【GNU/Linux kernel源码分析】刨根问底,速览,对初学者友好的底层理解,让你对内核不再迷茫

简介: 【GNU/Linux kernel源码分析】刨根问底,速览,对初学者友好的底层理解,让你对内核不再迷茫

1. Linux kernel


1. 源代码目录结构分析


1、Linux 内核源代码包括三个主要部分


1)内核核心代码:包括linux内核整体架构分析笔记描述的各子系统和子模块,以及其他支撑子系统,如:电源管理、linux初始化等。


2)非核心代码:例如库文件(因为 Linux 内核是一个自包含的内核,即内核不依赖其它的任何软件,自己就可以编译通过)、固件集合、

KVM(虚拟机技术)等。


3)编译脚本、配置文件、帮助文档、版权说明等辅助性文件。

1668319022256.jpg


include/ :内核头文件,需要提供给外部模块(例如用户空间代码)使用。

kernel/ : Linux 内核的核心代码,包含了 进程调度子系统,以及和进程调度相关的模块。

mm/ :内存管理子系统

fs/ ---- VFS 子系统。虚拟文件系统(Virtual File System,简称 VFS)是 Linux 内核的子系统之一

net/ ---- 不包括网络设备驱动的网络子系统。

ipc/ ---- IPC(进程间通信)子系统。

arch// ---- 体系结构相关的代码,例如 arm, x86 等等。

arch//mach- ---- 具体的 machine/board 相关的代码。

arch//include/asm ---- 体系结构相关的头文件。

arch//boot/dts ---- 设备树( Device Tree)文件。

init/ ---- Linux 系统启动初始化相关的代码。

block/ ---- 提供块设备的层次。

sound/ ---- 音频相关的驱动及子系统,可以看作“音频子系统”。

drivers/ ---- 设备驱动

lib/ ---- 实现需要在内核中使用的库函数,例如 CRC、 FIFO、 list、 MD5 等。

crypto/ ----- 加密、解密相关的库函数。

security/ ---- 提供安全特性( SELinux)。

virt/ ---- 提供虚拟机技术( KVM 等)的支持。

usr/ ---- 用于生成 initramfs 的代码。/usr不是user的缩写,其实usr是Unix Software Resource的缩写, 也就是Unix操作系统软件资源所放置的目录,而不是用户的数据;所有系统默认的软件都会放置到/usr, 系统安装完时,这个目录会占用最多的硬盘容量

firmware/ ---- 保存用于驱动第三方设备的固件。

samples/ ---- 一些示例代码。

tools/ ---- 一些常用工具,如性能剖析、自测试等。

Kconfig, Kbuild, Makefile, scripts/ ---- 用于内核编译的配置文件、脚本等。

COPYING ---- 版权声明。

MAINTAINERS —-维护者名单。

CREDITS ---- Linux 主要的贡献者名单。

REPORTING-BUGS ---- Bug 上报的指南。

Documentation, README ---- 帮助、说明文档。


2. linux内核模块编程入门


这里的printk就是print kernal,意思是输出到内核,输出到日志文件


当模块插入执行初始化lkp__init()函数


当模块卸载执行退出函数lkp__exit()

代码示例:


//任何模块都要包含的三个头文件
#include <linux/module.h>    //(module<n>模块; 功能块)包含了对模块的版本控制
#include <linux/kernel.h>    //包含了常用的内核函数
#include <linux/init.h>    //包含了宏__init(告诉编译程序仅初始化的函数和变量)和__exit()
/*
    模块的初始化函数lkp_init()
    __init是用于初始化的修饰符
*/
static int __init lkp_init(void)    //加载函数的入口函数 相当于 main(void)
{
    printk("<1>Hello,world!from the kernel space...\n");//Linux内核下内核编程不能使用c的库
}
/*   
    模块的退出和清理函数lkp_exit()    //入口相对的出口
*/
static void __exit lkp(void)
{
    printk("<1>Goodbye,world!leaving kernel space...\n");
}
/*
    调用函数
*/
module_init(lkp_init);
module_exit(lkp_exit);
/*
    模块的许可证声明GPL
*/
MODULE_LICENSE("GPL");


3. 如何编译内核模块


内核模块的编译需要与常规用户空间应用程序略有不同。 以前的内核版本要求我们关注这些设置,这些设置通常存储在Makefile中。 虽然按层次结构组织,但许多冗余设置在次级Makefile中累积并使它们变大并且难以维护。 幸运的是,有一种新方法可以做这些事情,称为kbuild,外部可加载模块的构建过程现在完全集成到标准内核构建机制中。 要了解有关如何编译不属于官方内核的模块的更多信息(例如本指南中的所有示例),请参阅文件

linux / Documentation / kbuild / modules.txt 。


那么,让我们看一个简单的Makefile来编译一个名为hello-1.c的模块:

obj-m += hello-1.o
all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean


核心思想:告诉哪个头文件放在哪些地方


在这个文件里定义了三个变量


路径的变量


内核版本号变量


内核源代码所在路径变量


1668319117032.jpg


内核模块插入到内核里

超级用户的权限插入


#insmod + 模块名.ko

1668319136647.jpg

1668319147639.jpg



4. 源码在线阅读的网站


源码在线阅读

源码在线阅读2

linux内核编程入门


参考原文


linux内核源码分析笔记


2. 内核常用数据结构


Linux 内核代码中广泛使用了数据结构和算法,其中最常用的两个是链表和红黑树。

linux内核源码分析笔记


3. TTY


在 Linux 中,TTY也许是跟 终端 有关系的最为混乱的术语。. TTY是TeleTYpe的一个老缩写。. Teletypes,或者teletypewriters,原来指的是 电传打字机 ,是通过串行线用打印机键盘通过阅读和发送信息的东西,和古老的 电报机 区别并不是很大。. 之后,当计算机只能以 批处理 方式运行时(当时穿孔卡片 阅读器 是唯一一种使程序载入运行的方式),电传打字机成为唯一能够被使用的“实时”输入/ 输出设备 。. 最终,电传打字机被键盘和显示器终端所取代,但在终端或TTY接插的地方,操作系统仍然需要一个程序来监视 串行端口 。. 一个getty“Get TTY”的处理过程是:一个程序监视物理的TTY/终端接口。.


