Linux内核模式

5.1 Linux内核模式

第5章 Linux内核体系结构

本章首先概要介绍了Linux内核的编制模式和体系结构，然后详细描述了Linux 内核源代码目录的组织形式以及子目录中各个代码文件的主要功能以及基本调用的层次关系。接下来就切入正题，从内核源文件Linux/目录下的第1个文件Makefile开始，对每一行代码进行详细注释说明。本章内容可以看做对内核源代码的总结概述，也可以作为阅读后续章节的参考信息。对于较难理解的地方可以先跳过，待阅读到后面相关内容时再返回来参考本章内容。在阅读本章之前请先复习或学习有关80x86保护模式运行方式工作原理。

一个完整可用的操作系统主要由4部分组成：硬件、操作系统内核、操作系统服务和用户应用程序，如图5-1所示。用户应用程序是指那些字处理程序、Internet浏览器程序或用户自行编制的各种应用程序；操作系统服务程序是指那些向用户提供的服务被看做操作系统部分功能的程序。在Linux操作系统上，这些程序包括X窗口系统、shell 命令解释系统以及那些内核编程接口等系统程序；操作系统内核程序即是本书所感兴趣的部分，它主要用于对硬件资源的抽象和访问调度。

Linux内核的主要用途就是为了与计算机硬件进行交互，实现对硬件的编程控制和接口操作，调度对硬件资源的访问，并为计算机上的用户程序提供一个高级的执行环境和对硬件的虚拟接口。在本章中，我们首先基于Linux 0.12版的内核源代码，简明地描述Linux内核的基本体系结构、主要构成模块。然后对源代码中出现的几个重要数据结构进行说明。最后描述了构建Linux 0.12内核编译实验环境的方法。

5.1 Linux内核模式

目前，操作系统内核的结构模式主要可分为整体式的单内核模式和层次式的微内核模式。而本书所注释的Linux 0.12内核，则是采用了单内核模式。单内核模式的主要优点是内核代码结构紧凑、执行速度快，不足之处主要是层次结构性不强。

在单内核模式的系统中，操作系统所提供服务的流程为：应用主程序使用指定的参数值执行系统调用指令（int x80），使CPU从用户态（User Mode）切换到核心态（Kernel Model），然后操作系统根据具体的参数值调用特定的服务程序，而这些服务程序则根据需要再调用底层的一些支持函数以完成特定的功能。在完成了应用程序所要求

的服务后，操作系统又使CPU从核心态切换回用户态，从而返回到应用程序中继续执行后面的指令。因此概要地讲，单内核模式的内核也可粗略地分为3个层次：调用服务的主程序层、执行系统调用的服务层和支持系统调用的底层函数。如图5-2所示。

5.2 Linux内核系统体系结构

Linux 内核主要由5个模块构成，它们分别是：进程调度模块、内存管理模块、文件系统模块、进程间通信模块和网络接口模块。

进程调度模块用来负责控制进程对CPU资源的使用。所采取的调度策略是各进程能够公平合理地访问CPU，同时保证内核能及时地执行硬件操作。内存管理模块用于确保所有进程能够安全地共享机器主内存区，同时，内存管理模块还支持虚拟内存管理方式，使得Linux支持进程使用比实际内存空间更多的内存容量。并可以利用文件系统把暂时不用的内存数据块交换到外部存储设备上去，当需要时再交换回来。文件系统模块用于支持对外部设备的驱动和存储。虚拟文件系统模块通过向所有的外部存储设备提供一个通用的文件接口，隐藏了各

种硬件设备的不同细节。从而提供并支持与其他操作系统兼容的多种文件系统格式。进程间通信模块子系统用于支持多种进程间的信息交换方式。网络接口模块提供对多种网络通信标准的访问并支持许多网络硬件。

这几个模块之间的依赖关系如图5-3所示。其中的连线代表它们之间的依赖关系，虚线和虚框部分表示Linux 0.12中还未实现的部分（从Linux 0.95版才开始逐步实现虚拟文件系统，而网络接口的支持到0.96版才有）。

由图可以看出，所有的模块都与进程调度模块存在依赖关系。因为它们都需要依靠进程调度程序来挂起（暂停）或重新运行它们的进程。通常，一个模块会在等待硬件操作期间被挂起，而在操作完成后才可继续运行。例如，当一个进程试图将一数据块写到软盘上去时，软盘驱动程序就可能在启动软盘旋转期间将该进程置为挂起等待状态，而在软盘进入到正常转速后再使得该进程能继续运行。另外3个模块也是由于类似的原因而与进程调度模块存在依赖关系。

其他几个模块的依赖关系有些不太明显，但同样也很重要。进程调度子系统需要使用内存管理来调整一特定进程所使用的物理内存空间。进程间通信子系统则需要依靠内存管理器来支持共享内存通信机制。这种通信机制允许两个进程访问内存的同一个区域以进行进程间信息的交换。虚拟文件系统也会使用网络接口来支持网络文件系统（NFS），同样也能使用内存管理子系统提供内存虚拟盘（ramdisk）设备。而内存管理子系统也会使用文件系统来支持内存数据块的交换操作。

