Linux Kernel (Ядро линукса) (часть 3)

Каналы

Каналы являются механизмом межпроцессного взаимодействия, который есть во всех Unix-подобных системах. Канал — это однонаправленный поток данных между процессами. Все данные, записываемые в канал одним процессом, ядро направляет другому процессу, который может их прочитать.
В командных оболочках Unix каналы можно создавать с помощью оператора |. Например, следующая команда заставляет оболочку создать два процесса, соединенных каналом:
$ Is | more
Стандартный поток вывода первого процесса, выполняющего программу is, направляется в канал, а второй процесс, выполняющий программу more, читает свои входные данные из канала.
Обратите внимание, что того же результата можно добиться двумя командами, например, такими:
$ Is > temp $ more <86.

Доисторические времена: BIOS

Сразу после своего включения компьютер практически бесполезен, потому что в ячейках памяти находятся случайные данные, и никакая операционная система не работает. Чтобы начать загрузку, специальная электронная схема устанавливает логическое значение на контакте RESET центрального процессора. После установки RESET некоторые регистры процессора (в том числе cs и eip) принимают определенные значения, и выполняется код, находящийся по физическому адресу OxfffffffO. Этот адрес хранится в специальной микросхеме постоянной памяти, предназначенной только для чтения. Ее часто называют постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Набор программ, хранящихся в ПЗУ, в архитектуре 80x86 традиционно называется BIOS (Basic Input/Output System, Базовая система ввода/вывода), так как в этот набор входит несколько низкоуровневых процедур, управляемых прерываниями и используемых всеми операционными системами на этапе загрузки для работы с устройствами, из которых состоит компьютер. В некоторых операционных системах, например Microsoft MS-DOS, с помощью BIOS реализовано большинство системных вызовов.

Находясь в защищенном режиме Linux больше не пользуется BIOS и устанавливает собственные драйверы для всех аппаратных устройств компьютера. На самом деле, процедуры BIOS должны выполняться в реальном режиме, так что они не могут иметь общих функций с Linux, даже если это было бы выгодно.
BIOS использует адреса реального режима, потому что только они доступны после включения компьютера. Адрес реального режима состоит из сегмента seg и смещения off; соответствующий физический адрес задается формулой segxl6+off. В результате схеме адресации центрального процессора для преобразования логического адреса в физический не нужны ни глобальная таблица дескрипторов, ни локальная таблица дескрипторов, ни таблица страниц. Очевидно, что код, инициализирующий эти таблицы, должен работать в реальном режиме.

Операционная система Linux вынуждена пользоваться BIOS на этапе загрузки, когда ей нужно прочитать образ ядра с диска или иного внешнего устройства. Процедура BIOS, осуществляющая начальную загрузку, выполняет следующие действия:
1. Проводит серию тестов аппаратной части компьютера, чтобы выяснить, какие устройства имеются в наличии, и исправны ли они. Этот этап часто называется POST (Power-On Self-Test, Самотестирование после включения питания). По ходу этого этапа на экран выводится несколько сообщений, в том числе и логотип BIOS с номером версии.
В современных компьютерах 8086, AMD64 и Itanium используется стандарт ACPI (Advanced Configuration and Power Interface, Расширенный интерфейс настройки и питания). Код для начальной загрузки в ACPI- совместимой BIOS строит несколько таблиц, которые описывают аппаратные устройства, присутствующие в системе. Эти таблицы имеют формат, не зависящий от производителя, и ядро операционной системы может читать их, чтобы узнать, как обращаться с устройствами.
2. Инициализирует аппаратные устройства. Этот этап является принципиальным для современных PCI-архитектур, поскольку он гарантирует, что все устройства будут функционировать без конфликтов на IRQ-линиях и портах ввода/вывода. По окончании этапа на дисплей выводится таблица установленных РС1-устройств.
3. Выполняет поиск операционной системы, которую следует загрузить. В зависимости от настроек BIOS, процедура пытается обратиться (в определенном порядке) к первому сектору (загрузочному сектору) каждого гибкого диска, жесткого диска и CD-ROM в системе.
4. Как только обнаруживается нужное устройство, процедура копирует содержимое его первого сектора в оперативную память, начиная с физического адреса 0х00007с00, а затем переходит по этому адресу и выполняет только что загруженный код.
Далее в этом приложении описывается переход от "первобытного" состояния к работающей системе Linux во всей ее красе.

Заметка: В последнее время стало очень модным уделять большое внимание такому элементу свадьбы, как свадебные приглашения. Во многом это связано с тем, что именно благодаря приглашениям можно задолго до самого торжества ощутить всю его атмосферу.