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1、Linux Kernel架构,黄松青,操作系统(OS)的概念,一个系统管理程序，管理计算机的资源，给用户一个使用这些资源的平台一个服务程序，操作系统都是为用户应用程序服务的，服务的方式是通过系统调用 system callLinux是一个多任务,跨平台的现代操作系统,为什么要有操作系统,多任务的要求统一的服务接口，合理使用资源，如内存管理并发时对资源使用冲突减少开发的难度安全性的要求网络（TCP/IP）的使用 GUI的使用要求应用程序移植性的要求用户操作的方便性,操作系统的组成,进程管理模块内存管理模块文件系统管理模块设备管理模块异常和中断管理模块网络协议模块,进程管理,进程(process)
2、的概念系统的第一个进程Init用户进程如何运行和退出记录进程的信息，进程控制块 PCB 系统调度,不同的系统有不同的策略 用户进程进入系统的唯一途径,system call,内存管理,内存是系统资源的一种 内存的分类 SRAM,SDRAM,FB,Registers,外设片上内存物理内存的管理 虚拟内存的管理,内核空间与用户空间 内核与用户内存的分配 内存碎片的产生和避免,文件系统管理,永久性存储设备，disk,flash,sd,cf 分区、格式化及文件 一个简单的文件系统的例子 系统看存储地址是线性 进程看待文件的统一化和抽象化,设备管理,HAL层的概念,开放性的理念 设备的驱动 系统要记录和
3、管理设备的存在 安全使用设备设备是一种特殊的文件进程如何使用设备，open/close,read/write,ioctl,Linux kernel历史,1991年由当时的芬兰学生linus torvalds编写并以GNU GPL的方式发布到Internet上,称为0.11版1994年,出版本1996年,出2.0版本1999年,出2.2版本2001年,出2.4版本2003年,出2.6版本,至今都稳定在该版本,Linux kernel的特点,类Unix,遵循POSIX标准支持很多的体系结构,如X86,Arm,Mips等等,有极强的平台可伸缩性 Open Source(GNU GPL)单内核,开放可
4、扩展真正的多任务多用户 具有强大的网络功能,尤其对Tcp/ip支持开发功能强,开发环境免费设备独立性,系统把所有外部设备统一当作成文件来看待及操作可靠的系统安全,Linux系统软件层次结构,Linux中处理器的运行,Linux Kernel初始化完毕后，程序运行在以下的上下文空间中：1）运行于用户空间，执行用户程序 2）运行于内核空间，处于当前进程的 上下文 3）运行于中断，处于中断上下文，与进程无关,因为中断的不可预知,fread()文件的执行举例,用户进程在用户空间，使用C库fread()读文件Fread()调用read()系统调用，进入系统空间，执行系统代码系统根据文件对存储设备进行数据
5、请求，在数据没准备就绪是让出CPU使其他进程运行。存储设备数据准备就绪，向CPU发出中断请求，CPU响应进入中断上下文，并唤醒该文件的读进程在某时刻，读文件的进程再次运行，取到数据，返回用户空间,获取Linux内核源代码,从官方网站获取:,主要 是X86平台的版本以BSP包的方式获取,主要在嵌入式的平台上用的方式补丁,从版本升级到#cd 到2.6.20 linux 目录,Linux 2.6内核源码目录结构,Linux 2.6内核配置与编译,交叉编译器:运行在一种体系的CPU(通常是X86)的编译器,对其编译的程序产生另外一种体系(如ARM/MIPS)的指令的编译器叫交叉编译器安装ARM交叉编译
6、器#tar xzvf 把解开的目录的bin/目录的绝对路径增加到环境变量$PATH中,Linux 2.6内核配置与编译,安装ARM Linux 2.6源码包#tar xzvf,Linux 2.6内核配置与编译,内核配置系统:配置命令#make config（基于文本的最为传统的配置界面，不推荐使用）#make menuconfig（基于文本菜单的配置界面,字符终端下推荐使用）#make xconfig（基于图形窗口模式的配置界面，Xwindow下推荐使）#make gconfig（基于gtk的图形配置界面）这些命令产生的配置选项给用户,用户选择-退出-保存后产生.config 文件,文件中包含
7、有各种选择了的配置选项,以供Makefile使用,Makefile在会根据.config的选项来产生 autoconf.h,autoconf.h是以C语言的形式定义的各编译选项,供kernel的源文件include,Linux 2.6内核配置与编译,选择相应的配置时，有三种选择，它们分别代表的含义如下：Y-将该功能编译进内核 N-不将该功能编译进内核 M-将该功能编译成模块，可以在需要时动态插入到内核中make xconfig，使用鼠标就可以选择对应的选项。make menuconfig，则需要使用空格键进行选取。如果有不明白的地方，按 shift+？的组合键来查看说明,Linux 2.6内核