若从单内核模式结构模型出发，我们还可以根据Linux 0.12内核源代码的结构将内核主要模块绘制成图5-4所示的框图结构。

其中内核级中的几个方框，除了硬件控制方框以外，其他粗线方框分别对应内核源代码的目录组织结构。

除了这些图中已经给出的依赖关系以外，所有这些模块还会依赖于内核中的通用资源。这些资源包括内核所有子系统都会调用的内存分配和回收函数、打印警告或出错信息函数以及一些系统调试函数。5.3 Linux内核对内存的管理和使用

本节首先说明Linux 0.12系统中比较直观的物理内存使用情况，然后结合Linux 0.12内核中的应用情况，再分别概要描述内存的分段和分页管理机制以及CPU多任务操作和保护方式。最后综合说明Linux 0.12系统中内核代码和数据以及各个任务的代码和数据在虚拟地址、线性地址和物理地址之间的对应关系。

5.3.1 物理内存

在Linux 0.12内核中，为了有效地使用机器中的物理内存，在系统初始化阶段内存被划分成几个功能区域，如图5-5所示。

其中，Linux内核程序占据在物理内存的开始部分，接下来是供硬盘或软盘等块设备使用的高速缓冲区部分（其中要扣除显示卡内存和ROM BIOS所占用的内存地址范围640KB～1MB）。当一个进程需要读取块设备中的数据时，系统会首先把数据读到高速缓冲区中；当有数据需要写到块设备上去时，系统也是先将数据放到高速缓冲区中，然后由块设备驱动程序写到相应的设备上。内存的最后部分是可供所有程序随时申请和使用的主内存区。内核程序在使用主内存区时，也同样首先要向内核内存管理模块提出申请，并在申请成功后方能使用。对于含有RAM虚拟盘的系统，主内存区头部还要划去一部分，供虚拟盘存放数据。

由于计算机系统中所含的实际物理内存容量有限，因此CPU中通常都提供了内存管理机制对系统中的内存进行有效的管理。在Intel 80386及以后的CPU中提供了两种内存管理（地址变换）系统：内存分段系统（Segmentation System）和分页系统（Paging System）。其中分页管理系统是可选择的，由系统程序员通过编程来确定是否采用。为了能有效地使用物理内存，Linux系统同时采用了内存分段和分页管理机制。

Linux内核—文件系统模块的设计和开发

Linux内核—文件系统模块的设计和开发 郑小辉 摘要：目前，Linux技术已经成为IT技术发展的热点，投身于Linux技术研究的社区、研究机构和软件企业越来越多，支持Linux的软件、硬件制造商和解决方案提供商也迅速增加，Linux在信息化建设中的应用范围也越来越广，Linux产业链已初步形成，并正在得到持续的完善。随着整个Linux产业的发展，Linux技术也处在快速的发展过程中，形成了若干技术热点。 本文介绍了Linux的发展和特点，以及与其他文件系统的区别。文中主要是对Linux2.4.0内核文件系统源代码的分析，并参考其文件格式设计一个简洁的文件系统。源代码的分析主要介绍了VFS文件系统的结构，Linux自己的Ext2文件系统结构，以及文件系统中的主要函数操作。 在设计的简洁文件系统中，通过调用一些系统函数实现了用户的登录、浏览目录、创建目录、更改目录、创建文件以及退出系统功能。 关键字：Linux 源代码分析文件系统Ext2 Linux内核

Linux kernel -Design and development for the File System Module Zheng xiaohui Abstract: Currently, Linux IT technology has become a hot development technology. Participating in Linux technology research communities, research institutes and software enterprises are in support of Linux more and more, software and hardware manufacturers and solution providers have increased rapidly, In the development of the information industry the Linux application is also increasing, Linux industry chain has taken shape, and is sustained improvemently. With the entire industry in the development of Linux, and Linux is also at the rapid development process, formed a number of technical points. This paper presents the development of Linux and features, and with other file system differences. The main text of the document is Linux2.4.0 system kernel source code analysis, and I reference its file format to design a simple file system. The analysis of the source code mainly on the VFS file system structure, Linux Ext2 its own file system structures, file systems and the main function operation. In the design of the file simple system, some system function is used to achieve function such as: the user's login, browse catalogs, create directories, Change directory, create documents and withdraw from the system function and etc. Key words: Linux, the source code, file system, Ext2, Linux kernel

Linux内核崩溃原因分析及错误跟踪技术

Linux内核崩溃原因分析及错误跟踪技术 随着嵌入式Linux系统的广泛应用，对系统的可靠性提出了更高的要求，尤其是涉及到生命财产等重要领域，要求系统达到安全完整性等级3级以上[1]，故障率（每小时出现危险故障的可能性）为10-7以下，相当于系统的平均故障间隔时间（MTBF）至少要达到1141年以上，因此提高系统可靠性已成为一项艰巨的任务。对某公司在工业领域14 878个控制器系统的应用调查表明，从2004年初到2007年9月底，随着硬软件的不断改进，根据错误报告统计的故障率已降低到2004年的五分之一以下，但查找错误的时间却增加到原来的3倍以上。 这种解决问题所需时间呈上升的趋势固然有软件问题，但缺乏必要的手段以辅助解决问题才是主要的原因。通过对故障的统计跟踪发现，难以解决的软件错误和从发现到解决耗时较长的软件错误都集中在操作系统的核心部分，这其中又有很大比例集中在驱动程序部分[2]。因此，错误跟踪技术被看成是提高系统安全完整性等级的一个重要措施[1]，大多数现代操作系统均为发展提供了操作系统内核“崩溃转储”机制，即在软件系统宕机时，将内存内容保存到磁盘[3]，或者通过网络发送到故障服务器[3]，或者直接启动内核调试器[4]等，以供事后分析改进。 基于Linux操作系统内核的崩溃转储机制近年来有以下几种： (1) LKCD（Linux Kernel Crash Dump）机制[3]; (2) KDUMP（Linux Kernel Dump）机制[4]； (3) KDB机制[5]； (4) KGDB机制[6]。 综合上述几种机制可以发现,这四种机制之间有以下三个共同点： (1) 适用于为运算资源丰富、存储空间充足的应用场合； (2) 发生系统崩溃后恢复时间无严格要求； (3) 主要针对较通用的硬件平台，如X86平台。 在嵌入式应用场合想要直接使用上列机制中的某一种，却遇到以下三个难点无法解决： (1) 存储空间不足 嵌入式系统一般采用Flash作为存储器，而Flash容量有限，且可能远远小于嵌入式系统中的内存容量。因此将全部内存内容保存到Flash不可行。

