内核（二）

内核开发的特点

相对于应用程序的开发，内核开发有很大的不同

最重要的差异包括以下几种：

内核编程时不能访问C库

内核编程时必须使用GNU C

内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制

内核编程时浮点数很难使用

内核只有一个很小的定长堆栈

由于内核支持异步中断，抢占和SMP，因此注意同步和并发

1.没有lib库

与用户空间的应用程序不同，内核不能链接使用标准C库函数（其他的那些库也不行）

造成这种情况的原因有很多，其他就包括先有鸡还是先有蛋的问题

不过最主要的原因还是在于速递和大小，对于内核来说，完整的C库太大了

但是大部分常用的C库函数在内核中都已经得到实现，比如说操作字符串的函数数组就位于/lib/string.c文件中，只要包含头文件，就可以使用它们

头文件

我们所说到得头文件，都指的是组成内核源代码树的内核头文件，内核代码文件不能包含外部头文件，就像它们不能用外部库一样，在所有没有实现的函数中，最著名的就数printf（）函数了，内核代码虽然无法条用printf（），但是它可以调用printk（）函数。

printk（）函数负责把格式好的字符串拷贝到内核日志缓冲区上，这样syslog程序就而已通过读取该缓冲区来获取内核信息

printk()用法很像printf()

printk(“hello linux！a string:%s and an integer:%d\n”,a_string,an_integer);

printk()和printf（）的区别就是在于printk（）允许通过指定一个标志来设置优先级。syslog会根据这个优先级标志来决定在什么地方显示这条系统信息

2.GNU C

linux内核是用c语言编写的，但是内核兵不完全符合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（gcc是多种GNU编译器的集合，它包含的c编译器既可以可以编译内核，也可以编译linux系统上的其他c代码）。内核使用的c语言涵盖了ISO C99标准和GNU C扩展个性

内核代码中所使用到得c语言扩展：

A.内联（inline）函数

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

定义个内联函数的时候，需要使用static作为关键字，比如：

static inline void dog(unsigned long tail_size);

内联函数必须在使用前就定义好，不然编译器就没发把这个函数展开

一般在头文件中定义内联函数。由于使用了static作为关键字进行限定，所以编译时不会为内联函数建议一个函数体。如果一个内联函数仅仅只在某个源文件中使用，那么也而已把它定义在该文件的开始地方

3.内联汇编

gcc编译器支持在c函数中嵌入汇编指令，当在内核编程的时候，只有知道对应的体系结构，才能使用这个功能

linux的内核混合使用了c和汇编语言，在偏近体系结构的底层或者对执行时间要求严格的地方，一般使用的都是汇编，而内核其他部分的大部分代码是c语言写的

4.分支声明

对于条件选择语句，gcc内建议一条指令用于优化，在一个条件经常出现，或者该条件很少出现的时候，编译器可以根据这条指令对条件分支选择进行优化，内核把这条指令封装成了宏，比如likely（）和unlikely（）这样使用起来比较的方便

例如.下面是一个条件选择语句：

if（foo）{

     /*......*/

}

如果想要把这个选择标记成绝少发生的分支：

认为foo绝大多数时间都会为0

if（unlikely（foo））{

/*...*/

}

相反如果我们想把一个分支标记为通常为真的选择

if（likely（foo））{

      /*.........*/

}

5.没有内存保护机制

如果一个用户程序试图进行一次非法的内存访问，内核会发现这个错误，发送SIGSEGV,并结束整个进程，然而内核自己访问了非法内存，那后果就是很难控制了，内核发生的内存错误会导致oopt，这是内核中出现的最常见的一类错误，在内核中，不应该去做访问非法内存地址，引用空指针之类的事情，否则它会可能死掉，却根本不知道通知你一声。

此外，内核中的额内存都不分页，也就是说，没用掉一个字节，物理内存就减少一个字节

6。不要轻易在内核中使用浮点数

在用户空间内进行浮点操作时候，内核会完成从整数操作到浮点数操作的模式转换，在执行浮点指令时到底会做什么，因体系结构不同，内核的选择也不同，但是，内核通常捕获陷阱并作出相应的处理

7.容积小而固定的栈

内核栈的标准大小随着体系结构而变，在x86上，栈的大小在编译时配置，可以是4kb也可以是8kb，32位机得内核栈是8kb，64位机是16kb这是固定不变的。每个处理器都会有自己的栈

8.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，内核在许多特性都要求能够并发的共享书u，这就要求有同步机制保证不会出现竞争条件

解决竞争的办法是自旋锁和信号量