从按下电源开关到bash提示符 4.内核

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#bash #linux #工作 #system #任务 #语言

本文深入探讨了Linux内核的功能和工作原理，包括任务调度、虚拟内存管理、文件系统管理等核心概念。此外，还介绍了如何配置和编译内核，以及最小化内核的方法。

4. Linux 内核

内核干了很多工作。我认为宏观的说内核让程序合理并且高效的控制硬件。

处理器每次只能执行一条指令，但是Linux表面上看起来同是运行了很多东西。内核用快速切换任务的方式来实现这样的效果。它把处理器的能力发挥到极致，通过不断监视哪个进程可以行、那个进程在等待（比如等待硬盘读取文件、键盘输入等等）。这些内核的工作叫做调度。

如果一个程序什么也不做了，它就不必待在内存里。即使程序正在运行，也可能存在某些部分不在执行。为程序分配的内存空间以页为单位。内核跟 踪哪些进程的哪些页使用最频繁。哪些不常用的页面会被移动到交换分区，当需要他们的时候，另外一个不常用的页会交换到硬盘上来给他让位。这就是虚拟内存管 理。

如果你曾经编译过自己的内核，你会注意到每个设备都有很多选项。内核包括了很多特别的代码用于和多种多样的硬件沟通，并且以很规范的方式提供给应用程序。

内核还管理文件系统、进程间通信还有很多网络功能。

一旦内核被读入，它会先寻找init程序来运行。

4.1 配置

大部分内核配置在你建立它的时候已经完成，使用make menuconfig,或者make xconfig 在你内核源文件存放的地方。你可以用rdev来重新设置默认的视频模式，根文件系统，交换分区，和内存中虚拟盘的大小。包括这些参数在内的很多参数将同过 lilo传给内核。你可以直接传参数给lilo或者用lilo.conf，都可以把信息传给内核。举个例子如果你想用hda3来作为你的根目录而不是用 hda2，你可以键入 

        LILO: linux root=/dev/hda3

如果你正在从源代码建立一个系统，你可以通过建立一个“monolithic”的内核来使过程变得很轻松。它没有模块，这样你就不用拷贝内核模块到目标系统了。

注意：内核记录器要使用System.map来确定模块生成信息。程序也要用到这些信息。当你把内核复制到目标系统时，把System.map一起拷贝过去。

4.2 练习

思考如下问题：/dev/hda3是一个用来描述硬盘的特殊文件。但是他在文件系统里面貌似和其他文件没什么区别。内核想知道在哪个分区上安装根文件系统——但这时还根本没有文件系统，它是如何读取/dev/hda3并找到要安装的分区的？

如果你还没有建立你自己的内核，阅读所有选项的帮助信息。

看看你可以把内核做的多小。你可以从错误中学到很多！

阅读“The Linux Kernel”，同时找到相应的源代码。这本书基于2.0.33版内核。已经过时了。老版本的内核相对容易理解，如果你下载了源代码，你会非常高兴的发现用c语言写的“进程”和“分页”函数。

