《Linux内核设计与实现》第一二章学习笔记

第一章 Linux内核简介

1.1 Unix的历史

Unix的特点

Unix很简洁，所提供的系统调用都有很明确的设计目的。
Unix中一切皆文件，对数据和设备的操作都是通过一套相同的系统调用接口进行的。
Unix内核和相关的系统工具都是用C语言编写成的。
Unix进程创建非常迅速。
Unix提供了一套简单而稳定的进程间通信原语。

Unix现在已经发展为一个支持抢占式多任务、多线程、虚拟内存、换页、动态链接和TCP/IP网络的现代化操作系统。

1.2追寻Linus足迹：Linux简介

Linux是类Unix系统，但它不是Unix，尽管Linux借鉴了Unix的许多设计并且实现了Unix的API。
Linux是一个非商业化的产品，这是它最让人感兴趣的特征。
Linux用途广泛，包含的东西也名目繁多。

1.3操作系统和内核简介

操作系统是计算机完成基本功能和系统管理的核心，内核是操作系统的核心。在系统中运行的应用程序通过系统调用来与内核通信。

内核提供的服务主要有：

中断服务程序，负责响应响应中断
调度程序，负责管理多个进程从而分配处理器轮转时间
内存管理程序，管理进程地址空间
网络、进程间通信等系统服务

1.4Linux内核和传统Unix内核比较

Linux是类Unix系统，但不是Unix，也没有直接使用Unix的源代码。Linux内核是自由公开的软件，开源。Linux是单内核，但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。

1.5Linux内核版本

1.6Linux内核开发者社区

http://vegr.kernel.org

1.7小结

第二章

2.1获取内核源码

2.1.1使用Git

使用Git来获取最新版本源代码：

$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git

更新到Linux的最新分支：

$ git pull

2.1.2安装内核源代码

解压并安装内核源代码：

$ tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2/gz

2.1.3使用补丁

使用补丁：

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

2.2内核源码树

2.3编译内核

2.3.1配置内核

Linux中可以配置的选项其前缀均为CONFIG。

配置项二选一：yes 或 no

配置项三选一：yes 、no 或 module（以模块形式生成，为独立代码段）

简化内核配置工具：

字符界面下的Linux工具：逐一遍历所有的配置项，要求用户逐一选择，耗时长。

$ make config
基于ncurse库编制的图形界面工具：

$ make menuconfig
基于gtk+的图形工具：

$ make gconfig
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
一旦内核配置好，就可以利用一个简单的命令来编译它。

$ make

2.3.2减少编译的垃圾信息

尽量减少垃圾信息的方法：对输出进行重定向。

$ make > .. /detritus 将输出信息重定向到这个文件目录 $ make > /dev/null 把无用的输出信息重定向到永无返回值的黑洞/dev/null

2.3.3衍生多个编译作业

$ make jn n为要衍生出的作业数,每个处理器可以衍生出1或2个作业，16核时n可取32

2.3.4安装新内核

$ make modules_install

2.4内核开发的特点

2.4.1无libc库抑或无标准头文件

大部分常用的C库函数在内核中都已经得到实现，只要包含<linux/string.h>文件就可以使用它们。

2.4.2GNU C

内联函数

内联函数的工作模式：函数会在它所调用的位置上展开，可以消除函数调用和返回所带来的开销（寄存器存储和恢复）。但是代码会变长，占用更多的内存空间或者缓存指令。

定义一个内联函数的时候需要使用static作为关键字并用inline限定，并且必须在使用之间就定义好。

static inline void wolf(unsigned long tail_size)

内联汇编

gcc编译器支持在C函数中嵌入汇编指令。通常使用asm()指令嵌入汇编代码。

分支声明

对于条件选择语句，在一个条件经常出现或很少出现的时候，编译器可以根据这条指令对条件分支进行选择优化。并将其封装成宏，如likely()和unlikely()。

将一个选择标记成绝少发生的分支：

/error绝大多数时间都会为0/ if(unlikely(error)){ ... }

将一个分支标记为通常为真的分支：

/success通常都不会为0/ if(likely(success)){ ... }

2.4.3没有内存保护机制

内核中发生内存错误会导致oops。访问非法地址或引用空指针可能会造成死机。
内核中所有的内存都不分页。每使用一个字节，物理内存就减少一个字节。

2.4.4不要轻易在内核中使用浮点数

2.4.5容积小而固定的栈

2.4.6同步和开发

Linux是抢占式多任务操作系统。
Linux内核支持对称处理器系统（SMP）。
中断是异步到来的，完全不考虑当前正在执行的代码。
Linux内核可以抢占。

2.4.7可移植性的重要性

2.5小结

在探索的征途中，最重要的是阅读和修改内核源代码，只有通过实际的阅读和实践词汇理解内核。