(1)Linux层次结构:
(2)Linux内核组成:
主要由进程调度(SCHED)、内存管理(MM)、虚拟文件系统(VFS)、网络接口(NET)和进程间通信(IPC)等5个子系统组成。
(3)与Unix的差异:
- Linux支持动态载入内核模块
- 支持对称多处理(SMP)机制
- Linux内核能够抢占
- Linux内核并不区分线程和其它的一般进程
- Linux提供具有设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件,以及用户空间的设备文件系统(sysfs)
(4)内核开发的特点:
- 内核编程时既不能訪问C库也不能訪问标准的C头文件
- 内核编程时必须使用GNU C
- 内核编程时缺乏像用户空间那样的内存保护机制
- 内核编程时难以运行浮点运算
- 内核给每一个进程仅仅有一个非常小的定长堆栈
- 因为内核支持异步中断、抢占和SMP,因此必须时刻注意同步和并发
- 要考虑可移植性的重要性
(5)模块的编写及执行:
来个Hello World,程序猿的老朋友了。
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> /* * hello_init 初始化函数,当模块装载时被调用,假设装载成功返回0, * 否则返回非零值 */ static int hello_init(void) { printk(KERN_ALERT "I bear a charmed life. "); return 0; } /* * hello_exit 退出函数,当模块卸载时被调用 */ static void hello_exit(void) { printk(KERN_ALERT "Out, out, brief candle! "); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Qiushan"); MODULE_DESCRIPTION("A Hello, World Module");
这是最简单的内核模块,hello_init()是模块的入口点,通过module_init()注冊到系统,在被装载时被调用。另外全部模块初始化函数必须符合以下的形式:
int my_init(void);
以下是Makefile的演示样例:
obj-m := hello.o make -C /kernel/source/location SUBDIRS=$PWD modules
然后运行
sudo make modules_install sudo insmod hello.ko //装载 sudo rmmod hello //卸载
(6)移植要注意对齐:
假设一个变量的内存地址正好是它长度的整数倍,那它就自然对齐。如,对于一个32位类型的数据,假设它在内存中的地址刚好能够被4整除(也就是最低两位为0),那它就自然对齐。对于RISC,加载未对齐的数据会导致处理器陷入。
对齐原则:
- 对于标准数据类型,地址仅仅要是其长度的整数倍就对齐了。
- 对于数组,仅仅要依照基本数据类型进行对齐就行了,随后的全部元素自然可以对齐。
- 对于联合体,仅仅要它包括的长度最大的数据类型可以对齐就行了。
- 对于结构体,仅仅要结构体中每一个元素可以正确对齐就行了。
对于结构体,这里介绍一个样例:
struct animal_struct { char dog; /* 1 byte */ unsigned long cat; /* 4 bytes */ unsigned short pig; /* 2 bytes */ char fox; /* 1 byte */ };
这可不是每一个元素正确对齐。实际上编译器会作例如以下变动:
struct animal_struct { char dog; /* 1 byte */ u8 __pad0[3]; /* 3 bytes */ unsigned long cat; /* 4 bytes */ unsigned short pig; /* 2 bytes */ char fox; /* 1 byte */ u8 __pad1; /* 1 byte */ };
第一个填充__pad0是为了保证cat能够依照4字节对齐,这样自己主动使其他小对象都对齐了,最后一个填充__pad1是为了填补struct本身的大小,是这个结构体长度能被4整除,这样,由该结构体组成的数组中,每一个数组项也就会自然对齐了。
struct animal_struct { unsigned long cat; /* 4 bytes */ unsigned short pig; /* 2 bytes */ char dog; /* 1 byte */ char fox; /* 1 byte */ };