Linux內(nèi)核代碼60%都是驅(qū)動(dòng)？

一、前言

為什么Linux內(nèi)核代碼60%都是驅(qū)動(dòng)? 如果每支持新的設(shè)備就加入驅(qū)動(dòng)，內(nèi)核會(huì)不會(huì)變得越來(lái)越臃腫？

要先搞明白這個(gè)問(wèn)題，我們首先要明確（區(qū)分）兩個(gè)概念：內(nèi)核代碼和內(nèi)核，這是兩個(gè)完全不一樣的概念，我們通過(guò) git clone 命令從網(wǎng)上拉取下來(lái)的代碼叫做內(nèi)核代碼，如果增加新的設(shè)備內(nèi)核代碼確實(shí)會(huì)變得越來(lái)越臃腫，這點(diǎn)是肯定的，但是內(nèi)核并不會(huì)變得臃腫，具體原因我們接下里會(huì)進(jìn)行討論。說(shuō)了那么多內(nèi)核代碼，那內(nèi)核是什么呢？為什么內(nèi)核代碼變多了內(nèi)核卻不會(huì)變大？

內(nèi)核 是我們通過(guò)交叉編譯之后真正燒錄到板子里跑起來(lái)的代碼，而交叉編譯的時(shí)候，是有選擇的進(jìn)行編譯，這里面有頂尖的大神們的智慧結(jié)晶，與你硬件相關(guān)的才編譯，不相關(guān)的代碼則不會(huì)被編譯到內(nèi)核里，所以不是說(shuō)內(nèi)核里提交了一個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)你的內(nèi)核就會(huì)變大，這要看你的硬件有沒(méi)有用到這個(gè)驅(qū)動(dòng)。

二、Linux中避免內(nèi)核臃腫的措施

我們上面知道了內(nèi)核是經(jīng)過(guò)我們交叉編譯裁剪之后的代碼，會(huì)有選擇性的將對(duì)我們有用的代碼編譯進(jìn)內(nèi)核中，不需要的將被舍棄，這是Linux內(nèi)核開(kāi)發(fā)者智慧的結(jié)晶，也是保證內(nèi)核不會(huì)變得臃腫的原因。那除了交叉編譯之外還有沒(méi)有其他的措施來(lái)保證內(nèi)核不會(huì)變的越來(lái)越大呢？下面就給大家分享幾個(gè)用來(lái)保證內(nèi)核不臃腫的措施。

2.1 交叉編譯及SDK包的裁剪

（這部分稍微有些啰嗦，主要為了讓初學(xué)者更好的理解，老工程師可以直接跳過(guò)啦?。┙徊婢幾g是指在一種平臺(tái)上編譯生成在另一種不同平臺(tái)上運(yùn)行的可執(zhí)行程序。在Linux中，常見(jiàn)的情況是在PC主機(jī)（Ubuntu系統(tǒng)）上編譯生成適用于嵌入式設(shè)備或其他架構(gòu)的目標(biāo)程序。

通過(guò)上面的介紹我們已經(jīng)知道了內(nèi)核代碼是會(huì)通過(guò)交叉編譯來(lái)進(jìn)行選擇性的將對(duì)我們有用的代碼編譯進(jìn)內(nèi)核的，但是交叉編譯到底是如何工作的呢？我們應(yīng)該怎么去配置交叉編譯以讓我們的內(nèi)核能過(guò)夠在穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上盡量小巧呢？

做過(guò)嵌入式Linux的應(yīng)該都清楚，我這里的介紹也主要針對(duì)嵌入式Linux來(lái)講解，一般嵌入式Linux的交叉編譯工具鏈都是由SDK包提供商（一般是芯片廠）提供，所以一般不需要我們進(jìn)行編寫(xiě)和設(shè)計(jì)，只需要針對(duì)自己開(kāi)發(fā)板的實(shí)際情況進(jìn)行裁剪即可。

