《Linux内核分析与设计实现》读书笔记一

第一章 Linux内核简介

1.1 Unix的历史

Unix的特点：

• Unix很简洁，仅仅提供几百个系统调用并且有一个非常明确的设计目的；
• 在Unix中，所有的东西都被当做文件对待。
• Unix的内核和相关的系统工具软件是用C语言编写的，在各种硬件体系结构前具有强大的移植能力
• Unix的进程创建非常迅速，并且有一个非常独特的fork()系统调用
• 提供简单又稳定的进程间通信元语

1.2 Linux简介

-是类Unix系统
-Linux的基础是内核、C库、工具集和系统的基本工具。

1.3操作系统和内核简介

1.操作系统

是指在整个系统中负责完成最基本功能和系统管理的部分。包括内核、设备驱动程序、启动引导程序、命令行shell、其他种类的用户界面、基本的文件管理工具和系统工具。

2.内核有时候被称作管理者或者操作系统核心，负责响应中断的中断服务程序，负责管理多个进程从而分享处理器时间的调度程序，负责管理进程地址空间的内存管理程序和网络和网络、进程间通信等系统服务程序.

3.内核负责管理系统的硬件设备，即提供了中断机制。当硬件设备和系统通信时，先发出一个一部的中断信号去打断处理器的执行，继而打断内核的执行。内核再根据产生的中断号查找相应的中断服务程序，调用这个程序响应和处理中断。

Linux的中断服务程序不在进程上下文中执行，而是在一个与所有进程都无关的、专门的中断上下文中进行，这样可以保证中断服务程序能够在第一时间响应和处理中断请求，然后快速地退出。

上下文表示着内核的活动范围。将每个处理器在任何指定时间点上的活动概括如下：

• 运行于用户控件，执行用户进程

• 运行于内核控件，处于进程上下文，代表某个特定的进程执行

• 运行于内核控件，处于中断上下文，与任何进程无关，处理某个特定的中断。
  
  

1.4 Linux内核与传统内核的比较

Linux内核和传统Unix内核的差异：

• Linux支持动态加载内核模块
• Linux支持对称多处理（SMP）
• Linux内核可以抢占，允许内核运行的任务有优先执行的能力
• Linux不区分线程和进程
• Linux提供具有设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件，以及用户空间的设备文件系统

1.5 Linux内核版本

Linux内核有两种：稳定的和处于开发中的

- 命名机制：

第二章 从内核出发

2.1 获取内核源码

1. 使用Git

git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git
git pull # 更新分支到Linux的最新分支

2. 安装内核源代码

tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2
or
tar xvzf linux-x.y.z.tar.gz(压缩形式为GNU的zip）

3. 使用补丁

patch -p1 < ../patch-x.y.z

2.2 内核源码树

2.3 编译内核

1. 配置内核

• 字符页面的命令行工具：
  
  $ make config

• 图形界面工具：
  
  $ make menuconfig

• 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

2. 编译内核

• 字符页面的命令行工具：
  
  $ make config

• 图形界面工具：
  
  $ make menuconfig

• 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

3. 减少编译的垃圾信息

• 将错误报告和警告信息重定向到文件中
  
  $ make > ../detritus

• 将无用的输出信息重定向到/dev/null中
  
  $ make > /dev/null

4.安装新内核

将所有已编译的模块安装到正确的主目录/lib/modules下

make modules_install

2.4 内核开发的特点

• 内核开发时既不能访问C库也不能访问标准的C头文件 （解决方法：include/linux文件夹中包含了所需的内核头文件。）
• 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
• 内核编程时难以执行浮点运算
• 内核给每个进程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（对称多处理系统），必须时刻注意同步和并发。（常用的解决竞争的方法：自旋锁和信号量）。
• 要考虑可移植性的重要性（诸如保持字节序，64位对其，不假定字长和页面长度等。）