LDD之准备工作

最新推荐文章于 2024-09-21 03:49:13 发布

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Linux作为最受程序员欢迎的开源操作系统，从上世纪90年代到现在，一直在成长，一直在进步，吸纳了不计其数的程序员的代码，来自世界各地的程序员都活跃在Linux社区，很多公司也贡献自己的代码，同时也发布各个的版本，大家都从中获益颇丰。要参与Linux的开发，或者使用Linux，就要不同程度的阅读、修改Linux代码，运行自己编译的Linux镜像。然而，我们必须要做一些准备工作。

入门概念

内核划分

一般内核可将内核划分为如下几个部分：

进程管理

内核负责创建和销毁进程，并处理它们与外部世界的联系，处理进程间通讯(IPC，通过信号，管道，IPC原语等)；调度器控制进程如何共享CPU；内核的进程管理活动，实现了多个进程在一个或者几个CPU之上的抽象。

内存管理

内存是PC的主要资源，处理内存的策略对系统性能至关重要，内核为每一个进程分配了一个虚拟地址空间，内核提供一套函数调用来供内核其他部分与内存管理交互。

文件系统

Linux中的任何东西都可以看做一个文件，内核在非结构化的硬件设备之上建立了一个结构化的文件系统，Linux支持多个文件系统类型（物理介质上不同的数据组织方式），例如ext3，FAT等。

设备控制

几乎所有系统操作最终都映射到一个物理设备上，任何外设的控制操作都由要访问的外设相关的代码（设备驱动）来完成，要想使用外设，内核必须嵌入响应的设备驱动。

网络

因为大部分的网络操作不是特定于某一个进程，进入系统的报文又是异步的，报文在某一个进程接手前必须被收集，识别，分发。内核负责在应用程序和网络接口卡之间递送报文，内核根据程序的网络活动来控制程序的执行，并且所有的路由，地址解析都由内核完成。

设备和模块的分类

Linux的设备分为，字符设备，块设备，网络设备，因此Linux的模块可分为，字符模块，块模块，网络模块。

字符设备

字符设备是一种可以当做一个字节流来访问的设备，字符设备驱动至少实现open，close，read，和write系统调用。大部分字符设备仅仅是数据通道，只能顺序访问，不能像普通文件一样可以移来移去。

块设备

块设备应该可以驻有一个文件系统，Linux允许应用程序像字符设备一样访问块设备，每次传送任意字节的数据。字符设备、块设备的区别仅仅在于内核内部管理数据的方式，因此内核/驱动的软件接口就不同。

网络设备

网络设备可以是硬件设备，也可以是软件设备(环回loop)，网络设备在网络子系统的驱动下，负责发送和接收数据报文，网络设备驱动对单个连接一无所知，它只处理报文。网络设备不是面向流的，因此不容易简单的映射到文件系统节点上，但是Linux也给网络设备分配了名字，虽然没有对应的文件系统入口，因此内核和网络设备的通讯也不同于字符设备、块设备，调用函数也不同，不能使用read/write。

除了以上的分类方式，还有一些其他的分类方式，例如，我们可以说，USB模块，串口模块，SCSI模块；每一个USB设备由一个USB模块驱动，与USB子系统一起工作，但是它可能表现为一个字符设备（USB串口），块设备（USB内存卡），网络设备（USB网卡）。

文件系统类型是一种软件驱动，它将低级数据结构映射为高级数据结构，文件系统决定一个文件名多长，在一个目录入口中存储每个文件的什么信息，文件系统模块必须实现最低级的系统调用，来存取目录和文件，通过映射文件名和路径到保存在数据块中的数据结构。内核声明了不同操作，可以在一个文件系统节点，目录，文件和超级块上进行操作。

安全相关

内核调用init_module来检查进程是否有权加载模块到内核。

安全是一个策略问题，所以一般，驱动程序员应该避免编写与安全相关的代码到设备驱动中，安全应该由系统管理员在内核高层来处理。

驱动必须检查，会影响全局资源的设备操作（例如设置中断线），可能会损坏硬件（例如加载固件），或者可能影响其他用户。

驱动要避免引入安全bug，例如缓冲区覆盖，除非能核实用户输入，否则不能信任，小心未初始化的内存。

如果不能以root运行预编译的二进制文件，最好不要运行一个预编译的内核。

版本编号

运行于Linux之上的软件存在依赖性，一般我们需要一个包的特殊版本来运行另一个包的特殊版本。

对于Linux内核，偶数版本的内核是发布版本，奇数版本的内核是开发快照。建议使用偶数版本的发布内核。

版权条款

Linux遵从GPL V2（GNU通用公共版权版本2），只要接收方能够获取到源码并对其行使同样的权利，GPL允许任何人重新发布，销售，GPL涵盖的任何产品。如果要完全重新发行源自使用GPL产品的软件产品，必须置于GPL下发行。

如果想把自己的代码放进主流内核，或者对内核打补丁，那么发行代码时，必须使用一个GPL兼容的许可。

GPL的主要目的是让知识增长、传播。任何人都可以修改代码。

一些提供商，基于已公布的内核接口，发布二进制的模块，目前也是允许的。

准备Linux kernel tree

使用发布的内核

一般都需要安装内核源码树，例如在ubuntu下，使用uname -r获取到内核版本字符串（例如2.6.32-38-generic），然后检查/usr/src/下是否存在目录-linux-headers-2.6.32-38-generic，如果没有可以运行sudo apt-get install linux-headers-2.6.32-38-generic安装。

自己编译的内核

一般自己编译完内核，运行自己的内核；然后，编译模块时，指定编译内核目录为内核源码树目录。

配置Linux

有很多选择可以用来配置Linux，可根据自己的选择来使用：

make config - 文字界面

make menuconfig - 基于文字的彩色菜单，有单选列表，对话框

make xconfig - 基于Qt的X windows配置工具

make gconfig - 基于Gtk的X windows配置工具

make oldconfig - 使用./.config里已有的，没有的就询问

make defconfig - 基于体系架构，从arch/$ARCH/defconfig或者arch/$ARCH/configs/${PLATFORM}_defconfig，生成./.config

make allyesconfig - 所有询问Yes/No的选Yes，从而生成./.config

make allmodconfig - 所有询问module的选m，从而生成./.config

make allnoconfig - 所有询问Yes/No的选No，从而生成./.config

编译Linux

一般给PC编译内核，使用GCC，体系架构是X86或者X86_64，直接使用make就会默认编译。

如果需要交叉编译，就需要指定ARCH和CROSS_COMPILE

例如：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gcc

运行Linux

驱动程序

驱动程序在Linux内核中扮演着特殊的角色，就像黑盒子一样，使硬件响应定义好的内部编程接口，并且完全隐藏了设备的工作细节，用户通过一套标准化的调用来操作硬件，这些调用与特别的驱动是独立的，设备驱动将这些调用映射到作用于实际硬件的相关操作上，驱动可以与内核的其他部分分开编译，并在需要的时候，在运行时，insmod进内核。

驱动程序提供机制（提供什么能力），而不是策略（如何使用这些能力）。

支持同步、异步操作，多次打开的能力，利用硬件全部能力，不需要软件层来简化事情或者提供策略相关的操作，这就是一个对策略透明的驱动的典型特征。