Linux内核结构详解教程

Linux内核结构详解教程 ─────Linux内核教程 linux内核就像人的心脏，灵魂，指挥中心。 内核是一个操作系统的核心,它负责管理系统的进程，内存，设备驱动程序，文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。内核以独占的方式执行最底层任务，保证系统正常运行。协调多个并发进程，管理进程使用的内存，使它们相互之间不产生冲突,满足进程访问磁盘的请求等等. 严格说Linux并不能称做一个完整的操作系统.我们安装时通常所说的Linux,是有很多集合组成的.应称为GNU/Linux. 一个Linux内核很少1.2M左右,一张软盘就能放下. 内容基础，语言简短简洁 红联Linux论坛是致力于Linux技术讨论的站点，目前网站收录的文章及教程基本能满足不同水平的朋友学习。 红联Linux门户： https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html, 红联Linux论坛： https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/bbs 红联Linux 论坛大全，所有致力点都体现在这 https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/bbs/rf/linux/07.htm

目录 Linux内核结构详解 Linux内核主要五个子系统详解 各个子系统之间的依赖关系 系统数据结构 Linux的具体结构 Linux内核源代码 Linux 内核源代码的结构 从何处开始阅读源代码 海量Linux技术文章

Linux内核结构详解 发布时间:2006-11-16 19:05:29 Linux内核主要由五个子系统组成：进程调度，内存管理，虚拟文件系统，网络接口，进程间通信。

Linux内核主要五个子系统详解 发布时间:2006-11-16 19:05:54 1.进程调度（SCHED）:控制进程对CPU的访问。当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程实际上是仅等待CPU资源的进程，如果某个进程在等待其它资源，则该进程是不可运行进程。Linux使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。 2.内存管理（MM）允许多个进程安全的共享主内存区域。Linux的内存管理支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其代码，数据，堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只是把当前使用的程序块保留在内存中，其余的程序块则保留在磁盘中。必要时，操作系统负责在磁盘和内存间交换程序块。内存管理从逻辑上分为硬件无关部分和硬件有关部分。硬件无关部分提供了进程的映射和逻辑内存的对换；硬件相关的部分为内存管理硬件提供了虚拟接口。 3.虚拟文件系统（VirtualFileSystem,VFS）隐藏了各种硬件的具体细节，为所有的设备提供了统一的接口，VFS提供了多达数十种不同的文件系统。虚拟文件系统可以分为逻辑文件系统和设备驱动程序。逻辑文件系统指Linux所支持的文件系统，如ext2,fat等，设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。 4.网络接口（NET）提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持。网络接口可分为网络协议和网络驱动程序。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议。网络设备驱动程序负责与硬件设备通讯，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。 5.进程间通讯(IPC) 支持进程间各种通信机制。 处于中心位置的进程调度，所有其它的子系统都依赖它，因为每个子系统都需要挂起或恢复进程。一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，它被挂起；当操作真正完成时，进程被恢复执行。例如，当一个进程通过网络发送一条消息时，网络接口需要挂起发送进程，直到硬件成功地完成消息的发送，当消息被成功的发送出去以后，网络接口给进程返回一个代码，表示操作的成功或失败。其他子系统以相似的理由依赖于进程调度。

探究linux内核,超详细解析子系统

探究linux内核,超详细解析子系统 Perface 前面已经写过一篇《嵌入式linux内核的五个子系统》，概括性比较强，也比较简略，现在对其进行补充说明。 仅留此笔记，待日后查看及补充！Linux内核的子系统 内核是操作系统的核心。Linux内核提供很多基本功能，如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享写时拷贝（Copy-On-Write）以及网络功能等。增加各种不同功能导致内核代码不断增加。 Linux内核把不同功能分成不同的子系统的方法，通过一种整体的结构把各种功能集合在一起，提高了工作效率。同时还提供动态加载模块的方式，为动态修改内核功能提供了灵活性。系统调用接口用户程序通过软件中断后，调用系统内核提供的功能，这个在用户空间和内核提供的服务之间的接口称为系统调用。系统调用是Linux内核提供的，用户空间无法直接使用系统调用。在用户进程使用系统调用必须跨越应用程序和内核的界限。Linux内核向用户提供了统一的系统调用接口，但是在不同处理器上系统调用的方法

