linux 内核模块设计与实现,《Linux内核设计与实现》读书笔记——从内核出发

内核源码树结构

目录

描述

arch

特定体系结构的源码

block

块设备I/O层

crypto

加密API

Documentation

内核源码文档

drivers

设备驱动程序

firmware

使用某些驱动程序而需要的设备固件

fs

VFS和各种文件系统

include

内核头文件

init

内核引导和初始化

ipc

进程间通信代码

kernel

像调度程序这样的核心子系统

lib

通用内核函数

mm

内存管理子系统和VM

net

网络子系统

samples

示例,示范代码

scripts

编译内核所用的脚本

security

Linux安全模块

sound

语音子系统

usr

早期用户空间代码(所谓的initramfs)

tools

在Linux开发中有用的工具

virt

虚拟化基础结构

配置、编译及安装内核

配置内核

内核提供了各种不同的工具来简化内核配置。

一. 通过一个字符界面下的命令行工具

$ make config

这个工具会逐一遍历所有配置项,要求用户选择yes,no或module(如果是三选一的话),比较耗费时间

二. 通过基于ncurse库编制的图形界面工具(需要预先安装ncurse)

$ make menuconfig

三. 通过基于gtk+的图形工具

$ make gconfig

四. 基于默认配置为你的体系结构创建一个配置

$ make defconfig

这些配置项会被存放在内核源码树根目录下的.config文件中,你可以找到它,并可以随意修改它。在你修改过配置文件之后,或者在用已有的配置文件配置新的代码树的时候,你应该验证和更新配置:

$ make oldconfig

编译内核

一旦内核配置好了,就可以使用一个简单的命令来编译它了

$ make

或者你也可以衍生多个作业来加快编译计数

$ make -jn

这里的n是要衍生的作业数

安装内核

一. 安装内核模块

$ make modules_install

二. 安装内核

$ make install

Linux所谓的安装即是拷贝文件,修改配置文件,内核安装实际上也是如此

复制内核映像到/boot中,编译成功后生成的内核映像文件bzImage放在arch//boot/中,该文件复制到/boot后重命名为vmlinuxz-

生成initrd-.img文件

配置引导程序(GRUB方式编辑/etc/grub/grub.conf,LILO方式编辑/etc/lilo.conf)

reboot进入新内核

内核开发的特点

无libc库抑或无标准头文件

为了保证内核的小而且高效,内核开发不能使用C标准库,所以哪怕是最简单的printf函数也无法使用,不过有替代的printk

使用GNU C,推荐使用GNC 4.4或之后的版本

因为使用了GNC,所以Linux内核常有一些GNC的一些扩展

内联(inline)函数

内核开发者通常把那些对时间要求比较高,而本身长度又比较短的函数定义成内联函数。

定义一个内联函数的时候,需要使用static作为关键字,并使用inline限定它,比如

```c

static inline void wolf(unsigned long tail_size)

```

内联汇编

gcc编译器支持在C函数中嵌入汇编指令,在内核编程的时候,知道对应的体系结构,可以使用这个功能。通常使用asm()指令嵌入汇编代码,例如下面这条内核指令用于执行x86处理器的rdtsc指令,返回时间戳(tsc)寄存器的值:

```c

unsigned int low, high;

asm volatile("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));

/* low 和 high 分别包含64位时间戳的低32位和高32位 */

```

分支声明

如果事先知道一个条件经常为假,或者经常为真,我们可以使用unlikely()和likely()对条件分支选择进行优化。

```c

/* 我们认为error绝大多数时间都会为0 */

if (unlikely(error)) {

/* ... */

}

```

```c

/* 我们认为success通常都不会为0 */

if (likely(success)) {

/* ... */

}

```

缺乏像用户空间那样的内存保护机制

难以执行浮点运算

内核给每个进程只有一个很小的定长堆栈

内核栈的大小由编译内核时决定的,对于不用的体系结构,内核栈的大小虽然不一样,但都是固定的。

查看内核栈大小的方法:

$ ulimit -a | grep "stack size"

由于内核支持异步中断、抢占和SMP,因此必须时刻注意同步和并发

要考虑可移植性的重要性