Linux内核分析——第二章 从内核出发

第二章 从内核出发

一、获取内核源码

1、Git是分布式的；下载和管理Linux内核源代码；

2、获取最新提交到版本树的一个副本

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

当下载代码后，更新自己的分支到最新分支  $ git pull

3、安装内核源代码

（1）压缩形式为bzip2

运行：$ tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2

（2）压缩形式为zip

运行：$ tar xvzf linux-x.y.z.tar.gz

4、使用补丁

从内部源码树开始，运行$ patch -p1 < ../patch-x,y,z

二、内核源码树

COPYIN：内核许可证；

CREDITS：内核代码的开发者列表；

MAINTAINTERS：维护者列表——负责维护内核子系统和驱动程序；

Makefile：是基本内核的Makefile；

三、编译内核

1、配置内核

（1）字符页面的命令行工具：$ make config

（2）图形界面工具：$ make menuconfig

（3）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（以模块生成）

（4）其他的几种配置：

$ make defconfig //基于默认配置

$ make oldconfig //验证和更新配置

（5）.config文件：配置项会被存放在内核代码树根目录下。

$ zcat /proc/config.gz > .config 目前的内核已经启用了CONFIG_IKCONFIG_PROC选项，可以从/proc下复制文件；

$ make oldconfig 便以一个新内核；

$ make 编译该配置好的内核；

2、减少编译的垃圾信息

（1）少看到垃圾信息却不错过错误报告和警告信息，对输出重定向

$ make > ../detritus

（2）把无用的输出信息重定向到永无返回值的黑洞/dev/null中

$ make > /dev/null

3、衍生多个编译作业

（1）以多个作业编译内核

$ make -jn （j：指定同时执行多任务；n：要衍生出的作业数）

（2）16核处理器

$
make -j32 > /dev/null

4、安装新内核

（1）以root身份，运行，把所有已编译的模块安装到正确的主目录/lib/modules下。

% make modules_install

（2）System.map文件：编译时在内核代码树的根目录下创建的文件；是一个符号对照表；用来将内核符号与它们的起始地址对应起来；调试时，把内存地址转化为函数名和变量名，很有用。

四、内核开发的特点

1、内核开发有一些独特之处：

（1）内核开发时既不能访问C库也不能访问标准的C头文件。

（2）内核编程时必须使用GNU C。

（3）内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制。

（4）内核编程时难以执行浮点运算。

（5）内核给每个进程只有一个很小的定长堆栈。

（6）由于内核支持异步中断、抢占和SMP，必须时刻注意同步和并发

（7）要考虑可移植性的重要性。

2、无libc库抑或标准头文件

内核不能链接使用标准C函数库。

3、头文件

（1）基本头文件位于内核源代码顶级目录下的include中。

（2）体系结构相关头文件：内核源代码树arch/<architecture>/include/asm目录下。

4、GNU C

GCC是多种GNU编译器的集合。

5、内联函数

定义一个内联函数，用static作关键字，用inline限定它。

static inline void wolf(unsigned long
tail_size);

6、内联汇编

用asm（）指令嵌入汇编代码

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

7、分支声明

（1）/* error在绝大多数情况下为0 */

if
(unlikely(error)) {

/* ... */

}

（2） /* success在通常不为0 */

if (likely(success)) {

/* ... */

}

如果判断正确，性能会提升；如果搞错，性能反而下降。

8、没有内存保护机制

（1）在内核中，不该访问非法的内存地址，引用空指针，否则内核会over；

（2）内核中的内存不分页：每用掉一个字节，物理内存都减少一个；

9、不用轻易在内核中使用浮点数

与用户空间进程不同，内核不完美支持浮点操作，因为他本身不能陷入；

10、容积小而固定的栈

（1）用户空间的栈本身比较大，而且可以动态增长。

（2）对于不用的体系结构，内核栈的大小不一样并都是固定的。

11、同步和并发

内核易产生竞争条件，许多特性都要求能过并发地访问共享数据，就要求同步机制以保证不出现竞争条件，特别是：

（1）Linux是抢占多任务操作系统.

（2）Linux内核支持对称多处理器系统（SMP）。

（3）中断异步到来。

（4）Linux内核可以抢占。

常用解决方法：自旋锁和信号量

12、可移植性的重要性

Linux是可移植的操作系统。

五、小结

1、内核有独一无二的特质。

2、它实施自己的规则和奖惩措施，拥有整个系统的最高管理权。