4. 晶振


晶振是一个被加了电压就会产生稳定节拍的东西,我们只需要找一个东西去记录节拍,便可以达到作为一个时钟信号的产生器。

1668318951288.jpg

相关文章
|
1月前
|
安全 Linux 测试技术
Intel Linux 内核测试套件-LKVS介绍 | 龙蜥大讲堂104期
《Intel Linux内核测试套件-LKVS介绍》(龙蜥大讲堂104期)主要介绍了LKVS的定义、使用方法、测试范围、典型案例及其优势。LKVS是轻量级、低耦合且高代码覆盖率的测试工具,涵盖20多个硬件和内核属性,已开源并集成到多个社区CICD系统中。课程详细讲解了如何使用LKVS进行CPU、电源管理和安全特性(如TDX、CET)的测试,并展示了其在实际应用中的价值。
|
1月前
|
Ubuntu Linux 开发者
Ubuntu20.04搭建嵌入式linux网络加载内核、设备树和根文件系统
使用上述U-Boot命令配置并启动嵌入式设备。如果配置正确,设备将通过TFTP加载内核和设备树,并通过NFS挂载根文件系统。
95 15
|
2月前
|
算法 Linux
深入探索Linux内核的内存管理机制
本文旨在为读者提供对Linux操作系统内核中内存管理机制的深入理解。通过探讨Linux内核如何高效地分配、回收和优化内存资源,我们揭示了这一复杂系统背后的原理及其对系统性能的影响。不同于常规的摘要,本文将直接进入主题,不包含背景信息或研究目的等标准部分,而是专注于技术细节和实际操作。
|
2月前
|
存储 缓存 网络协议
Linux操作系统的内核优化与性能调优####
本文深入探讨了Linux操作系统内核的优化策略与性能调优方法,旨在为系统管理员和高级用户提供一套实用的指南。通过分析内核参数调整、文件系统选择、内存管理及网络配置等关键方面,本文揭示了如何有效提升Linux系统的稳定性和运行效率。不同于常规摘要仅概述内容的做法,本摘要直接指出文章的核心价值——提供具体可行的优化措施,助力读者实现系统性能的飞跃。 ####
|
2月前
|
监控 算法 Linux
Linux内核锁机制深度剖析与实践优化####
本文作为一篇技术性文章,深入探讨了Linux操作系统内核中锁机制的工作原理、类型及其在并发控制中的应用,旨在为开发者提供关于如何有效利用这些工具来提升系统性能和稳定性的见解。不同于常规摘要的概述性质,本文将直接通过具体案例分析,展示在不同场景下选择合适的锁策略对于解决竞争条件、死锁问题的重要性,以及如何根据实际需求调整锁的粒度以达到最佳效果,为读者呈现一份实用性强的实践指南。 ####
|
2月前
|
缓存 监控 网络协议
Linux操作系统的内核优化与实践####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化策略与实际应用案例,深入分析内核参数调优、编译选项配置及实时性能监控的方法。通过具体实例讲解如何根据不同应用场景调整内核设置,以提升系统性能和稳定性,为系统管理员和技术爱好者提供实用的优化指南。 ####
|
2月前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度机制:公平与效率的平衡####
本文旨在剖析Linux操作系统内核中的进程调度机制,特别是其如何通过CFS(完全公平调度器)算法实现多任务环境下资源分配的公平性与系统响应速度之间的微妙平衡。不同于传统摘要的概览性质,本文摘要将直接聚焦于CFS的核心原理、设计目标及面临的挑战,为读者揭开Linux高效调度的秘密。 ####
55 3
|
3月前
|
负载均衡 算法 Linux
深入探索Linux内核调度器:公平与效率的平衡####
本文通过剖析Linux内核调度器的工作机制,揭示了其在多任务处理环境中如何实现时间片轮转、优先级调整及完全公平调度算法(CFS),以达到既公平又高效地分配CPU资源的目标。通过对比FIFO和RR等传统调度策略,本文展示了Linux调度器如何在复杂的计算场景下优化性能,为系统设计师和开发者提供了宝贵的设计思路。 ####
59 6
|
2月前
|
消息中间件 安全 Linux
深入探索Linux操作系统的内核机制
本文旨在为读者提供一个关于Linux操作系统内核机制的全面解析。通过探讨Linux内核的设计哲学、核心组件、以及其如何高效地管理硬件资源和系统操作,本文揭示了Linux之所以成为众多开发者和组织首选操作系统的原因。不同于常规摘要,此处我们不涉及具体代码或技术细节,而是从宏观的角度审视Linux内核的架构和功能,为对Linux感兴趣的读者提供一个高层次的理解框架。
|
3月前
|
缓存 网络协议 Linux
深入探索Linux操作系统的内核优化策略####
本文旨在探讨Linux操作系统内核的优化方法,通过分析当前主流的几种内核优化技术,结合具体案例,阐述如何有效提升系统性能与稳定性。文章首先概述了Linux内核的基本结构,随后详细解析了内核优化的必要性及常用手段,包括编译优化、内核参数调整、内存管理优化等,最后通过实例展示了这些优化技巧在实际场景中的应用效果,为读者提供了一套实用的Linux内核优化指南。 ####
92 1