各不相同。Linux内核提供了大量的系统调用，现在从系统 调用的基本原理出发探究Linux系统调用的方法。这是在一个用户进程中通过GNU C库进行的系统调用示意图，系 统调用通过同一个入口点传入内核。以i386体系结构为例，约定使用EAX寄存器标记系统调用。 当加载了系统C库调用的索引和参数时，就会调用0x80软件中断，它将执行system_call函数，这个函数按照EAX 寄存器内容的标示处理所有的系统调用。经过几个单元测试，会使用EAX寄存器的内容的索引查system_call_table表得到系统调用的入口，然后执行系统调用。从系统调用返回后，最终执行system_exit，并调用resume_userspace函数返回用户空间。 linux内核系统调用的核心是系统多路分解表。最终通过EAX寄存器的系统调用标识和索引值从对应的系统调用表 中查出对应系统调用的入口地址，然后执行系统调用。 linux系统调用并不单层的调用关系，有的系统调用会由

如何安装Linux内核源代码

如何获取Linux内核源代码 下载Linux内核当然要去官方网站了，网站提供了两种文件下载，一种是完整的Linux 内核，另一种是内核增量补丁，它们都是tar归档压缩包。除非你有特别的原因需要使用旧版本的Linux内核，否则你应该总是升级到最新版本。 使用Git 由Linus领头的内核开发队伍从几年前就开始使用Git版本控制系统管理Linux内核了（参考阅读：什么是Git？），而Git项目本身也是由Linus创建的，它和传统的CVS不一样，Git是分布式的，因此它的用法和工作流程很多开发人员可能会感到很陌生，但我强烈建议使用Git下载和管理Linux内核源代码。 你可以使用下面的Git命令获取Linus内核代码树的最新“推送”版本： $ git clone git://https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git 然后使用下面的命令将你的代码树与Linus的代码树最新状态同步： $ git pull 安装内核源代码 内核包有GNU zip（gzip）和bzip2格式。Bzip2是默认和首选格式，因为它的压缩比通常比gzip更好，bzip2格式的Linux内核包一般采用linux-x.y.z.tar.bz2形式的文件名，这里的x.y.z是内核源代码的具体版本号，下载到源代码包后，解压和抽取就很简单了，如果你下载的是bzip2包，运行： $ tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2 如果你下载的是gzip包，则运行： $ tar xvzf linux-x.y.z.tar.gz 无论执行上面哪一个命令，最后都会将源代码解压和抽取到linux-x.y.z目录下，如果你使用Git下载和管理内核源代码，你不需要下载tar包，只需要运行git clone命令，它就会自动下载和解压。 内核源代码通常都会安装到/usr/src/linux下，但在开发的时候最好不要使用这个源代码树，因为针对你的C库编译的内核版本通常也链接到这里的。 应用补丁

史上最全linux内核配置详解

对于每一个配置选项，用户可以回答"y"、"m"或"n"。其中"y"表示将相应特性的支持或设备驱动程序编译进内核；"m"表示将相应特性的支持或设备驱动程序编译成可加载模块，在需要时，可由系统或用户自行加入到内核中去；"n"表示内核不提供相应特性或驱动程序的支持。只有<>才能选择M 1. General setup（通用选项） [*]Prompt for development and/or incomplete code/drivers，设置界面中显示还在开发或者还没有完成的代码与驱动，最好选上，许多设备都需要它才能配置。 [ ]Cross-compiler tool prefix，交叉编译工具前缀，如果你要使用交叉编译工具的话输入相关前缀。默认不使用。嵌入式linux更不需要。 [ ]Local version - append to kernel release，自定义版本，也就是uname -r可以看到的版本，可以自行修改，没多大意义。 [ ]Automatically append version information to the version string，自动生成版本信息。这个选项会自动探测你的内核并且生成相应的版本，使之不会和原先的重复。这需要Perl的支持。由于在编译的命令make-kpkg 中我们会加入- –append-to-version 选项来生成自定义版本，所以这里选N。 Kernel compression mode (LZMA)，选择压缩方式。 [ ]Support for paging of anonymous memory (swap)，交换分区支持，也就是虚拟内存支持，嵌入式不需要。 [*]System V IPC，为进程提供通信机制，这将使系统中各进程间有交换信息与保持同步的能力。有些程序只有在选Y的情况下才能运行，所以不用考虑，这里一定要选。 [*]POSIX Message Queues，这是POSIX的消息队列，它同样是一种IPC(进程间通讯)。建议你最好将它选上。 [*]BSD Process Accounting，允许进程访问内核，将账户信息写入文件中，主要包括进程的创建时间/创建者/内存占用等信息。可以选上，无所谓。 [*]BSD Process Accounting version 3 file format，选用的话统计信息将会以新的格式（V3）写入，注意这个格式和以前的v0/v1/v2 格式不兼容，选不选无所谓。 [ ]Export task/process statistics through netlink (EXPERIMENTAL)，通过通用的网络输出工作/进程的相应数据，和BSD不同的是，这些数据在进程运行的时候就可以通过相关命令访问。和BSD类似，数据将在进程结束时送入用户空间。如果不清楚，选N（实验阶段功能，下同）。 [ ]Auditing support，审计功能，某些内核模块需要它（SELINUX），如果不知道，不用选。 [ ]RCU Subsystem，一个高性能的锁机制RCU 子系统，不懂不了解，按默认就行。 [ ]Kernel .config support，将.config配置信息保存在内核中，选上它及它的子项使得其它用户能从/proc/ config.gz中得到内核的配置,选上，重新配置内核时可以利用已有配置Enable access to .config through /proc/config.gz，上一项的子项，可以通过/proc/ config.gz访问.config配置，上一个选的话，建议选上。 (16)Kernel log buffer size (16 => 64KB, 17 => 128KB) ，内核日志缓存的大小，使用默认值即可。12 => 4 KB，13 => 8 KB，14 => 16 KB单处理器，15 => 32 KB多处理器，16 => 64 KB，17 => 128 KB。 [ ]Control Group support（有子项），使用默认即可，不清楚可以不选。 Example debug cgroup subsystem，cgroup子系统调试例子 Namespace cgroup subsystem，cgroup子系统命名空间 Device controller for cgroups，cgroups设备控制器

