Linux内核设计与实现 总结笔记（第二章）

一、Linux内核中的一些基本概念

内核空间：内核可独立于普通应用程序，它一般处于系统态，拥有受保护的内存空间和访问硬件设备的所有权限。这种系统态和被保护起来的内存空间，称为内核空间。

进程上下文：当应用程序执行一条系统调用，通过系统调用运行在内核空间，而内核被称为运行在进程上下文中。

当你开发内核代码时，有一个重要的论坛是linux kernel mailing list（常缩写为lkml），你可以在http://vger.kernel.org上订阅邮件。

二、内核的一些常用的准备和操作

2.1 准备一个内核代码

• 下载地址：http://www.kernel.org
• 使用git获取最新的linux版本树：$git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git
  • 更新linus的最新分支：$git pull

2.2 安装内核源码

• 解压压缩包

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

安装源码的位置注意：内核源码通常安装在/usr/src/linux目录下。不能把这个源码树用作开发，因为编译工具C库就是链接到这里的。

并且不能用root对内核进行修改，哪怕是root安装内核，它都应该原封不动。

• 使用补丁的方法

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

• 内核配置

make config               老旧的方法，低效
make menuconfig           最常用的方法
make gconfig              基于个gtk+的图形工具
make defconfig            创建一个默认的配置
make oldconfig            .config不存在，运行make config/menuconfig，设置是子目录中的Kconfig的设置
                          .config存在，运行make config/menuconfig时的缺省设置即当前的.config设置
　　　　　　　　　　　　　　　 备份当前.config文件为.config.old，如果make config/menuconfig设置不当可用于恢复

• 当内核运行时则可以将/proc/config.gz文件复制出来，并且解压得到此内核的.config配置文件

zcat /proc/config.gz > .config                  #解压命令
make oldconfig

• 内核编译

make -jn
make -j32 > /dev/null

• 安装新内核

一定要保证随时有一个或两个可以启动的内核，以防新编译的内核出现问题。

例如，在使用grub的x86系统上，可能需要把arch/i386/boot/bzImage拷贝到/boot目录下，像vmlinuz-version这样命名它。并且编辑/etc/grub/grub.conf文件，为新内核建立一个新的启动项。使用LILO启动的系统应当编辑etc/lilo.conf，然后运行lilo

make moudles_install

三、内核编译之外的信息

• 内核和应用程序的差别包括以下几种：
• 内核编程时既不能访问C库也不能访问标准的C头文件
• 内核编程时必须使用GNU C
• 内核编程时缺乏像用户空间那样的呢村保护机制
• 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，因此必须时刻注意同步和并发
• 要考虑可移植性的重要性

3.1 没有libc库抑或无标准头文件

内核不能连接和使用标准C函数库，主要原因是使用库非常低效。

而且大部分库中的函数，在内核中都有对应的函数实现了。

3.2 头文件

体系结构相关的头文件集位于内核源码树的arch/<architecture>/include/asm目录下

• 内联函数

内核开发者通常把那些对时间要求比较高，而本身长度有比较短的函数定义成内联函数。

定义内联函数需要使用static作为关键字，并且用inline限定它。

static inline void wolf(unsinged long tail_size);

• 分支声明

内核把gcc优化指令封装成宏，likely()和unlikely()。

也就是说，使用likely(),执行if后面的语句的机会更大，使用unlikely(),执行else后面的语句机会更大一些。

通过这种方式，编译器在编译过程中，会将可能性更大的代码紧跟着后面的代码，从而减少指令跳转带来的性能上的下降。
比如 ：
if (likely(a>b)) {
　　fun1();
}
if (unlikely(a>b)){
　fun2();
}

这里就是程序员可以确定 a>b 在程序执行流程中出现的可能相比较大，因此运用了likely()告诉编译器将fun1()函数的二进制代码紧跟在前面程序的后面，这样就cache在预取数据时就可以将fun1()函数的二进制代码拿到cache中。这样，也就添加了cache的命中率。