linux内核设计与实现（第二章）----内核开发准备

雨点打透心脏的1/2处 2022-02-05 00:43 304阅读 0赞

主要内容：

*  获取内核源码
 *  内核源码结构
 *  编译内核方法
 *  内核开发特点

# 1、获取内核源码 #

linux是一个开源的内核，linux源码随手可得，想要获取内核源码非常的方便，可以通过网站下载或者git方式下载。

[http://www.kernel.org][http_www.kernel.org]

# 2、内核源码结构 #

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><strong>目录</strong></td> 
   <td><strong>说明</strong></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>arch</td> 
   <td>特定体系结构的代码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>block</td> 
   <td>块设备I/O层</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>crypo</td> 
   <td>加密API</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Documentation</td> 
   <td>内核源码文档</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>drivers</td> 
   <td>设备驱动程序</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>firmware</td> 
   <td>使用某些驱动程序而需要的设备固件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>fs</td> 
   <td>VFS和各种文件系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>include</td> 
   <td>内核头文件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>init</td> 
   <td>内核引导和初始化</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ipc</td> 
   <td>进程间通信代码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>kernel</td> 
   <td align="left">像调度程序这样的核心子系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>lib</td> 
   <td>同样内核函数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>mm</td> 
   <td>内存管理子系统和VM</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>net</td> 
   <td>网络子系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>samples</td> 
   <td>示例，示范代码</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>scripts</td> 
   <td>编译内核所用的脚本</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>security</td> 
   <td>Linux 安全模块</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>sound</td> 
   <td>语音子系统</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>usr</td> 
   <td>早期用户空间代码（所谓的initramfs）</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>tools</td> 
   <td>在Linux开发中有用的工具</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>virt</td> 
   <td>虚拟化基础结构</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 3、编译内核方法 #

1.  make config    基于文本模式的交互式内核配置
2.  make menuconfig    基于文本模式的菜单型内核配置
3.  make gconfig    基于gtk窗口模式的内核配置
4.  make defconfig    基于默认的体系结构配置
5.  make oldconfig   基于之前编译的内核
6.  make 编译内核
7.  make > /dev/null   编译时输出的信息重定向到永无返回值的黑洞
8.  make -jn   n表示衍生的作业数，及参与编译的核心数

# 4、内核开发特点 #

## 4.1  无标准C库 ##

为了保证内核的小和高效，内核开发中不能使用C标准库，所以连最常用的printf函数也没有，但是还好有个printk函数来代替。

## 4.2 使用GNU C，推荐用gcc 4.4或以后的版本来编译内核 ##

因为使用GNU C，所有内核中常使用GNU C中的一些扩展：

### 4.2.1 内联函数 ###

内联函数在编译时会在它被调用的地方展开，减少了函数调用的开销，性能较好。但是，频繁的使用内联函数也会使代码变长，从而在运行时占用更多的内存。

所以内联函数使用时最好要满足以下几点：函数较小，会被反复调用，对程序的时间要求比较严格。

内联函数示例：static **inline** void sample();

### 4.2.2 内联汇编 ###

内联汇编用于偏近底层或对执行时间严格要求的地方。示例如下：

unsigned int low, high;
    asm volatile("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));
    /* low 和 high 分别包含64位时间戳的低32位和高32位 */

### 4.2.3 分支声明 ###

如果能事先判断一个if语句时经常为真还是经常为假，那么可以用unlikely和likely来优化这段判断的代码。

/* 如果error在绝大多数情况下为0(假) */
    if (unlikely(error)) {
        /* ... */
    }
    
    /* 如果success在绝大多数情况下不为0(真) */
    if (likely(success)) {
        /* ... */
    }

## 4.3 没有内存保护 ##

因为内核是最低层的程序，所以如果内核访问的非法内存，那么整个系统都会挂掉！！所以内核开发的风险比用户程序开发的风险要大。

而且，内核中的内存是不分页的，每用一个字节的内存，物理内存就少一个字节。所以内核中使用内存一定要谨慎。

## 4.4 不使用浮点数 ##

内核不能完美的支持浮点操作，使用浮点数时，需要人工保存和恢复浮点寄存器及其他一些繁琐的操作。

## 4.5 内核栈容积小且固定 ##

内核栈的大小有编译内核时决定的，对于不用的体系结构，内核栈的大小虽然不一样，但都是固定的。

查看内核栈大小的方法：

ulimit -a | grep "stack size"

## 4.6 同步和并发 ##

Linux是多用户的操作系统，所以必须处理好同步和并发操作，防止因竞争而出现死锁。

## 4.7 可移植性 ##