Linux设备驱动模型之platform总线深入浅出

Linux设备驱动模型之platform总线深入浅出 在Linux2.6以后的设备驱动模型中，需关心总线，设备和驱动这三种实体，总线将设备和驱动绑定。在系统每注册一个设备的时候，会寻找与之匹配的驱动；相反，在系统每注册一个驱动的时候，会寻找与之匹配的设备，而匹配由总线完成。 对于依附在USB、PCI、I2C、SPI等物理总线来这些都不是问题。但是在嵌入式系统里面，在Soc系统中集成的独立外设控制器，挂接在Soc内存空间的外设等却不依附在此类总线。基于这一背景，Linux发明了一种总线，称为platform。相对于USB、PCI、I2C、SPI等物理总线来说，platform总线是一种虚拟、抽象出来的总线，实际中并不存在这样的总线。 platform总线相关代码：driver\base\platform.c 文件相关结构体定义：include\linux\platform_device.h 文件中 platform总线管理下最重要的两个结构体是platform_device和platform_driver 分别表示设备和驱动在Linux中的定义如下一：platform_driver //include\linux\platform_device.h struct platform_driver { int (*probe)(struct platform_device *); //探测函数，在注册平台设备时被调用int (*remove)(struct platform_device *); //删除函数，在注销平台设备时被调用void (*shutdown)(struct platform_device *); int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); //挂起函数，在关机被调用int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state); int (*resume_early)(struct platform_device *); int (*resume)(struct platform_device *);//恢复函数，在开机时被调用struct device_driver driver;//设备驱动结构}; 1 2 3 4 5 6 7 8

linux内核IMQ源码实现分析

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（2）及时处理数据包技术 QoS有个技术难点：将数据包入队，然后发送队列中合适的数据包，那么如何做到队列中的数

激活状态的队列是否能保证队列中的数据包被及时的发送吗？接下来看一下，激活状态的队列的 证了数据包会被及时的发送。 这是linux内核发送软中断的机制，IMQ就是利用了这个机制，不同点在于：正常的发送队列是将数据包发送给网卡驱动，而IMQ队列是将数据包发送给okfn函数。

Linux内核驱动模块编写概览-ioctl,class_create,device_create

如果你对内核驱动模块一无所知，请先学习内核驱动模块的基础知识。 如果你已经入门了内核驱动模块，但是仍感觉有些模糊，不能从整体来了解一个内核驱动模块的结构，请赏读一下这篇拙文。 如果你已经从事内核模块编程N年，并且道行高深，也请不吝赐教一下文中的疏漏错误。 本文中我将实现一个简单的Linux字符设备，旨在大致勾勒出linux内核模块的编写方法的轮廓。其中重点介绍ioctl的用途。 我把这个简单的Linux字符设备模块命名为hello_mod. 设备类型名为hello_cl ass 设备名为hello 该设备是一个虚拟设备，模块加载时会在/sys/class/中创建名为hello_class 的逻辑设备，在/dev/中创建hello的物理设备文件。模块名为hello_mod，可接受输入字符串数据（长度小于128），处理该输入字符串之后可向外输出字符串。并且可以接受ioctl（）函数控制内部处理字符串的方式。 例如： a.通过write函数写入“Tom”，通过ioctl函数设置langtype=chinese，通过read函数读出的数据将会是“你好！Tom/n” b.通过write函数写入“Tom”，通过ioctl函数设置langtype=english，通过read函数读出的数据将会是“hello！Tom/n” c.通过write函数写入“Tom”，通过ioctl函数设置langtype=pinyin，通过read函数读出的数据将会是“ni hao！Tom/n” 一般的内核模块中不会负责设备类别和节点的创建，我们在编译完之后会得到.o或者.k o文件，然后insmod之后需要mk nod来创建相应文件，这个简单的例子 中我们让驱动模块加载时负责自动创建设备类别和设备文件。这个功能有两个步骤， 1）创建设备类别文件class_cr eate(); 2）创建设备文件dev ice_create(); 关于这两个函数的使用方法请参阅其他资料。 linux设备驱动的编写相对wi ndows编程来说更容易理解一点因为不需要处理IR P，应用层函数和内核函数的关联方式浅显易懂。 比如当应曾函数对我的设备调用了open()函数，而最终这个应用层函数会调用我的设备中的自定义open()函数，这个函数要怎么写呢， 我在我的设备中定义的函数名是hello_mod_open，注意函数名是可以随意定义，但是函数签名是要符合内核要求的，具体的定义是怎么样请看 static int hello_mod_open(struct inode *, struct file *); 这样就定义了内核中的open函数，这只是定义还需要与我们自己的模块关联起来，这就要用到一个结构 struct file_operations 这个结构里面的成员是对应于设备操作的各种函数的指针。 我在设备中用到了这些函数所以就如下定义，注意下面的写法不是标准ANSI C的语法，而是GNU扩展语法。 struct file_operations hello_mod_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = hello_mod_open,