其實(shí)Linux代碼到你燒錄到板子中的內(nèi)核代碼是經(jīng)過(guò)了下面的過(guò)程：

上面的圖是我對(duì)于一套代碼從Linux開(kāi)源代碼一步一步的被裁剪和適配后最終到達(dá)用戶(hù)手中過(guò)程的理解，當(dāng)然不同的廠商這個(gè)過(guò)程可能有所不同。

所以回到我們的問(wèn)題，看完上面圖片中的過(guò)程，你覺(jué)得Linux內(nèi)核中提交了新設(shè)備的驅(qū)動(dòng)代碼會(huì)被燒錄到最終燒錄到板子中嗎？

這里分幾種情況來(lái)討論：

如果這個(gè)新設(shè)備在該款芯片上完全不會(huì)用到，那么芯片廠提供的SDK包中就不會(huì)包含這個(gè)驅(qū)動(dòng)；

如果這個(gè)新設(shè)備芯片是支持的，但是我這款開(kāi)發(fā)板不支持，那么板廠就不會(huì)同步這個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)；

如果這個(gè)新設(shè)備在開(kāi)發(fā)板上也是支持的，但是作為用戶(hù)完全不會(huì)用到該設(shè)備，那么該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)也會(huì)被裁剪；

所以不是說(shuō)Linux內(nèi)核代碼中新提交一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，該設(shè)備驅(qū)動(dòng)就會(huì)最終到開(kāi)發(fā)板中，中間是會(huì)經(jīng)過(guò)很多篩選的，只有真正對(duì)用戶(hù)有用的代碼才會(huì)被同步編譯和燒錄。

這里用戶(hù)可能會(huì)有疑問(wèn)，講了半天代碼包的裁剪，代碼裁剪和交叉編譯有什么關(guān)系呢？這里還要明確一點(diǎn)，代碼的裁剪并不是你想象的直接把代碼從代碼包中刪除了，更多時(shí)候是把代碼從編譯中刪除掉，即該設(shè)備的驅(qū)動(dòng)并不會(huì)被編譯到內(nèi)核中，但是源代碼你還是可以看到的。

2.2 設(shè)備樹(shù)

設(shè)備樹(shù)的由來(lái)想必大家應(yīng)該都有所耳聞：

“

ARM社區(qū)一貫充斥的大量垃圾代碼導(dǎo)致Linus盛怒，因此社區(qū)在2011年到2012年進(jìn)行了大量的工作。ARM Linux開(kāi)始圍繞Device Tree展開(kāi)，Device Tree有自己的獨(dú)立的語(yǔ)法，它的源文件為.dts，編譯后得到.dtb，Bootloader在引導(dǎo)Linux內(nèi)核的時(shí)候會(huì)將.dtb地址告知內(nèi)核。之后內(nèi)核會(huì)展開(kāi)Device Tree并創(chuàng)建和注冊(cè)相關(guān)的設(shè)備，因此arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx中大量的用于注冊(cè)platform、I2C、SPI板級(jí)信息的代碼被刪除，而驅(qū)動(dòng)也以新的方式和.dts中定義的設(shè)備結(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配。

”

在設(shè)備樹(shù)出現(xiàn)之前，內(nèi)核代碼中包含了大量與硬件設(shè)備相關(guān)的配置信息和初始化操作。隨著硬件數(shù)量和多樣性的增加，內(nèi)核代碼變得越來(lái)越復(fù)雜，難以管理和維護(hù)。設(shè)備樹(shù)將硬件描述從內(nèi)核代碼中分離出來(lái)，使得內(nèi)核代碼更加清晰簡(jiǎn)潔，并且與具體硬件解耦。

使用設(shè)備樹(shù)可以在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)地配置硬件設(shè)備，而無(wú)需修改內(nèi)核源代碼。這點(diǎn)對(duì)于代碼的調(diào)試非常方便，我們自需要重新編譯設(shè)備樹(shù)文件放到開(kāi)發(fā)板中即可，而不用重新燒錄整個(gè)內(nèi)核。設(shè)備樹(shù)中的硬件描述信息可以根據(jù)實(shí)際硬件配置進(jìn)行自由組合和調(diào)整，從而達(dá)到更好的兼容性和靈活性。

