读书笔记之linux内核设计与实现（1）

第二章    从内核出发

内核源码树：

arch：特定体系结构的源码；

crypto：Crypto API;

drivers：设备驱动程序；

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：内核核心代码（这部分很小）；

lib：通用内核函数；

mm：内存管理子系统和VM；

net：网络子系统，主要是网络协议；

scripts：编译内核使用的脚本；

usr：用户空间代码；

sound：声音驱动的支持；

security：Linux安全模块。

2.3 编译内核

       Linux源码随手可得，那就意味着在编译它之前可以配置和定制。的确，我们可以把自己需要的功能和驱动程序编译进内核。编译前，首先要配置它。由于内核 提供了数不胜数的功能，支持了难以计数的硬件，因而有许多东西需要配置。可以配置的各种不同的选项表示，其前缀为CONFIG。配置选项既可以用来决定哪 些文件编译进内核，也可以通过预处理命令处理代码。

       这些配置项要么是二选一，要么是三选一，二选一就是yes或no，三选一就是yes、no或Module。Module表示该配置项被选定了，但编译的时 候这部分功能的实现代码是以模块（一种可以动态安装的代码段）的形式生成。驱动程序一般都是三选一的配置项。所有的配置选项会放置在根目录下config文件中。

       一个小技巧：减少编译时的垃圾信息可以如下所示：make >../some_other_files。

安装内核

       在内核编译好之后，还需要安装它。如何安装就和体系结构及启动引导工具息息相关了-----查阅启动引导工具的说明，按照它的指导将内核映像拷贝到合适的位置，并且按照启动要求安装它。

       模块的安装是自动的，也是独立于体系结构的，以root身份登录，运行：make modules_install，就可以把所有已编译的模块安装到正确的主目录/lib 下。

       system.map文件：编译时创建，这是一份符号对照表，用以将内核符号和它们的起始地址对应起来。调试时，如果把内存地址翻译成容易理解的函数名以及变量名会很有用。

2.4 内核开发的特点

     GNU C

Linux内核是用C编写的，但内核并不完全符合ANSI C标准。实际上，只要有可能，内核开发者总是要用到gcc提供的许多语言扩展部分。而标准C有区别且通常是人们不熟悉的那些变化，多数集中在GNU C上。下面我们就研究一下内核代码中所使用的C语言扩展中让人感兴趣的那部分吧。

（1）内联（inline）函数：inline直译应该是“在字里行间展开”，意为函数会在被调用的 位置展开。定义一个内联函数的时候，需要使用static作为关键字，并用inline限定它。 如：                                  static inline void dog(unsigned long tail_size)                                                                                      内联函数必须在使用之前就定义好，否则编译器就没法把这个函数展开。实践中一般在头文件中定义内联函数。

（2）内联汇编：gcc编译器支持在C函数中嵌入汇编指令。

（3）分支声明：说白了就是用likely()来声明一个经常出现的条件（所对应的变量），用unlikely()来声明一个很少出现的条件（对应的变量），以达到优化的目的。

并发、同步和竞争

下面一段描述了上述几个概念之间的大致关系，这种关系在内核中同样适用。

对于多线程程序的开发者来说，往往会利用多线程访问共享数据，避免繁琐的进程间通讯。但是多线程对共享数据的并发访问有可能产生竞争，使得数据处于不一致状态，所以需要一些同步方法来保护共享数据。多线程的并发执行是由于线程被抢占式的调度——一个线程在对共享数据访问期间（还未完成）被调度程序中断，将另一个线程投入运行——如果新被调度的线程也要对这个共享数据进行访问，就将产生竞争。为了避免竞争产生，需要使线程串行地访问共享数据 ，也就是说访问需要同步——在一方对数据访问结束后，另一方才能对同一数据进行访问。