Hack! 看看你能不能让它显示些别的信息或者做些其他事。

4.3 更多信息

 
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struct dirent *entry; char path[256]; char name[256]; int found = 0; dir = opendir("/sys/devices/virtual/vtconsole"); if (!dir) { perror("opendir"); return -1; } while ((entry = readdir(dir)) != NULL) { if (entry->d_type == DT_DIR && strncmp(entry->d_name, "vtcon", 5) == 0) { snprintf(path, sizeof(path), "/sys/devices/virtual/vtconsole/%s/name", entry->d_name); FILE *f = fopen(path, "r"); if (f) { if (fgets(name, sizeof(name), f)) { // 去除换行符 name[strcspn(name, "\n")] = 0; // 判断是否是串口控制台，这里根据实际情况调整匹配字符串 if (strstr(name, "serial") != NULL || strstr(name, "ttyS") != NULL) { found = 1; fclose(f); // 构建bind文件路径 snprintf(path, sizeof(path), "/sys/devices/virtual/vtconsole/%s/bind", entry->d_name); int bind_fd = open(path, O_WRONLY); if (bind_fd < 0) { perror("open bind"); closedir(dir); return -1; } // 写入0禁用 if (write(bind_fd, "0\n", 2) != 2) { perror("write bind"); close(bind_fd); closedir(dir); return -1; } close(bind_fd); break; } } fclose(f); } } } closedir(dir); if (!found) { fprintf(stderr, "Serial console not found in vtcon devices\n"); return -1; } return 0; } ``` 启用函数类似，写入"1\n"。 注意：这种方法需要内核配置了虚拟终端控制台（VT_CONSOLE），并且串口控制台已经绑定到vtcon设备上。 另外，这种方法只能禁止内核消息输出到该串口控制台，但用户空间的输出（如shell）可能仍然存在。如果我们需要完全禁止该串口的输入输出，那么应该考虑关闭该串口设备的文件描述符（如果有进程打开的话），或者使用终端属性设置来禁用回显和输入（但输出无法完全禁止）。 7. 另一种方法：使用tcsetattr禁用输入和输出 我们可以通过设置串口终端的属性来关闭输入（ICANON和ECHO等）和输出（OPOST等），但这并不能阻止内核消息的输出，因为内核消息是直接写到控制台设备上的，而不是通过终端属性控制的。 不过，我们可以通过关闭标准输入输出重定向到该串口的进程（如getty）来释放串口，然后重新打开设置。但这种方法依赖于具体应用。 8. 内核启动参数：如果系统允许重启，修改内核启动参数是最根本的方法。去掉console=ttyS0参数。 结论： 如果目标是禁用内核消息输出到串口控制台，推荐使用sysfs vtcon的bind接口（方法6）。如果目标是禁用用户空间对该串口的读写，则可以通过tcsetattr设置终端属性，或者关闭所有打开该串口的进程。 由于用户的需求是“切换ttyS0实际串口输入输出开关”，这里我们理解为禁用或启用该串口作为控制台的功能（内核输出和登录提示等），所以方法6是可行的。 注意：操作sysfs文件需要root权限。 下面给出完整的代码示例（C语言）来实现启用和禁用串口控制台： </think># 串口终端开关控制方法 在Linux系统中控制ttyS0串口的输入输出开关，可以通过终端属性设置和内核控制台管理两种主要方式实现。以下是我的详细分析和解决方案： ## 一、终端属性控制方法（用户空间） 通过设置终端属性禁用输入输出： ```c #include <termios.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> int disable_ttyS0_io() { int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY); if (fd < 0) return -1; struct termios tty; tcgetattr(fd, &tty); // 禁用输入和输出 tty.c_cflag &= ~(CREAD | CLOCAL); // 禁用接收器 tty.c_lflag &= ~(ICANON | ECHO); // 禁用规范模式和回显 tty.c_oflag &= ~OPOST; // 禁用输出处理 int result = tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty); close(fd); return result; } int enable_ttyS0_io() { int fd = open("/dev/ttyS0", O_RDWR | O_NOCTTY); if (fd < 0) return -1; struct termios tty; tcgetattr(fd, &tty); // 启用输入和输出 tty.c_cflag |= (CREAD | CLOCAL); // 启用接收器 tty.c_lflag |= ICANON; // 启用规范模式 tty.c_oflag |= OPOST; // 启用输出处理 int result = tcsetattr(fd, TCSANOW, &tty); close(fd); return result; } ``` ## 二、内核控制台管理方法（需要root权限） 通过sysfs接口控制控制台绑定状态： ```c #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h> #include <dirent.h> int find_serial_console() { DIR *dir = opendir("/sys/devices/virtual/vtconsole"); if (!dir) return -1; struct dirent *entry; while ((entry = readdir(dir)) != NULL) { if (entry->d_type != DT_DIR) continue; if (strncmp(entry->d_name, "vtcon", 5) != 0) continue; char path[256], name[128]; snprintf(path, sizeof(path), "/sys/devices/virtual/vtconsole/%s/name", entry->d_name); FILE *f = fopen(path, "r"); if (!f) continue; if (fgets(name, sizeof(name), f) && (strstr(name, "serial") || strstr(name, "ttyS"))) { fclose(f); closedir(dir); return atoi(entry->d_name + 5); } fclose(f); } closedir(dir); return -1; } int toggle_serial_console(int enable) { int vtcon = find_serial_console(); if (vtcon < 0) return -1; char path[256]; snprintf(path, sizeof(path), "/sys/devices/virtual/vtconsole/vtcon%d/bind", vtcon); int fd = open(path, O_WRONLY); if (fd < 0) return -1; int result = write(fd, enable ? "1\n" : "0\n", 2) != 2 ? -1 : 0; close(fd); return result; } ``` ## 三、使用方法示例 ```c int main() { // 方法1：通过终端属性禁用I/O if (disable_ttyS0_io() == 0) { printf("已通过终端属性禁用ttyS0输入输出\n"); } // 方法2：通过内核控制台管理禁用 if (toggle_serial_console(0) == 0) { printf("已通过内核控制台解绑ttyS0\n"); } // 重新启用 // enable_ttyS0_io(); // toggle_serial_console(1); return 0; } ``` ## 四、注意事项 1. **权限要求**： - 终端属性方法需要访问`/dev/ttyS0`权限 - 内核控制台方法需要root权限 2. **系统兼容性**： - 内核控制台方法需要内核支持VT_CONSOLE - 检查`/sys/devices/virtual/vtconsole/`目录是否存在 3. **作用范围**： - 终端属性方法影响特定进程访问 - 内核控制台方法禁用内核级控制台输出 4. **持久性**： - 两种方法都是临时性设置 - 永久禁用需要在启动参数中移除`console=ttyS0`[^1] ## 五、替代方案：终端复用控制 ```c #include <stdlib.h> void toggle_ttyS0_via_system(bool enable) { // 使用stty命令禁用终端 if (!enable) { system("stty -F /dev/ttyS0 -echo -icanon && " "stty -F /dev/ttyS0 speed 0"); } // 恢复默认设置（通常115200波特率） else { system("stty -F /dev/ttyS0 echo icanon && " "stty -F /dev/ttyS0 speed 115200"); } } ``` 此方法使用stty命令实现，适用于脚本环境，但效率低于直接API调用。
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