Linux内核设计与实现之内核开发的准备

pulbieup

在尝试内核开发之前，需要对内核有个整体的了解。
7 o: @) }! s6 {6 D! l
主要内容：
' b! ?2 X6 p: b7 o% O
获取内核源码
% D3 L, R8 v5 {0 x" k+ c内核源码的结构
编译内核的方法
/ ?9 `- h% `3 D/ j5 ?* B) s内核开发的特点


7 d- l% Q0 R/ Y* O6 l9 o/ E! _1. 获取内核源码
内核是开源的，所有获取源码特别方便，参照以下的网址，可以通过git或者直接下载压缩好的源码包。

http://www.kernel.org

/ s( ~. Q3 O9 Q, v- O
5 h4 U, E! p( J8 Z8 d5 x6 a
2. 内核源码的结构
$ o/ d# Q* r' \+ O6 k
5 v' F* y* Z, R. f/ U
# d6 b% B* I4 Z6 ]目录        说明
arch        特定体系结构的代码
# k$ f+ O0 M! V+ Wblock        块设备I/O层
crypo        加密API
Documentation        内核源码文档
drivers        设备驱动程序
firmware        使用某些驱动程序而需要的设备固件
fs        VFS和各种文件系统
$ O  U1 ?+ X" einclude        内核头文件
) p$ ?3 M4 _% b5 K! n9 |) iinit        内核引导和初始化
8 Q7 ~1 h' q* @4 U: w5 `9 Eipc        进程间通信代码
kernel        像调度程序这样的核心子系统
lib        同样内核函数
mm        内存管理子系统和VM
net        网络子系统
8 _- \5 R1 E- o& v0 |samples        示例，示范代码
( G% F0 ~, L1 a5 R( Bscripts        编译内核所用的脚本
- `, f1 t2 S$ [0 }security        Linux 安全模块
" q& @1 b9 \7 j& [1 lsound        语音子系统
usr        早期用户空间代码（所谓的initramfs）
tools        在Linux开发中有用的工具
virt        虚拟化基础结构
& B. l0 j3 y; T

3. 编译内核的方法
, i1 g, [5 {( y3 H- z. w还未实际尝试过手动编译内核，只是用yum更新过内核。这部分等以后手动编译过再补上。
  _& w) S, Z7 C6 O, `8 n$ m
$ d) Y$ h3 r3 }5 G7 g安装新的内核后，重启时会提示进入哪个内核。当多次安装新的内核后，启动列表会很长（因为有很多版本的内核），显得不是很方便。

: T7 E& n( j8 ^! Q! r下面介绍3种删除那些不用的内核的方法：(是如何安装的就选择相应的删除方法)

8 Z( f* }' e$ P" P  y. c3.1 rpm 删除法
2 L* o% y. O2 s+ t$ a8 g   rpm -qa | grep kernel*  (查找所有linux内核版本)
   rpm -e kernel-(想要删除的版本)
! F: C7 S: |$ l: i6 d+ S  K* E
$ M, t6 B7 g, }4 z5 |, k  c; y: ?3.2 yum 删除法
; x# q4 c% y( `6 ~   yum remove kernel-(要删除的版本)
1 f+ Z4 t4 w4 C1 W2 q" f
3.3 手动删除
; i! [8 r; a3 [! Z   删除/lib/modules/目录下不需要的内核库文件
8 n. O# P; t/ v# }   删除/usr/src/kernel/目录下不需要的内核源码
   删除/boot目录下启动的核心档案禾内核映像
$ R# Q4 V1 u! ^* A) B+ f6 c   更改grub的配置，删除不需要的内核启动列表



4. 内核开发的特点
4.1  无标准C库
为了保证内核的小和高效，内核开发中不能使用C标准库，所以连最常用的printf函数也没有，但是还好有个printk函数来代替。

2 d8 L* i3 I+ m2 b  U4.2 使用GNU C，推荐用gcc 4.4或以后的版本来编译内核
9 p; V, c; i+ W5 z9 R# x" V! ~7 ?因为使用GNU C，所有内核中常使用GNU C中的一些扩展：

* O7 }9 J" H, H8 V6 F& r0 {* `4.2.1 内联函数
# [: }0 y/ O' [' g9 }内联函数在编译时会在它被调用的地方展开，减少了函数调用的开销，性能较好。但是，频繁的使用内联函数也会使代码变长，从而在运行时占用更多的内存。

所以内联函数使用时最好要满足以下几点：函数较小，会被反复调用，对程序的时间要求比较严格。
% \4 F7 ~& l; C! e' n% E( x
# B5 G7 j( z' R2 I3 O内联函数示例：static inline void sample();
2 Q; l- Z4 t. J1 g" j
& e' L- i$ G" z/ S! w2 w; A4.2.2 内联汇编
) |4 v; A  e8 v内联汇编用于偏近底层或对执行时间严格要求的地方。示例如下：

9 K& `9 w6 ]$ j( W% ~unsigned int low, high;
1 L9 B* V. g2 F1 O1 tasm 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 */
. {* I6 P3 ~+ p/ ^, `- m5 Z4.2.3 分支声明
如果能事先判断一个if语句时经常为真还是经常为假，那么可以用unlikely和likely来优化这段判断的代码。
! {$ Z% D  ^/ P* r# `+ K. J9 a
* j% O& T, F/ Y/ R, }# O0 A复制代码
' f$ ~2 M: j- W) D5 U9 m2 o/* 如果error在绝大多数情况下为0(假) */
9 F# j4 n: \3 r/ Q7 k, o: aif (unlikely(error)) {
    /* ... */
8 D7 J3 j6 H! J4 }$ G, Q}
) l$ w( G$ q& Y) K* Q' k8 \1 l6 x' x
/* 如果success在绝大多数情况下不为0(真) */
if (likely(success)) {
    /* ... */
" `# C6 A7 ]* v5 {+ G, G/ F+ _6 m3 v}
复制代码
4.3 没有内存保护
因为内核是最低层的程序，所以如果内核访问的非法内存，那么整个系统都会挂掉！！所以内核开发的风险比用户程序开发的风险要大。
* {5 `  {0 ?: N; H
- O- c4 y4 L1 Y+ z而且，内核中的内存是不分页的，每用一个字节的内存，物理内存就少一个字节。所以内核中使用内存一定要谨慎。
# p! J* }* X, S6 t
3 w$ z& u3 ^6 `: D- h$ m4.4 不使用浮点数
内核不能完美的支持浮点操作，使用浮点数时，需要人工保存和恢复浮点寄存器及其他一些繁琐的操作。
" V, o4 z  |) B2 r3 `# u- j/ L
4.5 内核栈容积小且固定
内核栈的大小有编译内核时决定的，对于不用的体系结构，内核栈的大小虽然不一样，但都是固定的。

查看内核栈大小的方法：

ulimit -a | grep "stack size"
4.6 同步和并发
Linux是多用户的操作系统，所以必须处理好同步和并发操作，防止因竞争而出现死锁。
6 \* x9 M: t5 Y% l. N) R
4.7 可移植性
! q" Y7 D3 S# |4 n) ~Linux内核可用于不用的体现结构，支持多种硬件。所以开发时要时刻注意可移植性，尽量使用体系结构无关的代码。

xiaogegepcb

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