Linux内核

Linux内核

一、Linux内核
Linux内核的源码树已经有超过20000个文件，超过600万行代码。这还是几年前的数据。
需要工具、根文件系统、Linux应用程序共同建立一个可用的系统。

1、内核版本
当前的Linux内核版本为2.6.28。版本命名规则如下：
VERSION = 2
PATCHLEVEL = 6
SUBLEVEL = 28
EXTRAVERSION = 
NAME = 
内核包含的文件：/include/linux/version.h

2、内核结构
Linux内核的布局、组织和结构
(1) 顶层源目录
顶层内核源目录包含下列子目录：
arch crypto Documentation drivers fs include init ipc kernel
lib mm net scripts security sound usr
这些子目录又包含几级带源码、makefiles和配置文件的子目录。至今为止，Linux内核源码树的最大分支为drivers子目录。drivers子目录包含Linux内核所支持的以太网卡、USB控制器、大量的硬件设备。
arch子目录是第二大分支，包含了对超过20种的处理器架构的支持。

顶层目录还包括顶层makefile、隐藏的配置文件、各种信息文件。
顶层内核源码树还包括两个重要的build target：System.map和vmlinux。

(2) 编译内核
Linux内核太大，分析内核是一项令人沮丧的任务。多线程、优先级（preemption）增加了分析的复杂度。实际上，即使是定位入口点，也是一项挑战。理解二进制映像的有效方法是检查其构建组件。

内核建立系统的输出产生几个普通文件（common files）以及特定架构的二进制模块。
普通文件与架构无关。System.map和vmlinux是其中的两个普通文件。

System.map在内核调试期间有用，它包含了易读的内核符号和各自的地址列表。
vmlinux是特定架构的可执行格式的ELF文件。它由每个架构的顶层内核makefile产生。

如果内核被编译，且带符号调试信息，那么内核会包含vmlinux映像。
尽管它是可执行的ELF文件，它还是不会直接引导。

以ARM XScale架构的Indel IXP425网络处理器为例，使用如下命令：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=xscale_be- ixp4xx_defconfig
此命令不建立内核，为XScale架构准备源码树，包括此架构和处理器的初始缺省配置。
CROSS_COMPILE=xscale_be- 让make强制使用XScale toolchain建立内核映像
ARCH=arm 让make强制使用内核源码树的arm分支

(3) 正确的内核——vmlinux
LD /arch/arm/boot/compressed/vmlinux
vmlinux文件是实际的正确内核。它是一个完全独立的、巨大的单个映像。在vmlinux二进制文件中，没有未解决的外部引用存在。

(4) 内核映像组件
vmlinux映像由几个二进制映像组合而成。
vmlinux映像组件的描述
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
组件 描述
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
arch/arm/kernel/head.o 指定的内核架构启动代码
init_task.o 内核所需的初始化线程和任务
init/built-in.o 主要的内核初始化代码
usr/built-in.o 内建的initramfs映像
arch/arm/kernel/built-in.o 指定架构的内核代码
arch/arm/mm/built-in.o 指定架构的内存管理代码
arch/arm/common/built-in.o 指定架构的类属（generic）代码
arch/arm/mach-ixp4xx/built-in.o 指定机器的代码，通常是初始化
arch/arm/nwfpe/built-in.o 指定架构的浮点仿真代码
kernel/built-in.o 内核自身的通用组件
mm/built-in.o 内存管理的通用组件代码
ipc/built-in.o 进程间通信，例如SysV IPC
security/built-in.o Linux安全组件
lib/lib.a 各种帮助函数文档
arch/arm/lib/lib.a 指定架构的通用工具，随架构而变
lib/built-in.o 通用内核帮助函数
drivers/built-in.o 所有内建驱动器可载入模块
sound/built-in.o 声音驱动器
net/built-in.o Linux网络
.tmp_kallsyms2.o 符号表
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

