linux内核设计与实现笔记<一>---从内核出发

    内核的确是一头独一无二的猛兽：没有内存保护，没有靠得住的libc，小的堆栈，庞大的源码树。Linux内核遵循它自己的游戏规则，以大人物的架势运行，运行足够长的时间后才停止，打破了我们惯以为常的习俗。尽管如此，内核不外乎就是一个程序，它与我们司空见惯的程序没有多大区别。不必望而生畏：直面它、呼唤它、摆布它。

    意识到内核并不像乍看起来那样使人畏惧，这就是良好的开端。不过，要梦想成真，必须全身心地投入，阅读源码、剖析源码，并毫不气馁。

1.内核简介

用户界面是操作系统的外在表象，内核才是操作系统的内在核心。

内核有时候被称作是超级管理者或者是操作系统核心。

应用程序被称为通过系统调用在内核空间运行，而内核被称为运行于进程上下文中。

运行于内核空间，处于进程上下文，代表某个特定的进程执行。

运行于内核空间，处于中断上下文，与任何进程无关，处理某个特定的中断。

运行于用户空间，执行用户进程。

Unix内核几乎毫无例外的都是一个不可分割的静态可执行块（文件）。

Linux是一个单内核。Linux内核运行在单独的内核地址空间 ，不过，Linux汲取了微内核的精华：其引以为豪的是模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块的能力。

2.从内核出发

1）获取内核源码:

     linux内核官方网站：

    安装内核源代码：

tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2(压缩比例上有优势)

tar xvzf linux-x.y.z.tar.gz

    使用补丁：

     $ patch-p1 < ../patch-x.y.z(一般来说，一个给定版本的补丁都是打在前一个版本上)

2）内核源码树

3）编译内核

Makeflie是Makefile内核的基础，内核配置项要么是二选一，要么是三选一，驱动程序多支持三选一，可以以模块的方式编译。

内核配置的命令行工具推荐

make  menuconfig（适用于文本模式和图形界面模式的图形界面工具）

make xconfig（基于X11的图形工具）

另外命令

make deconfig(为你的体系结构创建一个默认的配置，据说是linus配置的)

make oldconfig(用旧的配置文件配置新的代码树)

减少编译的垃圾信息，在编译时只能看到错误和警告信息，可以采用下面的命令编译内核：

make>../some_other_file

make>/dev/null（把无用的信息扔入永无返回值的黑洞/dev/null）

衍生多个编译作业，改善内核编译时间，可以采用命令：
$ make -jn(n是要衍生的作业数，如make -j4)

把所有以编译的模块安装到正确的主目录/lib下,使用命令：

make modules install

4）内核开发的特点

内核开发与用户空间应用程序开发的区别：

>内核编程时不能访问C库

对内核来说，完整的C库太大了------即便是从中抽取一个合适的子集，大小和效率都不 能接受，但大部分常用的C库函数在内核中都已经得到了实现。比如说操作字符串的函数 组就位于lib/string.c文件中。只要包含头文件就可以使用它们。

>内核编程时必须使用GNU C

内核代码中所用到的C语言扩展中让感兴趣的那部分：内联函数，内联汇编，分支声明

>内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制

发生内核错误会导致oops,内核中的内存都不分页，每用掉一个字节，物理内存就减少一 个字节。

>内核编程时浮点数很难使用

不要在内核中使用浮点数

>容积小而固定的栈

>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

内核很容易产生竞争条件。和单线程的用户空间程序不同，内核的许多特性都要求能够并 发的访问共享数据，这就要求有同步机制保证不出现竞争条件，特别是：

* Linux是抢占多任务操作系统。内核的进程调度程序即兴对进程进行调度和重新调度。

内核必须对这些任务同步。
* Linux内核支持多处理器系统。所以，如果没有适当的保护，在两个或两个以上的处理

器上运行的代码很可能会同时访问共享的同一个资源。
* 中断是异步到来的，完全不顾及当前正在执行的代码。也就是说，如果不加以适当的保

护，中断完全有可能在代码访问共享资源的当间到来，这样，中段处理程序就有可能访问

同一资源。
* Linux内核可以抢占。所以，如果不加以适当的保护，内核中一段正在执行代码可能会

被另外一段代码抢占，从而有可能导致几段代码同时访问相同的资源。

常用的解决竞争的办法是自旋锁和信号量

>考虑可移植性的重要性

linux是一个可移植性的操作系统