• Linux内核设计基础(十)之内核开发与总结


    (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 */
    };








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