Linux内核学习笔记-1.简介和入门

时间:2023-11-28 10:10:32

原创文章,转载请注明:Linux内核学习笔记-1.简介和入门 By Lucio.Yang

部分内容来自:Linux Kernel Development(Third Edition),Robert Love,陈莉君等译。

1.操作系统和内核简介  

  Linux内核是*公开软件,使用GNU的General Public License(GPL)第二版作为限制条款。大多数软件许可证决意剥夺你共享和修改软件的*。相比之下,GNU通用公共许可证试图保证你共享和修改*软件的*。

  通常一个内核负责响应中断的中断服务程序、负责管理多个进程从而分享处理器时间的调度程序、负责管理进程地址空间的内存管理程序和网络、进程间通信等系统服务程序共同组成。内核独立于普通应用程序,拥有受保护的内存空间和访问硬件设备的所有权限,这种系统态和受保护的内存空间,称之为内核空间。

  应用程序通过系统调用与内核通信。当一个应用程序执行一条系统调用,称应用程序在内核空间运行,而内核运行于进程上下文。

  内核还要管理硬件设备。当硬件设备要和系统通信时,首先发出中断信号打断处理器的执行,继而打断内核的执行,内核通过中断号寻找相应的中断处理程序,并调用这个程序相应和处理中断。

  所以,处理器活动的情况:

    1.运行于用户空间,执行用户程序。

    2.运行于内核空间,处于进程上下文。

    3.运行于内核空间,处于中断上下文。

  操作系统内核分为两大阵营:单内核和微内核。

  单内核是将内核从整体上作为一个单独的大过程来实现,同时运行在一个单独的地址空间上。内核可以直接调用函数。大多数Unix为单内核单模块。

  微内核的功能被划分为多个独立的过程,所有的服务器殴打保持独立并运行在各自的地址空间上,不能像单内核模块直接调用函数,通过进程间通信(IPC)机制实现消息传递。Windows和Mac OS X基于微内核,但是却让全部的服务器进程运行在内核空间,而避免频繁的上下文切换。

  Linux是单内核,但是有模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块的特性。

  与Unix的一些区别:

    1.Linux支持动态加载内核模块。

    2.Linux支持对称多处理机制(SMP)。

    3.Linux内核可以抢占。

    4.Linux不区分线程和进程。

2.GNU C

  Linux使用c编写的,并不完全符合ANSI C标准,涵盖了ISO C99和GNU C标准。下面介绍内核使用的C语言拓展的部分。

  1.内联(inline)函数

    内联函数从源代码层看,有函数的结构,而在编译后,却不具备函数的性质。内联函数不是在调用时发生控制转移,而是在编译时将函数体嵌入在每一个调用处。因此,可以消除函数调用和返回带来的开销,但是意味着占用更多的空间。适合将对时间要求高、代码不长的函数定义为内联函数。如:

    static inline void wolf();(MS的C99支持的关键字是_inline)。

  2.内联汇编

    gcc编译器支持在c函数中嵌入汇编指令。通常使用asm()指令嵌入代码。

  3.分支声明

    对于条件选择指令,gcc内建立了一条指令用于优化,在一个条件经常出现(likely),或者该条件经常很少出现的时候(unlikely),编译器可以根据这条指令对分支选择进行优化,从而生成更好的汇编代码。内核将这条指令封装成了宏。

      #define likely(x)       __builtin_expect((x),1)//表示 x 的值为真的可能性更大;
      #define unlikely(x)     __builtin_expect((x),0)//表示 x 的值为假的可能性更大。

    用法如下:

      if (likely(prev != next)) {
           next->timestamp = now;
            ...
      } else {
            ...;
      }