(完整版)linux内核技术

一、教学目的 SMP、多核系统、高性能浮点处理器和新型总线等创新技术，带动操作系统不断发展。本课程使硕士生了解linux的基本原理和结构特征，提高应用现代操作系统的水平、能开发特定的内核功能、设备驱动程序和复杂应用软件的能力。 二、教学内容与要求 1掌握处理器在进程地址空间上的三种运行位置，了解内核编程不能使用C库函数和FPU，以及可能产生内存故障、核心栈溢出和四种内核竞争情形的原因。（2学时）2熟悉进程描述符的组织，进程上下文和进程状态转换，和fork，exec，wait，exit，clone，linux线程和内核线程的实现原理和应用。了解COW和避免出现孤儿进程技术。 （4小时） 3介绍支持SMP的O(1)调度，用户和内核抢占和进程上下文切换，了解优先级复算，睡眠和唤醒机制，SMP的负载均衡。（4小时） 4掌握在x86体系结构上系统调用的具体实现原理，接口参数传递，用户地址空间和核心地址空间之间的数据传输，和增加新的系统功能的方法。（2小时）5熟悉在x86体系结构上Linux中断和异常的处理原理，中断注册、共享、控制，和中断上下文的意义，中断和设备驱动程序的关系，以及设备驱动程序结构和用户接口。 （4小时） 6中断处理程序被分解为top half和bottom half的原因，介绍linux的softirq，tasklet，ksoftirqd和work queue，分析进程与top half，bottom half的竞争情形和同步。（4小时）7掌握内核同步原理和方法：原子操作，自旋锁，（读—写）信号量，完成变量，bkl，seqlock和延迟内核抢占。了解指令“路障”。（4小时） 8介绍系统时钟和硬件定时器，单处理器和多处理器上的linux计时体系结构，定时的时间插补原理，单处理器和多处理器上的时钟中断处理，动态定时器的数据结构和算法原理，定时器竞争情形，延迟函数。Time，gettimeofday，adjtimex，setitimer，alarm 的实现原理和应用。（4小时） 9熟悉进程地址空间的区和页，分配和释放物理页，物理地址与逻辑地址、虚地址之间的映射，slub分配原理和方法，高端物理内存的映射。（4小时） 10介绍VFS原理，超级块，inode结构和方法，dentry结构和方法，file结构和方法，以及进程打开文件表，linux中的文件系统。（2小时） 11讲解块设备缓冲，bio结构，I/O请求队列，和有最终期限的块I/O调度算法。（２小时） 12熟悉进程地址空间的分区，mm_struct结构，vm_area_struct结构和操作，，进程的页表文件映射接口mmap原理和方法。（2小时） 13熟悉页cache和radix_tree，缓冲区cache，和pdflush内核线程原理。（2小时） 三、教学方式 教学方式：课堂讲授 考试方式：堂上考试、考查都采用笔试。

Linux kernel内核升级全过程,教你一次成功

序言 由于开发环境需要在linux-2.6内核上进行，于是准备对我的虚拟机上的Linux系统升级。没想到这一弄就花了两天时间( 反复装系统，辛苦啊~~)，总算把Linux系统从2.4.20-8内核成功升级到了2.6.18内核。 网上虽然有很多介绍Linux内核升级的文章，不过要么过时，下载链接失效；要么表达不清，不知所云；更可气的是很多 文章在转载过程中命令行都有错误。刚开始我就是在这些“攻略”的指点下来升级的，以致于浪费了很多时间。 现在，费尽周折，升级成功，心情很爽，趁性也来写个“升级攻略”吧！于是特意又在虚拟机上重新安装一个Linux系统 ，再来一次完美的升级，边升级边记录这些步骤，写成一篇Linux内核升级记实录(可不是回忆录啊！)，和大家一起分享 ~~！ 一、准备工作 首先说明，下面带#号的行都是要输入的命令行，且本文提到的所有命令行都在终端里输入。 启动Linux系统，并用根用户登录，进入终端模式下。 1、查看Linux内核版本 # uname -a 如果屏幕显示的是2.6.x，说明你的已经是2.6的内核，也用不着看下文了，该干什么干什么去吧！~~~如果显示的是 2.4.x，那恭喜你，闯关通过，赶快进行下一步。 2、下载2.6内核源码 下载地址：https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/pub/linux/kernel/v2.6/linux-2.6.18.tar.bz2 3、下载内核升级工具 (1)下载module-init-tools-3.2.tar.bz2 https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/pub/linux/utils/kernel/module-init-tools/module-init-tools-3.2.tar.bz2 (2)下载mkinitrd-4.1.18-2.i386.rpm https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/fedora/linux/3/i386/RPMS.core/mkinitrd-4.1.18-2.i386.rpm (3)下载lvm2-2.00.25-1.01.i386.rpm https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/fedora/linux/3/i386/RPMS.core/lvm2-2.00.25-1.01.i386.rpm (4)下载device-mapper-1.00.19-2.i386.rpm https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/fedora/linux/3/i386/RPMS.core/device-mapper-1.00.19-2.i386.rpm (2.6.18内核和这4个升级工具我都有备份，如果以上下载地址失效，请到https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html,/guestbook留下你的邮箱，我给你发过去)