很少直接启动内核映像，内核映像一般是被压缩了的，bootloader负责解压映像。
Makefile和Kconfig文件驱使内核配置和建立过程。

二、内核建立系统
Linux内核配置和建立系统相当复杂。使用Kbuild来建立内核系统。
Linux 2.6内核使用Kbuild来编译内核模块。

Kbuild能够编译内核树目录内的内核模块，也能够编译内核树目录外的内核模块。
Kbuild文件倾向于"Makefile"这个名字，"Kbuild"也是可以用的。但如果"Makefile"和"Kbuild"同时出现的话，使用的将会是"Kbuild"文件。

1、Dot-config文件
Dot-config文件是用于建立Linux内核映像的配置“蓝图”。可编辑配置文件，命名为.config，定位在顶层源目录，驱使内核的建立。

make mrproper 命令会删除配置文件，且无任何提示。因为其目标是返回内核源码树为纯洁的、无配置的状态。它包括从源码树移除所有配置数据，即删除你的.config。
Linux的“.”+扩展名的文件是Linux的隐藏文件。

Linux 2.6 的.config 文件片段
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
...
# USB support
#
CONFIG_USB=m
# CONFIG_USB_DEBUG is not set


# Miscellaneous USB options
#
CONFIG_USB_DEVICEFS=y
# CONFIG_USB_BANDWIDTH is not set
# CONFIG_USB_DYNAMIC_MINORS is not set

# USB Host Controller Drivers
#
CONFIG_USB_EHCI_HCD=m
# CONFIG_USB_EHCI_SPLIT_ISO is not set
# CONFIG_USB_EHCI_ROOT_HUB_TT is not set
CONFIG_USB_OHCI_HCD=m
CONFIG_USB_UHCI_HCD=m
...
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
要理解.config文件，需要理解Linux内核的基本面。

Linux有庞大的结构，整个内核作为一单个静态链接可执行而编译。然而，还可能编译和“增量链接”源集到单个对象模块，动态插入到正在运行的内核。
一般的设备驱动经常采用此方法。在Linux中，这称为可载入模块，也称为设备驱动器。内核引导后，调用指定的应用程序，插入可载入的模块进正在运行的内核。

2、配置编辑器
早期的内核使用一个简单的命令行驱动脚本来配置内核——> 很笨拙
内核配置子系统使用了几个图形化的前端。新的Linux内核版本包括了10个配置目标。
概述如下，可从make help看到：
  －config 使用命令行程序更新当前配置
  －menuconfig 使用基于菜单的程序更新当前配置
  －xconfig 使用基于Qt的前端更新当前配置
  －gconfig 使用基于GTK的前端更新当前配置
  －oldconfig 以提供的.config更新当前配置
  －randconfig 用随机回答所有选项的新配置
  －defconfig 使用所有缺省选项的新配置
  －allmodconfig 选择模块的新配置
  －allyesconfig 所有选项均回答yes的新配置
  －allnoconfig 所有选项均回答no的新配置

使用make gconfig可显示GTK图形的配置编辑窗口。

大多数内核软件模块也要读.config配置文件。在建立过程期间，.config文件被放入一个C头文件，位于/include/linux目录下，名为：autoconf.h。
Linux的autoconf.h文件片段：
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
/*
 * USB support
 */
#define CONFIG_USB_MODULE 1
#undef CONFIG_USB_DEBUG

/*
 * Miscellaneous USB options
 */
#define CONFIG_USB_DEVICEFS 1
#undef CONFIG_USB_BANDWIDTH
#undef CONFIG_USB_DYNAMIC_MINORS

/*
 * USB Host Controller Drivers
 */
#define CONFIG_USB_EHCI_HCD_MODULE 1
#undef CONFIG_USB_EHCI_SPLIT_ISO
#undef CONFIG_USB_EHCI_ROOT_HUB_TT
#define CONFIG_USB_OHCI_HCD_MODULE 1
#define CONFIG_USB_UHCI_HCD_MODULE 1
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－