一系列特有控制函数（不同于常规文件系统）：不利于扩展，未采用。

• 添加ioctl，就是命令函数，与invoke等类似：稍显过时，应用层和内核的命令要匹配修改，麻烦

• sysfs：统一的属性修改方式，易于扩展。

8、中断处理机制：

• 修改全局状态的情况：先保存要修改的状态，修改为新状态，使用新状态处理，恢复原状态；（例如在绘图相关程序中，对绘图设备属性更改,如果没有采用这种方式处理，往往运行结果随机出现不正常，且不具有重现性）

• 将必要的内容放在中断处理程序中，将非必要的处理放在下半部分，提高性能；（比如在绘图的onpaint中，是不是里面只包含了必要的绘图，在达不到要求的帧率条件下，是否可以把不必要的内容放在外面，双缓冲绘图，实际可看做将绘图处理部分放在主绘图线程之外的一种做法，它的主线程只负责copy帧内容）

9、对象生存期管理:

• 引用计数方式

• 谁分配谁释放原则

10、设计模式理念：

• 块设备驱动中bio对象封装读写请求，ioctl：借鉴了命令模式的理念

• VFS中的file_operations中的open：按照普通文件、特殊设备文件的顺序处理（如果不是该我处理的转下去），暗含了责任链的思想。

• io读写请求调度（分离的功能和实现方式）：可归类策略模式；

• VFS：为不同的文件系统提供统一的外部接口，可作为不同类型文件系统之间的中介或者也可说是适配器。

11、通用处理默认、专用处理修改的技巧，简化开发：

• 各种标准接口中大部分都提供了通用的处理，如file_operation的接口基本都有默认处理函数

• html中可以将主流风格定义样式，默认适用于整个html显示元素，同时支持对个别元素的外观特征的修改，一般通用部分可通过样式工厂设置、处理；

12、回调：

• 回调就是预先告诉第三方你可以接收消息或者事件的接口，典型的“有事callme”，与中断本质上是一会事。

• 回调用的场合：架构设计。在C中一般在相应数据结构中定义回调函数指针，初始化时赋值，如驱动中file_operation定义的架构。

• 广义的回调不限于函数本身：如浏览器最初只定位为html界面元素的显示，通过引入脚本语言来增强浏览器不支持的能力，可看做浏览器提供回调接口，扩充浏览器本身没有的算法处理能力。

13、进程/线程/用户进程/内核线程：

• 进程与线程：linux不提供单独的线程支持，线程也是一种进程，只不过与别的进程在clone时通过设置共享标志，与其他进程共享某些资源（包括地址空间），有独立的task_struct；

• 内核线程与普通线程：普通进程或者线程有独立的虚拟地址空间，而内核线程没有独立的虚拟地址空间，都在内核地址空间中运行。

14、字符设备驱动与块设备驱动：

• 区别：从架构上讲，两者区别仅限于在块设备驱动中增加了缓冲层（需要增加请求队列管理和调度的部分），提高性能；

• 联系：向上（VFS）提供统一的文件操作接口；

15、抢占与中断：

• 抢占：属于调度的范畴、可发生在用户空间或者内核空间，分属内核抢占和用户抢占，特点都是发生在某种事件发生或结束时，有更高优先级的进程需要优先运行；在时间上属于准实时；

• 中断：属于打断当前执行的情况，在时间上属于实时；

16、用户空间切换内核空间的两种方式：

• 硬件中断（不可睡眠、抢占）；

• 系统调用（是一种软中断，可睡眠、抢占，必须保证代码可重入）

17、中断：

• 申请中断号（有一部分中断号是固定的如时钟，其他的如PCI上的设备，可动态申请，共享使用（设备多，中断号少））

• 定义中断处理函数，即注册时的回调函数

• 中断注册函数可睡眠（具体为内核内存分配函数可睡眠），因此不能在不可睡眠的地方进行中断注册，一般在设备初始化或者设备与驱动建立连接时进行，确保设备已经初始化才能注册中断；

• 使用完后，应该释放中断处理程序、甚至禁用中断线

18、为什么在中断处理程序中不能阻塞或者睡眠？

• 因为中断处理程序不被进程调度程序管理，阻塞后，无法通过调度恢复。

19、中断处理程序/下半部处理程序

• 数据的收集/数据的处理使用不在同一线程：保证可靠的接收数据；如入库

• 计算/显示分属不同线程：确保显示不死机、响应慢；

• 目的是调和两种矛盾。

20、linux操作系统运行的两种时序：

• 内核作为一个独立运行体，按照顺序执行的方式执行，调度不过是执行过程中的一种执行路径的选取，进程是内核管理执行体的插件方式；

• 中断执行：由硬件触发，打破当前执行序列的执行；

21、系统调用

系统调用：是用户程序访问系统资源或者使用系统的唯一通道，安全检查，提高可靠性；

实现机制：软中断（int80）；

实现方式：system_call（系统调用号，参数表）跟invoke类似，属于命令模式范畴

22、软中断、tasklet、工作队列比较

软中断、tasklet：是运行在中断上下文中的，都是软中断，tasklet是对软中断的一种同步化、序列化封装、使用简化封装；不可以调度、不可以睡眠；

工作队列：是运行在进程上下文的，是有进程控制块的内核线程；可以调度、可以睡眠；