linux操作系统原理与应用 一
操作系统=内核+系统程序
系统程序=编译环境+ＡＰＩ＋ＡＵＩ
编译环境＝编译程序＋连接程序＋装载程序
ＡＰＩ＝系统调用＋语言库函数
ＡＵＩ＝Ｓｈｅｌｌ＋系统服务例程＋应用程序
应用软件是针对最终用户需求编写的，系统软件是为了简化应用程序的开发而存在的，例如编程语言的执行环境为应用程序开发了提供诸如ＩＯ操作、图形库等基础服务。
ＰＯＳＩＸ表示可移植操作系统接口，是一个国际标准。
0. linux内核的体系结构
linux内核除系统调用外，由5个主要的子系统组成：进程调度、内存管理、虚拟文件系统、网络接口、进程间通信。
１．ｌｉｎｕｘ内核的技术特点
ｌｉｎｕｘ内核被设计为单内核（monolithic)结构，支持动态加载内核模块，为保证支持新设备而又不会无限的扩大内核规模，ｌｉｎｕｘ系统对驱动和新文件系统采用模块化方式，可动态加载和卸载。ｌｉｎｕｘ内核还采用了虚拟内存技术使得内存空间达到４GB.此外，linux文件系统还实现了一种抽象文件模型———虚拟文件系统（VFC），该文件系统属于ＵＮＩＸ风格。用户可以在统一界面上访问各种不同格式的文件系统。
２．ｌｉｕｎｘ内核的版本
２．６．３０．１ 第一个数字是主版本号，第二个是从版本号，第三个是修订版本号，第四个可选的数字为稳定版本号
３．ｌｉｎｕｘ内核源代码的结构
内核源代码位于／ｕｓｒ／ｓｒｃ／ｌｉｎｕｘ
include目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件
init目录包含核心的初始化代码
arch目录包括ｌｉｎｕｘ支持的所有硬件结构的内核代码
drivers目录中是系统中所有的设备驱动程序。
fs 包含了所有文件系统的代码
net目录里是核心的网络部分代码
mm目录包含了所有的内存管理代码
ipc目录包含了进程间的通信代码
Kernel包含了主内核代码
4.内核源码分析工具
1.linux超文本交叉代码检索工具LXR
2.windows平台下的源代码阅读工具 Source Insight
5.linux内核模块编程入门
内核模块全称为动态可加载模块LMK，模块机制弥补了单内核可扩展性和可维护性较差的不足。模块是具有独立功能的程序，可被单独编译，不能独立运行。
#include
#include
#include
static int __init lkp_init(void) { //模块初始化函数 printk ("My module worked!\n");
return 0;
} static void __exit lkp_cleanup(void) { //模块卸载函数 printk ("Unloading my module.\n");} module_init(lkp_init);
module_exit(lkp_cleanup);MODULE_ENSE("GPL"); //模块许可声明(1)moduie.h头文件包含了对模块的结构定义以及模块的版本控制
kernel。h包含了常用的内核函数
init.h包含了宏_init 和_exit
(2)lkp_init ()是模块的初始化函数 lkp_cleanup()是模块的退出和清理函数
（3)printk()是内核定义的，把打印的信息输出到终端。module_init和module_exit是最基本的两个函数。module_init()(ˇˍˇ） 向内核注册模块提供新功能。cleanup_exit注销由模块提供所有的功能
（4）最后一句告诉内核该模块具有GUN公共许可证
编译模块 Makefile 文件
假如前面的程序起名 hellomod.c,对于2.6版本的内核模块，其中Makefile文件的基本内容如下
# Makefile2.6
01 |
obj-m += hellomod.o //obj-m : = 是赋值语句,使用目标文件hellomod.o生成模块hellomod.ok |
02 |
#产生hellomod模块的目标文件 |
03 |
CURRENT_PATH:=$(shell pwd) |
04 |
#模块所在的当前路径 |
05 |
LINUX_KERNEL:=$(shell uname -r) |
06 |
#内核源代码的当前版本 |
07 |
LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL) |
08 |
#内核源代码的绝对路径 |
09 |
all: |
10 |
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules |
11 |
#编译模块 |
12 |
clean: |
13 |
make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean |
14 # 清理模块
我们首先获得当前的相对路径（可以在终端输入pwd试一下这个命令），然后再获得当前内核的版本号，这样就可以直接获得当前内核的绝对路径。
完成上述两个文件后，在当前目录下运行make命令，就会生成hello.ko文件，即模块目标文件。
运行代码
insmod命令可以使我们写的这个模块加入到内核中，但是一般我们要加上sudo。rmmod卸载这个模块。
5.linux内核中链表的实现（http://edsionte.com/techblog/archives/1074）
C语言中一个基本的双向链表定义如下
struct my_list{
void *mydata;
struct my_list *next;
struct my_list *prev;
};
选取双向链表作为基本数据结构并将其镶嵌到其他数据结构中，从而演化成其他复杂数据结构。
1.linux内核对链表的抽象定义
struct list-head {
struct list_head *next ， *prev
}
这个不含数据域的链表可以嵌入到任何结构，例如： struct my_list {
void my_data;
struct list_head list;
}
2.链表的声明与定义
struct list_head只定义了链表结点，没有专门定义链表头。内核代码list.h定义了两个宏
#define LIST_HEAD_INIT(name) { &(name), &(name) } 初始化
#define LIST_HEAD(name) struct list_head name = LIST_HEAD_INIT(name) 声明并初始化
如果要声明并初始化自己的链表头，直接调用 LIST_HEAD
LIST_HEAD（ mylist_head）
调用之后，next和prev指针都初始化指向自己。
3.链表中增加一个结点