Linux内核分析-网络[五]：网桥

看完了路由表，重新回到netif_receive_skb ()函数，在提交给上层协议处理前，会执行下面一句，这就是网桥的相关操作，也是这篇要讲解的容。 view plaincopy to clipboardprint? 1. s kb = handle_bridge(skb, &pt_prev, &ret, orig_dev); 网桥可以简单理解为交换机，以下图为例，一台linux机器可以看作网桥和路由的结合，网桥将物理上的两个局域网LAN1、LAN2当作一个局域网处理，路由连接了两个子网1.0和2.0。从eth0和eth1网卡收到的报文在Bridge模块中会被处理成是由Bridge收到的，因此Bridge也相当于一个虚拟网卡。 STP五种状态 DISABLED BLOCKING LISTENING LEARNING FORWARDING 创建新的网桥br_add_bridge [net\bridge\br_if.c] 当使用SIOCBRADDBR调用ioctl时，会创建新的网桥br_add_bridge。 首先是创建新的网桥： view plaincopy to clipboardprint?

1. d ev = new_bridge_dev(net, name); 然后设置dev->dev.type为br_type，而br_type是个全局变量，只初始化了一个名字变量 view plaincopy to clipboardprint? 1. S ET_NETDEV_DEVTYPE(dev, &br_type); 2. s tatic struct device_type br_type = { 3. .name = "bridge", 4. }; 然后注册新创建的设备dev，网桥就相当一个虚拟网卡设备，注册过的设备用ifconfig 就可查看到： view plaincopy to clipboardprint? 1. r et = register_netdevice(dev); 最后在sysfs文件系统中也创建相应项，便于查看和管理： view plaincopy to clipboardprint? 1. r et = br_sysfs_addbr(dev); 将端口加入网桥br_add_if() [net\bridge\br_if.c] 当使用SIOCBRADDIF调用ioctl时，会向网卡加入新的端口br_add_if。 创建新的net_bridge_port p，会从br->port_list中分配一个未用的port_no，p->br会指向br，p->state设为BR_STATE_DISABLED。这里的p实际代表的就是网卡设备。 view plaincopy to clipboardprint? 1. p = new_nbp(br, dev); 将新创建的p加入CAM表中，CAM表是用来记录mac地址与物理端口的对应关系；而刚刚创建了p，因此也要加入CAM表中，并且该表项应是local的[关系如下图]，可以看到，CAM表在实现中作为net_bridge的hash表，以addr作为hash值，链入 net_bridge_fdb_entry，再由它的dst指向net_bridge_port。

Linux内核十个版本性能对比

【IT168 评论】从2008年1月底至今，Linux Kernel系统内核已经先后升级了十次，版本号也从2.6.24上升到2.6.33，并且下个版本2.6.34也已进入开发阶段。今天我们就看看过去两年内这十个版本在性能上有何差异。 测试平台是一套工作站系统，硬件配置包括AMD Opteron 2384 2.7GHz四核心处理器(“上海”)、泰安Thunder n3600B S2927主板(NVIDIA nForce 3600PRO 芯片组)、4GB DDR2 ECC Reg内存、希捷ST3300622AS 300GB硬盘、ATI FirePro V8700显卡，软件上采用Ubuntu 8.04.4 LTS 64位操作系统，组件有GNOME 2.22.3、https://www.wendangku.net/doc/c54151452.html, Server 1.4.0.90、GCC 4.2.4、EXT3。 Linux Kernel 2.6.24-2.6.33的每个版本都从Ubuntu PPA源上获取，而且均为64位版本。除了替换内核之外，系统其他设置均保持默认。 Apache Benchmark(静态网页服务)：2.6.33成绩大幅提升，但事实最早的2.6.24版反而才是好的，之后八个版本都差得很多，最新版终于基本正常了。

PostgreSQL pgbench(每秒钟TPC-B交易数)：2.6.30的成绩比上个版本骤然提升了多达770%，但之后2.6.32迅速下滑，最新的2.6.33却又完全不如2.6.30之前的六个版本了。

7-Zip Compression(文件压缩速度)：不同版本有所波动，最新的2.6.33成了赢家，这才是我们最希望看到的。 LZMA Compression(256MB文件压缩)：十个版本几乎没什么区别。

