Linux内核学习笔记-1.简介和入门

原创文章，转载请注明：Linux内核学习笔记-1.简介和入门 By Lucio.Yang

部分内容来自：Linux Kernel Development（Third Edition），Robert Love，陈莉君等译。

1.操作系统和内核简介　　

　　Linux内核是自由公开软件，使用GNU的General Public License(GPL)第二版作为限制条款。大多数软件许可证决意剥夺你共享和修改软件的自由。相比之下，GNU通用公共许可证试图保证你共享和修改自由软件的自由。

　　通常一个内核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。内核独立于普通应用程序，拥有受保护的内存空间和访问硬件设备的所有权限，这种系统态和受保护的内存空间，称之为内核空间。

　　应用程序通过系统调用与内核通信。当一个应用程序执行一条系统调用，称应用程序在内核空间运行，而内核运行于进程上下文。

　　内核还要管理硬件设备。当硬件设备要和系统通信时，首先发出中断信号打断处理器的执行，继而打断内核的执行，内核通过中断号寻找相应的中断处理程序，并调用这个程序相应和处理中断。

　　所以，处理器活动的情况：

　　　　1.运行于用户空间，执行用户程序。

　　　　2.运行于内核空间，处于进程上下文。

　　　　3.运行于内核空间，处于中断上下文。

　　操作系统内核分为两大阵营：单内核和微内核。

　　单内核是将内核从整体上作为一个单独的大过程来实现，同时运行在一个单独的地址空间上。内核可以直接调用函数。大多数Unix为单内核单模块。

　　微内核的功能被划分为多个独立的过程，所有的服务器殴打保持独立并运行在各自的地址空间上，不能像单内核模块直接调用函数，通过进程间通信（IPC）机制实现消息传递。Windows和Mac OS X基于微内核，但是却让全部的服务器进程运行在内核空间，而避免频繁的上下文切换。

　　Linux是单内核，但是有模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块的特性。

　　与Unix的一些区别：

　　　　1.Linux支持动态加载内核模块。

　　　　2.Linux支持对称多处理机制（SMP）。

　　　　3.Linux内核可以抢占。

　　　　4.Linux不区分线程和进程。

2.GNU C

　　Linux使用c编写的，并不完全符合ANSI C标准，涵盖了ISO C99和GNU C标准。下面介绍内核使用的C语言拓展的部分。

　　1.内联（inline）函数

　　　　内联函数从源代码层看，有函数的结构，而在编译后，却不具备函数的性质。内联函数不是在调用时发生控制转移，而是在编译时将函数体嵌入在每一个调用处。因此，可以消除函数调用和返回带来的开销，但是意味着占用更多的空间。适合将对时间要求高、代码不长的函数定义为内联函数。如：

　　　　static inline void wolf();(MS的C99支持的关键字是_inline)。

　　2.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()指令嵌入代码。

　　3.分支声明

　　　　对于条件选择指令，gcc内建立了一条指令用于优化，在一个条件经常出现（likely），或者该条件经常很少出现的时候（unlikely），编译器可以根据这条指令对分支选择进行优化，从而生成更好的汇编代码。内核将这条指令封装成了宏。

　　　　　　#define likely(x)       __builtin_expect((x),1)//表示 x 的值为真的可能性更大；
　　　　　　#define unlikely(x)     __builtin_expect((x),0)//表示 x 的值为假的可能性更大。

　　　　用法如下：

　　　　　　if (likely(prev != next)) {
   　　　　    next->timestamp = now;
        　　　　...
　　　　　　} else {
　　　　        ...;
　　　　　　}