linux内核编程一概述

1.操作系统和内核简介

      linux 把操作系统划分为内核空间和用户空间。

对于提供保护机制的现代系统来说，内核拥有受保护的内存空间和访问硬件设备的所有权限。相对的，应用程序在用户空间执行，其通过系统调用和内核通信来运行。

      linux是一个单内核，linux运行于单独的内核地址空间。不过他也汲取了微内核的精华：模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核。同时避免了微内核性能上的缺陷，直接调用函数，无需消息传递。

2.从内核出发

2.1编译内核

      linux源码随手可得，在编译内核之前必须配置其选项。可以配置的各种选项以COFIG为前缀，如对称多处理SMP的配置选项为COFIG_SMP。配置项可以是yes 、no或者会多一个module。module意味着配置项被选定，但编译时 以模块形式生成。

      内核提供了不同的工具简化配置，如

      $ make config

      该工具遍历所有配置项，要求用户选择yes no module.这会花费很长时间。所以应选基于ncurse或X11或gtk+的图形工具。

      $ make menuconfig

      $ make  xconfig

      $ make gconfig

      这三种工具将配置项分门别类放置。

      $ make defconfig将创建默认配置。

      这些配置项存放于内核代码根目录的config文件。

      修改过配置文件后，用 $ make  oldconfig验证和更新配置。配置后，用 $ make 编译。

      编译时为看到错误和警告信息，而不是掠过屏幕的垃圾信息，可用 $ make >../some_other_file 来实现。

2.3编译内核

      以root运行 % make modules_install就可将已编译的模块安装到/lib下。

2..4内核开发的特点

      1.内核编程不能访问C库

      2.内核编程必须使用 GNU    Ｃ

  　3.内核编程缺乏像用户空间那样的内存保护机制

      4.内核编程很难使用浮点数

      5.内核只有一个很小的定长堆栈

      6.内核支持异步中断、抢占和SMP，因此必须时刻注意同步和并发。

      7.考虑可移植性的重要

2.41没有libc库

      内核不能连接使用标准c函数库，原因有很多，其中就包括先有鸡还是先有蛋的悖论，但最主要的是C库太大了，内核的速度大小受限。

      谈论头文件时，指的都是组成内核代码树的内核头文件而不是外部头文件。例如printk与printf。

2.42 GNU  C

      内核代码中所使用的C扩展

      1.内联函数

       内核开发者通常把那些对时间要求比较高、本身长度比较短的函数定义为内联函数。

      2.内联汇编

      gcc编译器支持在C函数中嵌入汇编指令。

      3.分支声明

       gcc对条件选择语句用指令进行了优化。在一个条件经常或很少出现时，编译器根据这条指令对条件分支选择进行优化。

2.43没有内存保护机制

      如果内存非法访问了内存，他很可能会死掉。此外，内核的内存不分页。

2.44不轻易在内核中使用浮点数

      不要在内核中使用浮点数

2.45容积小而固定的栈

      用户空间的栈空间大且可动态增长，内核的栈随体系结构而变。