Linux内核设计与实现之内核开发的准备

pulbieup

7 ^# H2 o% b5 v2 y$ o+ D在尝试内核开发之前，需要对内核有个整体的了解。

主要内容：
. A" [. a. s3 ?# o" S( I
; e' A' ?# K+ X( A' s1 L! _8 {  u' a获取内核源码
1 H; Y* m4 _$ V: L$ g) o3 l( T内核源码的结构
" A. c- C- P4 `编译内核的方法
内核开发的特点
  m9 A7 \* h5 B8 Q
& f# o" Y) Q* U' t( h7 f
" {# c, M+ W# o: p4 n1. 获取内核源码
+ H% X, K' H' s: Q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。
" i" f* b$ V0 y
http://www.kernel.org


  T  j5 w; u1 O7 A. `& J5 }, R
2. 内核源码的结构
7 b  x; f! Z, z

目录        说明
arch        特定体系结构的代码
block        块设备I/O层
$ `7 P; w- L: p3 Z3 hcrypo        加密API
Documentation        内核源码文档
drivers        设备驱动程序
: r! I' U+ k. efirmware        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
5 s& U! g, e! i7 Iinclude        内核头文件
) z# j) a0 u6 v5 i8 binit        内核引导和初始化
ipc        进程间通信代码
$ a$ t, O' q! ]6 \7 D$ ~! zkernel        像调度程序这样的核心子系统
% C+ N5 E$ o* {4 A' p1 _lib        同样内核函数
mm        内存管理子系统和VM
& t( n- _2 H+ Z& b7 Mnet        网络子系统
samples        示例，示范代码
scripts        编译内核所用的脚本
% P) ^$ E) e( Q2 i3 J$ E. ?0 r) |# `security        Linux 安全模块
sound        语音子系统
usr        早期用户空间代码（所谓的initramfs）
+ H) N7 ]) ~- _tools        在Linux开发中有用的工具
virt        虚拟化基础结构
3 ]3 M7 E: u# B2 J% _! d5 T" G( q& w

  q" R" r  u* T- f3. 编译内核的方法
! G9 R' O, M3 A  M6 Y. V0 t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。

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。
. N4 X" Q5 X& A# m
, f. b, I: G3 X) A, S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)

3.1 rpm 删除法
" H7 F) `  C' S- Q( R   rpm -qa | grep kernel*  (查找所有linux内核版本)
: a  ?0 ^% r6 e# U5 _2 s7 c   rpm -e kernel-(想要删除的版本)
& c% w$ Y2 L/ h! s2 G' E6 x
3.2 yum 删除法
0 q3 e7 o8 k# i   yum remove kernel-(要删除的版本)

6 t9 z5 d" |8 C7 j' M4 K$ [; h3.3 手动删除
! }+ w! `4 d$ h% u   删除/lib/modules/目录下不需要的内核库文件
   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
   更改grub的配置，删除不需要的内核启动列表
0 N! F% H/ b* y( E' f; W


( ~/ v5 E: d& L4. 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 C0 S6 |! y0 `/ J
2 Q$ q8 n$ s, K( V. o4.2 使用GNU C，推荐用gcc 4.4或以后的版本来编译内核
因为使用GNU C，所有内核中常使用GNU C中的一些扩展：

4.2.1 内联函数
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。
8 K7 C1 G2 M! b
内联函数示例：static inline void sample();
# A0 @& V8 B- s- W( {' V/ V
4 w- ?0 z( r. e5 H8 a. V3 E9 m4.2.2 内联汇编
" M8 D. o3 Q" R7 d/ C; c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：

# I  ]1 G- \4 n. Z3 Junsigned 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 */
4.2.3 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。
! \6 V. k3 R' M
复制代码
/* 如果error在绝大多数情况下为0(假) */
6 E9 }7 f5 J, P% w3 }4 Jif (unlikely(error)) {
% l% L! d/ {8 O5 m- A% q: b/ c$ N    /* ... */
}
, V3 }" `0 w! W+ M
/* 如果success在绝大多数情况下不为0(真) */
! K+ ?  u6 g* W9 r2 `if (likely(success)) {
* f2 k% v6 i) Z  W0 t) O    /* ... */
}
* v5 e1 g: _5 b. H! a复制代码
) L$ @! Q8 w% N/ w' L4.3 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。

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。

4.4 不使用浮点数
$ o" y: u7 P" R8 M; E  `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。
2 G3 I, m5 s3 s2 q- U. B* v* [# j
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。
: S: k: A# V* i3 r
1 S0 Y) M7 z/ E& V# O# Z: z: O查看内核栈大小的方法：
! p, R3 _3 E& o" E( ~; d
ulimit -a | grep "stack size"
# b/ r% @( ?3 a: @" v  R+ X$ F+ K: J4.6 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。
% O- v4 f! `8 U7 |$ q. x) f
4.7 可移植性
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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