十天学Linux内核之第一天---内核探索工具类

寒假闲下来了，可以尽情的做自己喜欢的事情，专心待在实验室里燥起来了，因为大二的时候接触过Linux，只是关于内核方面确实是不好懂，所以 十天的时间里还是希望能够补充一下Linux内核相关知识，接下来继续待在实验室里想总结一下Linux内核编程，十天肯定完全掌握不了Linux内核， 这里我也只是把自己认为不是很好懂并且很重要的难点疑点写出来，和大家一起分享，希望大家改正互相学习。

Linux的具体概述这里就不多说了，今天主要讲的是Linux内核中常用的数据结构和语法的使用，并简述一些工具和实用程序，从而获取理解内核内幕所需要的信息，还会介绍一下在每个内核子系统所涉及的基本概念，并且粗略分析下子系统功能的必要代码。

内核中常见的数据类型有链表、查找、树等等。链表可以说贯穿整个Linux内核，在Linux中，链表才常常以循环双向链表的形式出现，所以给 定链表中的任一结点，均可以找到下一结点和前一结点，链表是个很重要的知识点，需要学学数据结构才能掌握，这里不多阐释，有关链表定义的所有代码可以在头 文件include/linux/list.h中查看。至于查找算法，主要表现在大O表示法，它代表对于一个定值n在最坏情况下所花费的查找时间，另外就 是数，数被用在Linux的内存管理中，能够有效访问并操作数据，前几天恶补了一下树的相关知识以及代码，收获颇丰，树在Linux中通常以链表和数组的 形式实现，其中二叉树和红黑树在Linux中使用最多，这里提出来有助大家理解Linux的内核，这样可以更好的理解复杂的操作。

作为一个操作系统，处理器当然是不可获取的知识点了，Linux的某些部分和它密切相关，汇编是最好理解底层的语言，因为在之前大二学过微机原 理，在此就不介绍x86和PowerPC体系结构的汇编语言了。但是需要简述几个特殊的C语言用法，这里着眼Linux2.6内核中的常见Ｃ语言规范，澄 清一下几个C语言知识。

asmlinkage

asmlinkage要使用局部堆栈来传递参数，这就涉及到了宏FASTCALL，它通知汇编程序使用通用寄存器来传递参数，下面举一个asmlinkage的例子：

asmlinkage long sys_gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone __user *tz)

UL

UL其实就是unsigned long啦，它告诉编译程序将这个数值当作long型数值处理，使用UL有助于编写出和体系结构无关的代码，内核中有些这样的例子，例如include/linux.h中

#define ULONG_MAX  (~0UL)

inline

inline 表明要优化 函数的可执行代码，Linux内核中时用的 inline函数大多被定义为static类型(static inline)，，这样的申明意味着直接将它加入调用程序中，优点是可以免除函数调用的任何开销，不足之处在于使用inline会增加二进制映象的大小， 因此会降低访问CPU高速缓存的速度，所以不能始终使用inline。

const和volatile

这两个真的很容易混淆并且不是很好懂，const不一定只代表常数有时会是“只读”的意思，这里提问一下“const int *x”和“int const * x”有什么区别？？一下是一个const的例子

static inline void prefetch(const void *x)
{
    __asm__ __volatile__ ("dcbt 0,%0" :  : "r" (x));
}

关键字volatile表明变量无需警告就可以被修改，它通知编译程序每次使用该变量时候都要重新加载其值，一下是include/linux/spinlock.h关于如何使用volatile的一个例子

typedef struct {
...
volatile unsigned int lock;
...
} spinlock_t;

那么内核在运行当中有什么内部的奥秘呢，接下来介绍内核中常用的探究各种内核文件的工具。

objdump/readelf

objdump/readelf可以分别用于显示目标文件和ELF文件的任何信息，可以在终端上借助命令行参数使用命令来查看给定的目标文件的头文件、文件大小和结构，

hexdump

hexdump可以显示给定的十六进制/ASCII/八进制文件的内容。这些需要一些命令来举例，大家可以在实践的 时候自己去掌握如何使用hexdump这个命令

nm

nm可以列出指定目标文件的符号，能够显示符号的值，类型和名字。

objcopy

objcopy，看半个单词就知道是复制的意思，当你想复制一个目标文件而忽略或改变其某方面的内容时候，就可以使用该命令。

ar

ar命令最常用在Make文件中，它将一些常用的函数连接到单个库文件中，也可以将单个程序库中的目标文件分离出来，有助于维护链接程序时用的索引库函数库。

当Linux系统更新后正在运行时，内核会记录一些消息，并提供整个操作过程系统的状态信息，那么我们怎么“倾听”内核的消息呢？下面介绍最常用的几种内核和终端对话的方式。

printk()

大家都知道printf()函数，那么为什么Linux为什么不使用呢，这是因为内核中没有链接标准C函数库，但是两者的接口是一样的 ，printk是在内核中运行的向控制台输出显示的函数，Linux内核首先在内核空间分配一个静态缓冲区，作为显示用的空间，然后调用sprintf， 格式化显示字符串，最后调用tty_write向终端进行信息的显示。

dmesg

dmesg内核有多种方式可以用在存储日志和信息上，dmesg是一种程序，用于检测和控制内核环缓冲，可以用于显示存储在/proc/kmsg中的缓冲内容，并能够根据消息级别来选择是否过滤这个缓冲区，并且这个程序用来帮助用户了解系统的启动信息。

/var/log/messages

Linux系统的/var/log/messages下存储的大都是已经登录系统的消息。 messages 日志是核心系统日志文件。它包含了系统启动时的引导消息，以及系统运行时的其他状态消息。IO 错误、网络错误和其他系统错误都会记录到这个文件中。其他信息，比如某个人的身份切换为 root，也在这里列出。如果服务正在运行，比如 DHCP 服务器，您可以在 messages 文件中观察它的活动。通常，/var/log/messages 是您在做故障诊断时首先要查看的文件。

小结：

今天主要讲的就是这些，在探索Linux内核之前应该具备的基础知识和背景，对上述讲到的数据结构的基本了解有助于理解以后会讲到的进程和分页机制，关于 内核、的工具集也是粗了点讲解了一下，但是需要在实际操作中多运用才能体会才能更加深刻的了解，有哪些问题希望大家指正。

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