linux内核结构介绍

目录

一、Linux内核结构框图

二、图解linux系统架构

三、驱动认知

3.1 为什么要学习写驱动

3.2 文件名与设备号

3.3 open函数打通上层到底层硬件的详细过程

四、shell

shell脚本

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参考：linux内核结构介绍

一、Linux内核结构框图

对内核结构框图有个总体的把握，有助于理解为什么驱动要这样写，为什么写的应用程序所用的C库接口能够产生这么多的事情。

 函数库就像一个“黑匣子”，提供了一系列API支配内核运作，但你不知道内核发生了什么。

        内核是一个很厉害的超级逻辑，把硬件底层的东西抽象化，对用户来说只需要调API就好了，根本不需要管寄存器，协议，总线…（单片机会去直接操作），这些全部由操作系统做好。动不动写个操作系统是不现实的。

能把字符设备，块设备的设备驱动吃透，已经很厉害了。

二、图解linux系统架构

        最内层是硬件，最外层是用户应用，比如浏览器等等。硬件是物质基础，而应用提供服务。

        为了方便调用内核，Linux将内核的功能接口制作成系统调用(system call)。用户不需要了解内核的复杂结构，就可以使用内核。系统调用是操作系统的最小功能单位。一个操作系统，以及基于操作系统的应用，都不可能实现超越系统调用的功能。

        系统调用提供的功能非常基础，所以使用起来很麻烦。一个简单的给变量分配内存空间的操作，就需要动用多个系统调用。Linux定义一些库函数(library routine)来将系统调用组合成某些常用的功能。上面的分配内存的操作，可以定义成一个库函数,比如常用的malloc。

三、驱动认知

3.1 为什么要学习写驱动

        原来树莓派开发使用厂家提供的wiringPi库，开发简单。

        但未来做开发时，不一定都是用树莓派，没有wiringPi库可以用。但只要能运行Linux，linux的标准C库一定有。

        学会根据标准C库编写驱动，只要能拿到linux内核源码，拿到芯片手册，电路图…就能做开发。

3.2 文件名与设备号

        linux一切皆为文件，其设备管理同样是和文件系统紧密结合。在目录/dev下都能看到鼠标，键盘，屏幕，串口等设备文件，硬件要有相对应的驱动，那么open怎样区分这些硬件呢？

依靠文件名与设备号

依靠文件名与设备号。在/dev下ls -l可以看到 

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设备号又分为：主设备号用于区别不同种类的设备；次设备号区别同种类型的多个设备。驱动插入到链表的位置（顺序）由设备号检索

内核中存在一个驱动链表，管理所有设备的驱动。 驱动开发无非以下两件事：

• 编写完驱动程序，加载到内核
• 用户空间open后，调用驱动程序（驱动程序就是操作寄存器来驱动IO口，单片机51,32就是这种操作）

3.3 open函数打通上层到底层硬件的详细过程

        用户空间调用open（比如open(“/dev/pin4”,O_RDWR)）产生一个软中断（中断号是0x80），进入内核空间调用sys_call，这个sys_call在内核里面是汇编的，用Source Insight搜索不到。

sys_calll真正调用的是sys_open（属于VFS层虚拟文件系统，因为磁盘的分区和引脚分区不一样，为了实现上层统一化）,根据你的设备名比如pin4去到内核的驱动链表，根据其主设备号与次设备号找到相关驱动函数。

调用驱动函数里面的open，这个open就是对寄存器的操作，从而设置IO口引脚电平。这件事对于单片机来说特变容易，就两句话搞定：

sbit pin4 = P1^4;
pin4=1;

（对应下图的粉色笔迹）

四、shell

shell（壳）是一个特殊的应用，也经常被称为命令行 。可以理解为是一个命令解释器

例如：当我们输入“ls -l”的时候，它将此字符串解释为

1.在默认路径找到该文件(/bin/ls)，
2.执行该文件，并附带参数"-l"。

        一个shell对应一个终端 (terminal)。曾经来说，终端是一个硬件设备，用来输入并显示输出。如今，由于图形化界面的普及，终端往往就像下图一样，是一个图形化的窗口。

         你可以通过这个窗口输入或者输出文本，这个文本直接传递给shell进行分析解释，然后执行，本质就是提供和内核交互的程序。

shell脚本

        在没有图形界面之前，shell充当了用户的界面，当用户要运行某些应用时，通过shell输入命令，来运行程序。shell是可编程的，它可以执行符合shell语法的文本,这样的文本叫做shell脚本(script)。