《Linux内核设计与实现》 第一二章学习笔记
《Linux内核设计与实现》 第一二章学习笔记
第一章 Linux内核简介
1.1 Unix的历史
Unix的特点
- Unix很简洁，所提供的系统调用都有很明确的设计目的。
- Unix中一切皆文件，对数据和设备的操作都是通过一套相同的系统调用接口进行的。
- Unix内核和相关的系统工具都是用C语言编写成的。
- Unix进程创建非常迅速。
- Unix提供了一套简单而稳定的进程间通信原语。
Unix现在已经发展为一个支持抢占式多任务、多线程、虚拟内存、换页、动态链接和TCP/IP网络的现代化操作系统。
1.2追寻Linus足迹：Linux简介
- Linux是类Unix系统，但它不是Unix，尽管Linux借鉴了Unix的许多设计并且实现了Unix的API。
- Linux是一个非商业化的产品，这是它最让人感兴趣的特征。
- Linux用途广泛，包含的东西也名目繁多。
1.3操作系统和内核简介
操作系统是计算机完成基本功能和系统管理的核心，内核是操作系统的核心。在系统中运行的应用程序通过系统调用来与内核通信。
内核提供的服务主要有：
- 中断服务程序，负责响应响应中断
- 调度程序，负责管理多个进程从而分配处理器轮转时间
- 内存管理程序，管理进程地址空间
- 网络、进程间通信等系统服务
1.4Linux内核和传统Unix内核比较
Linux是类Unix系统，但不是Unix，也没有直接使用Unix的源代码。Linux内核是自由公开的软件，开源。Linux是单内核，但汲取了微内核的精华：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。
1.5Linux内核版本
1.6Linux内核开发者社区
1.7小结
第二章
2.1获取内核源码
2.1.1使用Git
使用Git来获取最新版本源代码：
$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git
更新到Linux的最新分支：
$ git pull
2.1.2安装内核源代码
解压并安装内核源代码：
$ tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2/gz
2.1.3使用补丁
使用补丁：
$ patch -p1 < ../patch-x.y.z
2.2内核源码树
2.3编译内核
2.3.1配置内核
Linux中可以配置的选项其前缀均为CONFIG。
配置项二选一：yes 或 no
配置项三选一：yes 、no 或 module（以模块形式生成，为独立代码段）
简化内核配置工具：
-
字符界面下的Linux工具：逐一遍历所有的配置项，要求用户逐一选择，耗时长。
$ make config
-
基于ncurse库编制的图形界面工具：
$ make menuconfig
-
基于gtk+的图形工具：
$ make gconfig
-
基于默认配置为体系结构创建一个配置:
$ make defconfig
-
验证和更新配置：
make oldconfig
-
一旦内核配置好，就可以利用一个简单的命令来编译它。
$ make
2.3.2减少编译的垃圾信息
尽量减少垃圾信息的方法：对输出进行重定向。
$ make > .. /detritus 将输出信息重定向到这个文件目录 $ make > /dev/null 把无用的输出信息重定向到永无返回值的黑洞/dev/null
2.3.3衍生多个编译作业
$ make jn n为要衍生出的作业数,每个处理器可以衍生出1或2个作业，16核时n可取32
2.3.4安装新内核
$ make modules_install
2.4内核开发的特点
2.4.1无libc库抑或无标准头文件
大部分常用的C库函数在内核中都已经得到实现，只要包含<linux/string.h>文件就可以使用它们。
2.4.2GNU C
内联函数
内联函数的工作模式：函数会在它所调用的位置上展开，可以消除函数调用和返回所带来的开销（寄存器存储和恢复）。但是代码会变长，占用更多的内存空间或者缓存指令。
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，并且必须在使用之间就定义好。
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。通常使用asm()指令嵌入汇编代码。
分支声明
对于条件选择语句，在一个条件经常出现或很少出现的时候，编译器可以根据这条指令对条件分支进行选择优化。并将其封装成宏，如likely()和unlikely()。
将一个选择标记成绝少发生的分支：
/error绝大多数时间都会为0/ if(unlikely(error)){ ... }
将一个分支标记为通常为真的分支：
/success通常都不会为0/ if(likely(success)){ ... }
2.4.3没有内存保护机制
-
内核中发生内存错误会导致oops。访问非法地址或引用空指针可能会造成死机。
-
内核中所有的内存都不分页。每使用一个字节，物理内存就减少一个字节。
2.4.4不要轻易在内核中使用浮点数
2.4.5容积小而固定的栈
2.4.6同步和开发
- Linux是抢占式多任务操作系统。
- Linux内核支持对称处理器系统（SMP）。
- 中断是异步到来的，完全不考虑当前正在执行的代码。
- Linux内核可以抢占。
2.4.7可移植性的重要性
2.5小结
在探索的征途中，最重要的是阅读和修改内核源代码，只有通过实际的阅读和实践词汇理解内核。