static inline void list_add(struct list_head *new, struct list_head *head);
{
next->prev = new; |
|
new->next = next; |
|
new->prev = prev; |
|
|
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head);
调用这个内部函数以分别子链表头和尾增加结点
static inlinevoid list_add(structlist_head *new,struct list_head *head) |
|
{ |
|
__list_add(new, head, head->next); } |
该函数向指定链表的head结点后插入new结点。可将任何结点传递给head，但是如果传递最后一个元素给head，该函数可以用来实现一个栈
static inline void list_add_tail(struct list_head *new, struct list_head *head);
{
_list_add(new, head - >prev,head); }
该函数向指定链表的head结点前插入new结点。可将任何结点传递给head，但是如果将第一个元素给head，该函数可以用来实现一个队列。
4.遍历链表
list.h中定义了如下遍历链表。
#define list_for_each(pos, head) \
for (pos = (head)->next; pos != (head); \
pos = pos->next )
这种遍历仅仅找到一个个结点在链表中的偏移位置，问题是如何通过pos获得结点的起始地址，从而引用该结点的域。list.h中定义了
#define list_entry(ptr, type, member)\
((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
指针ptr指向结构体type中的成员member；通过指针ptr,返回结构体type的起始地址，也就是list—entry返回指向type类型的指针。
（(unsigned long)(&((type *)0)->member把0地址转化为type结构的指针，然后获取该结构中的成员member域的指针，也就是获得了member在type结构中的偏移量。 其中（char*)(ptr)求出的是ptr的绝对地址，二者相减，于是得到了type类型结构体的起始地址 。
6.链表的应用
- #include<linux/kernel.h>
- #include<linux/module.h>
- #include<linux/slab.h>
- #include<linux/list.h>
- MODULE_LICENSE("GPL");
- MODULE_AUTHOR("XIYOU");
- #define N 10 //l链表结点数
- struct numlist{
-
- int num; //数据
- struct list_head list; //指向双链表前后结点的指针
- };
- struct numlist numhead; //头结点
- static int __init doublelist_init(void)
- { //初始化头结点
- struct numlist *listnode; //每次申请链表结点时所有的指针
- struct list_head *pos;
- struct numlist *p;
- int i;
- printk("doublelist is starting..\n");
- INIT_LIST_HEAD(&numhead.list);
- //建立N个结点，依次加入到链表当中
- for(i=0;i<N;i++)
- {
- listnode=(struct numlist*)kmalloc(sizeof(struct numlist),GFP_KERNEL); //kmallox在内核空间中申请内存，类似于malloc()
- listnode->num=i+1;
- list_add_tail(&listnode->list,&numhead.list);
- printk("node %d has added to the doublelist\n",i+1);
- }
- //遍历链表
- i=1;
- list_for_each(pos,&numhead.list){
- p=list_entry(pos,struct numlist,list);
- printk("node %d's data :%d\n",i,p->num);
- i++;
- }
- return 0;
- }
- static void __exit doublelist_exit(void)
- {
- struct list_head *pos,*n;
- struct numlist *p;
- //依次删除N个节点
- int i;
- list_for_each_safe(pos,n,&numhead.list) //为了安全删除结点而进行的遍历
- {
- list_del(pos); //从双链表中删除当前结点
- p=list_entry(pos,struct numlist,list); //得到当前数据结点的首地址，即指针
- kfree(p); //释放数据结点所占空间
- printk("node %d has removed from the doublelist\n",i++);
- }
- printk("doublelist is exiting\n");
- }
- module_init(doublelist_init);
module_exit(doublelist_exit);
Makefile
- obj-m:=list.o
- CURRENT_PATH:=$(shell pwd)
- LINUX_KERNEL:=$(shell uname-r)
- LINUX_KERNEL_PATH:=/usr/src/linux-headers-$(LINUX_KERNEL)
- all:
- make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) modules
- clean:
- make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CURRENT_PATH) clean
详细阅读 linclude/linux/list.h中的代码
尽管其是内核代码的头文件，但稍加修改可移植到用户空间使用。