01_内核开发基础

itop4412学习记录

 

01_内核开发基础

 

1.1 Linux体系结构

 

    Linux体系结构由用户空间和内核空间构成，为什么Linux体系要分为用户空间和内核空间？

• 从程序员的角度分析

– 将linux底层和应用分开，做应用的做应用，做底层的做底层，各干各的。经济学的原理是，分工产生效率。

• 从安全性的角度分析，为了保护内核。现代CPU通常都实现了不同的工作模式。

以ARM为例：ARM实现了7种工作模式，不同模式下CPU可以执行的指令或者访问的寄存器不同：

(1)用户模式 usr 

(2)系统模式 sys

(3)管理模式 svc

(4)快速中断 fiq

(5)外部中断 irq

(6)数据访问终止 abt

(7)未定义指令异常

– 以(2)X86为例：X86实现了4个不同级别的权限，Ring0—Ring3 ;

Ring0下可以执行特权指令，可以访问IO设备；Ring3则有很多的限制

– 以Android为例：将应用放到Java虚拟机上面运行，应用更加远离底层

• 用户空间和内核空间是程序执行的两种不同状态，我们可以通过“系统调用”和“硬件中断“来完成用户空间到内核空间的转移

 

1.2 Linux内核结构

 

• System Call Interface （SCI层）

– 为用户空间提供了一套标准的系统调用函数来访问Linux内核。

• Procees Management（PM）

– 进程管理是创建进程（fork、exec）,停止进程（kill、exit）,并控制他们之间的通信（signal等）。

还包括进程调度，控制活动进程如何共享CPU

• Memory Management（MM）

– 内存管理的主要作用是控制多个进程安全的共享内存区域

• Virtual File Systems（VFS）

– 虚拟文件系统，隐藏各种文件系统的具体细节，为文件操作提供统一的接口

– Linux提供了一个大的通用模型，使这个模型包含了所有文件系统功能的集合（一切皆文件）

 

• Device Drivers设备驱动

– Linux内核中有大量的代码在设备驱动程序部分，用于控制特定的硬件设备。

– Linux驱动一般分为网络设备、块设备、字符设备、杂项设备

• 网络协议栈

– 内核网络协议栈为Linux提供了丰富的网络协议实现。

1.3 Linux内核源码目录结构

• Linux内核源码采用树形结构。功能相关的文件放到不同的子目录下面，使程序更具有可读行。

 

• arch目录

– arch目录是平台目录。内核支持的所有CPU架构，在该目录下都有对应的子目录。每个CPU的子目录，又进一步分解为boot，mm，kernel等子目录，分别控制系统引导，内存管理，系统调用。还有动态调频，主频率设置部分等。

 

• 2%的程序员写出80%的有效代码

– 刚开始学习的时候最重要的就是看代码，但是学习Linux系统，不能一头扎进内核中无关的代码中，好几万个文件一辈子也看不完。

• Linux很复杂，很强大。

– 内核源码解压编译后有1.3G，通过裁减编译出的linux镜像zImage不到4M

– 4M源码镜像中，还有大部分不用我们关心

– 我们只需要了解对写代码有帮助的部分，掌握我们需要掌握的代码

– 前面Linux代码中只有红色标记的一部分是需要了解或者掌握的

• 作为开发者只需要学会使用它，我们要重点学习只是其中很小的一部分。

– 对架构有一定的了解即可

– 学习的重点是驱动开发相关的知识、函数的调用、驱动的协议、简单的硬件知识