2.3 模塊化

Linux內(nèi)核采用的是模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)將功能劃分為獨(dú)立的模塊，可以提高代碼的可復(fù)用性和靈活性。內(nèi)核模塊是一段可以被動(dòng)態(tài)加載到內(nèi)核中并擴(kuò)展其功能的代碼。它相對(duì)獨(dú)立于內(nèi)核的其他部分，在需要時(shí)可以加載或卸載。

除了動(dòng)態(tài)的加載將通用的功能封裝成獨(dú)立的模塊，可以被多個(gè)子系統(tǒng)或驅(qū)動(dòng)程序共享和復(fù)用，避免了重復(fù)編寫(xiě)相同的代碼，提高了開(kāi)發(fā)效率。如果看過(guò)I2C驅(qū)動(dòng)的話(huà)大家應(yīng)該清楚I2C驅(qū)動(dòng)分為設(shè)備驅(qū)動(dòng)和核心驅(qū)動(dòng)，Linux內(nèi)核已經(jīng)將I2C驅(qū)動(dòng)的公用代碼封裝到核心代碼中了，其實(shí)I2C設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼只需要簡(jiǎn)單的調(diào)用I2C核心驅(qū)動(dòng)中的接口即可，而不用從0開(kāi)始完成一個(gè)I2C的驅(qū)動(dòng)代碼，這樣代碼的復(fù)用率會(huì)變高，內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的代碼量和代碼復(fù)雜度也會(huì)變小。

2.4 硬件抽象層

硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL）是一種軟件層，用于將底層硬件設(shè)備的詳細(xì)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與上層應(yīng)用程序隔離開(kāi)來(lái)，提供一組統(tǒng)一的接口和功能，以簡(jiǎn)化對(duì)硬件的訪問(wèn)和操作。

硬件抽象層起到了在不同硬件平臺(tái)之間建立標(biāo)準(zhǔn)化接口的作用，使得應(yīng)用程序可以以相似的方式進(jìn)行硬件訪問(wèn)和控制，而無(wú)需關(guān)心具體硬件的細(xì)節(jié)。通過(guò)使用硬件抽象層，開(kāi)發(fā)人員可以更加方便地編寫(xiě)跨平臺(tái)或可移植的應(yīng)用程序，而不需要針對(duì)每個(gè)具體硬件設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立的編程。

總的來(lái)說(shuō)硬件抽象層提供了一種中間層的軟件抽象，將底層硬件設(shè)備的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與上層應(yīng)用程序解耦，為開(kāi)發(fā)人員提供簡(jiǎn)化的硬件訪問(wèn)接口和功能，以提高應(yīng)用程序的可移植性和跨平臺(tái)性。

三、嵌入式Linux的裁剪

其實(shí)本文默認(rèn)說(shuō)的Linux內(nèi)核都是說(shuō)的嵌入式Linux，因?yàn)閷?duì)于像Ubuntu這種系統(tǒng)我也不太清楚。對(duì)于嵌入式Linux的裁剪我們上面已經(jīng)介紹了整個(gè)代碼包的流程，想必大家已經(jīng)明白了我們燒錄進(jìn)去的內(nèi)核是已經(jīng)通過(guò)交叉編譯精簡(jiǎn)過(guò)的，所以理論上來(lái)說(shuō)燒錄進(jìn)去的已經(jīng)是最精簡(jiǎn)的了。

其實(shí)內(nèi)核裁剪不是我們想象的那么簡(jiǎn)單，只有道行深的工程師才敢進(jìn)行內(nèi)核的裁剪。Linux內(nèi)核裁剪我也沒(méi)有做過(guò)，所以這部分我留給大佬來(lái)補(bǔ)充吧！

四、總結(jié)

所以回歸最開(kāi)始的問(wèn)題，Linux內(nèi)核代碼60%都是驅(qū)動(dòng)?驅(qū)動(dòng)代碼不會(huì)造成內(nèi)核臃腫嗎？我認(rèn)為答案是不會(huì)，如果你認(rèn)為會(huì)變得越來(lái)越臃，可以一起交流一下哦！

審核編輯：劉清