8、配置与编译,配置的原则1)大部分选项可以使用其缺省值或者BSP选用缺省值，只有小部分需要根据用户不同的需要选择。2)将与内核其它部分关系较远且不经常使用的部分功能代码编译成为可加载模块。有利于减小内核的长度，减小内核消耗的内存；3)不需要的功能就不要选；4)与内核关心紧密而且经常使用的部分功能代码直接编译到内核中。,Linux 2.6内核配置与编译,配置工作过程:Makefile分布在 Linux 内核源代码中的 Makefile，定义 Linux 内核的编译规则；顶层目录的Makefile管理整个Linux内核的配置编译。配置工具不同的内核配置方式，通过不同的配置工具完成。script目录下
9、提供了这些配置工具。如menuconfig目标使用mconf。Kconfig文件2.6内核引入的配置文件，是内核配置选项的源文件。arch/$(ARCH)/Kconfig文件是主Kconfig文件，主Kconfig文件调用其他目录的Kconfig文件。这些Kconfig文件形成树状关系-树状菜单。,Linux 2.6内核配置与编译,配置工作过程:当用户执行配置命令,Makefile调用配置工具mconf,mconf从arch/$(ARCH)/Kconfig开始搜索各目录中的Kconfig文件,并根据这些文件形成图形化的配置界面,给用户进行配置Kconfig文件是产生.config文件的输入文件
10、,也就是说.config中的选项是由Kconfig决定的这是Linux2.6内核独有的配置系统用户可以根据需要增加和修改其中的配置选项,Linux 2.6内核配置与编译,配置的注意选项Code maturity level options-应该选择*Prompt for development and/or incomplete code/drivers这将会在设置界面中显示还在开发或者还没有完成的代码与驱动.因为有许多设备可能必需选择这个选项才能进行配置，实际上它是安全的。,Linux 2.6内核配置与编译,配置的注意选项2 General setup-大部分保持默认*Support for
11、 paging of anonymous memory(swap)应该选择这个选项将使你的内核支持虚拟内存。Pc上应该选择,而嵌入式上一般不选*System V IPC 应该选择为进程提供通信机制。有些程序只有在选Y的情况下才能运行，这里一定要选。*POSIX Message Queues POSIX的消息队列，它同样是一种IPC，应该选择*Support for hot-pluggable devices 支持热插拔的，若是为普通电脑配置内核，则最好选择,Linux 2.6内核配置与编译,配置的注意选项3 Loadable module support-*Enable loadable mo
12、dule support 应该选择这个选项可以让你的内核支持模块。一般一些不常用到的驱动或特性可以编译为模块以减少内核的体积。*Module unloading 应该选择这个选项可以让你卸载不再使用的模块，如果不选的话你将不能卸载任何模块*Forced module unloading强行卸载模块，可以把正在使用中的模快卸载掉。做内核开发或者驱动开发的时候，有一定的好处。但一般用户不应该选择。,Linux 2.6内核配置与编译,配置的注意选项4 Executable file formats-*Kernel support for ELF binaries 一定要选5 Device Drive
13、rs-Memory Technology Devices(MTD)-存储设备层，大部分的flash芯片驱动都基于MTD。用于嵌入式系統。Block devices Loopback device support可以将一个文件挂成一个文件系统。mount iso文件,Linux 2.6内核配置与编译,配置的注意选项6 file systems-必须将根文件系统直接编译到内核中。并且在这里选择系统支持的文件系统。,Linux 2.6内核配置与编译,cd到ARM Linux 2.6的安装目录中#make 在当前目录中将产生vmlinux即为内核文件#make modules#make modules
14、_install 将产生在内核代码树中以模块方式编译的模块,Linux内核启动流程,bootloader加载kernel到内存arch/mips/kernel/head.Sinit/main.c start_kernel()-体系结构的初始化setup_arch()-内存管理初始化 mem_init()-调度系统初始化 sched_init()-中断系统初始化 trap_init(),init_IRQ()-各子系统数据结构初始化-各设备驱动和网络初始化 do_basic_setup()-挂接根文件系统 mount_root()-建立系统第一个init进程 exec(“/sbin/init”,),谢谢!,
