linux第一次读书笔记

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内核也是自由（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

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。）