linux第一次读书笔记

时间：2022-05-08 09:08:04

第一章 LINUX内核简介

1.1 Unix的历史

  • 1969年的夏天，贝尔实验室的程序员们在一台PDR-7型机上实现了Unix这个全新的操作系统。
  • 1973年，整个Unix系统用C语言进行了重写，给后来Unix系统的广泛移植铺平了道路。
  • 伯克利的第一个Unix演化版是1977年推出的1BSD系统。
  • 伯克利真正独立开发的Unix系统是于1979年推出的3BSD系统，支持虚拟内存。
  • 1994年重写了虚拟内存子系统，推出了最终官方版，即4.4BSD。

Unix内核的特点:

  • 首先，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内核和相关的系统工具软件是用C语言编写而成的，使得其在各种硬件体系架构面前都具备令人惊异的移植能力。
  • 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。
  • Unix提供了一套非常简单但又很稳定的进程间通信元语，把目标放在一次执行保质保量地完成一个任务上。

1.2Linux简介

Linux是类Unix系统，没有直接使用Unix的源代码，但也没有抛弃Unix的设计目标并且保证了应用程序编程接口的一致性。

Linux内核也是*（公开）软件。

1.3操作系统和内核简介

操作系统：整个系统中负责完成最基本功能和系统管理的部分。

内核（管理者或者操作系统核心）：由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、进程间通信等系统服务程序共同组成。

内核空间：系统态和被保护起来的内存空间。

在系统中运行的应用程序通过系统调用来与内核通信。

将每个处理器在任何指定时间点上的活动必然概括为：

  • 运行于用户空间，执行用户进程
  • 运行于内核空间，处于进程上下文，代表某个特定的进程执行
  • 运行于内核空间，处于中断上下文，与任何进程无关，处理某个特定的中断

1.4Linux内核和传统Unix内核的比较

单内核：把它从整体上作为一个单独的大过程来实现，同是也运行在一个单独的地址空间上。

微内核：功能被划分成各个独立的过程。每个过程叫做一个服务器。

Linux是一个单内核，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。让所有事情运行在内核态，直接调用函数，无需消息传递。

  • 支持动态加载内核模块
  • 支持对称多处理（SMP）
  • 内核可以抢占（preemptive），允许内核运行的任务有优先执行的能力
  • 不区分线程和其他的一般进程
  • 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。

1.5Linux内核版本

版本号为2.6.30.1的内核，主版本号是2，从版本号是6，修订版本号是30，稳定版本号是1。

第二章 从内核出发

1. 获取内核源码

  • 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

  • 安装内核源代码（如果使用git获取就不需要下载压缩文件。）

    tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2
    或者
    tar xvzf linux-x.y.z.tar.gz

注意：内核源代码一般安装在/usr/src/linux目录下，即使在安装新内核时，/usr/src/linux目录应当保证原封不动。

  • 使用补丁

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

2. 内核源码树

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3. 编译内核

3.1 配置内核

配置项的二选一和三选一：

二选一：yes 或者 no

三选一：yes 或者 no 或者 module（module意味着该配置被选定了，以模块生成。驱动程序一般都用三选一的配置项）

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

3.2 编译内核

编译内核：
make

重定向到该文件中：
make > .. /detritus

把无用的输出信息重定向到永无返回值的黑洞中：
make > /dev/null

3.3 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

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

    • 内联函数： 函数会在所调用的位置上展开。 定义时，需要使用static作为关键字，用inline限定它。 内联函数必须在使用之前就定义好，一般在头文件中定义。 内核中优先使用内联函数而不是宏。

    • 内联汇编： 通常使用asm()指令嵌入汇编代码，用volatile表示不优化

    • 分支声明： unlikely(x) - x很少出现，绝少发生，通常为假 likely(y) - y经常出现，通常为真

  • 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。）
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