Linux的版本与内核

Linux的版本与内核 Linux有两种版本，一个是核心（kernel)版，一个是发行(distribution)版。核心版的序号由三部分数字构成，其形式为：major.minor.patchlevel，其中，majoro为主版本号，minor为次版本号，二者共同构成了当前核心版本号。patchlevel表示对当前版本的修订次数。例如，2.2.11表示对核心作用2.2 版本的第11次修订。根据约定，次版本号为奇数时，表示该版本加入新内容，但不一定稳定，相当于测试版；次版本号为偶数时，表示这是一个可以使用的稳定版本。鉴于Linux内核开发工作的连续性，内核的稳定版本与在此基础上进一步开发的不稳定版本总是同时存在的。建议采用稳定的核心版本。 Linux的内核具有两种不同的版本号，实验版本和产品化版本。要确定LINUX版本的类型，只要查看一下版本号：每一个版本号由三位数字组成，第二位数字说明版本类型。如果第二位数字是偶数则说明这种版本是产品化版本，如果是奇数说明是实验版本。如2.6.20是产品化版本，2.6.16是实验版本。LINUX的两种版本是相互关联的。实验版本最初是产品化产品的拷贝,然后产品化版本只修改错误，实验版本继续增加新功能，到实验版本测试证明稳定后拷贝成新的产品化版本，不断循环，这样一方面可以方便广大软件人员加入到LINUX的开发和测试工作中来，另一方面又可以让一些用户使用上稳定的LINUX版本。真是做到开发和实用两不误。现在LINUX的内核的最新版本是2.6.20。 Linux内核 Linux是最受欢迎的自由电脑操作系统内核。它是一个用C语言写成，符合POSIX标准的类Unix操作系统。Linux最早是由芬兰黑客 Linus Torvalds为尝试在英特尔x86架构上提供自由免费的类Unix操作系统而开发的。该计划开始于1991年，这里有一份Linus Torvalds 当时在Usenet新闻组comp.os.minix所登载的贴子，这份著名的贴子标志着Linux计划的正式开始。在计划的早期有一些Minix 黑客提供了协助，而今天全球无数程序员正在为该计划无偿提供帮助。技术上说Linux是一个内核。“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统，或是GNU/Linux架构。今天Linux是一个一体化内核（monolithic kernel）系统。设备驱动程序可以完全访问硬件。Linux内的设备驱动程序可以方便地以模块化（modularize）的形式设置，并在系统运行期间可直接装载或卸载。Linux不是微内核（microkernel）架构的事实曾经引起了Linus Torvalds与Andy Tanenbaum之间一场著名的争论。 Linux内核简史 操作系统是一个用来和硬件打交道并为用户程序提供一个有限服务集的低级支撑软件。一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体，它们互相依赖，不可分割。计算机的硬件，含有外围设备、处理器、内存、硬盘和其他的电子设备组成计算机的发动机。但是没有软件来操作和控制它，自身是不能工作的。完成这个控制工作的软件就称为操作系统，在Linux 的术语中被称为“内核”，也可以称为“核心”。Linux内核的主要模块(或组件)分以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化(引导)、系统调用等。

LINUX内核模块编程指南

第1章Hello, World 如果第一个程序员是一个山顶洞人，它在山洞壁(第一台计算机)上凿出的第一个程序应该是用羚羊图案构成的一个字符串“Hello, Wo r l d”。罗马的编程教科书也应该是以程序“S a l u t, M u n d i”开始的。我不知道如果打破这个传统会带来什么后果，至少我还没有勇气去做第一个吃螃蟹的人。 内核模块至少必须有两个函数：i n i t_m o d u l e和c l e a n u p_m o d u l e。第一个函数是在把模块插入内核时调用的；第二个函数则在删除该模块时调用。一般来说，i n i t_m o d u l e可以为内核的某些东西注册一个处理程序，或者也可以用自身的代码来取代某个内核函数(通常是先干点别的什么事，然后再调用原来的函数)。函数c l e a n u p_m o d u l e的任务是清除掉i n i t_m o d u l e所做的一切，这样，这个模块就可以安全地卸载了。

1.1 内核模块的Makefiles 文件 内核模块并不是一个独立的可执行文件，而是一个对象文件，在运行时内核模块被链接到内核中。因此，应该使用- c 命令参数来编译它们。还有一点需要注意，在编译所有内核模块时，都将需要定义好某些特定的符号。 ? _ _KERNEL_ _—这个符号告诉头文件：这个程序代码将在内核模式下运行，而不要作为用户进程的一部分来执行。 ? MODULE —这个符号告诉头文件向内核模块提供正确的定义。 ? L I N U X —从技术的角度讲，这个符号不是必需的。然而，如果程序员想要编写一个重要的内核模块，而且这个内核模块需要在多个操作系统上编译，在这种情况下，程序员将会很高兴自己定义了L I N U X 这个符号。这样一来，在那些依赖于操作系统的部分，这个符号就可以提供条件编译了。 还有其它的一些符号，是否包含它们要取决于在编译内核时使用了哪些命令参数。如果用户不太清楚内核是怎样编译的，可以查看文件/ u s r /i n c l u d e /l i n u x /c o n f i g .h 。 ? _ _SMP_ _—对称多处理。如果编译内核的目的是为了支持对称多处理，在编译时就需要定义这个符号(即使内核只是在一个C P U 上运行也需要定义它)。当然，如果用户使用对称多处理，那么还需要完成其它一些任务(参见第1 2章)。 ? C O N F I G _M O D V E R S I O N S —如果C O N F I G _M O D V E R S I O N S 可用，那么在编译内核模块时就需要定义它，并且包含头文件/ u s r /i n c l u d e /l i n u x /m o d v e r s i o n s .h 。还可以用代码自身来完成这个任务。 完成了以上这些任务以后，剩下唯一要做的事就是切换到根用户下(你不是以r o o t 身份编译内核模块的吧？别玩什么惊险动作哟！)，然后根据自己的需要插入或删除h e l l o 模块。在执行完i n s m o d 命令以后，可以看到新的内核模块在/ p r o c /m o d u l e s 中。 顺便提一下，M a k e f i l e 建议用户不要从X 执行i n s m o d 命令的原因在于，当内核有个消息需要使用p r i n t k 命令打印出来时，内核会把该消息发送给控制台。当用户没有使用X 时，该消息146第二部分Linux 内核模块编程指南