必須知道的Linux內(nèi)核常識(shí)詳解

一、內(nèi)核功能、內(nèi)核發(fā)行版

1、到底什么是操作系統(tǒng)

（1）linux、windows、android、ucos就是操作系統(tǒng)；

（2）操作系統(tǒng)本質(zhì)上是一個(gè)程序，由很多個(gè)源文件構(gòu)成，需要編譯連接成操作系統(tǒng)程序（vmlinz、zImage）；

（3）操作系統(tǒng)的主要作用就是管理計(jì)算機(jī)硬件，給應(yīng)用程序提供一個(gè)運(yùn)行環(huán)境。

2、操作系統(tǒng)核心功能（管理資源）

（1）內(nèi)存管理

如果沒有操作系統(tǒng)，內(nèi)存需要程序自己來管理。譬如在uboot中要使用哪塊內(nèi)存，由程序自己決定的，沒有注冊(cè)也沒有限制。此時(shí)如果程序不小心把同一塊內(nèi)存重復(fù)使用，就會(huì)出現(xiàn)程序邏輯錯(cuò)誤。

有了操作系統(tǒng)之后，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)管控所有的內(nèi)存。應(yīng)用程序需要使用內(nèi)存時(shí)，都要向操作系統(tǒng)去申請(qǐng)和注冊(cè)，由操作系統(tǒng)的內(nèi)存管理模塊來分配內(nèi)存。這樣好處是可以保證內(nèi)存使用不會(huì)沖突。

（2）進(jìn)程調(diào)度

操作系統(tǒng)下支持多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行，這是宏觀上的并行。實(shí)際上在單核心CPU上微觀上是不能并行的，宏觀上的并行就是操作系統(tǒng)提供的分時(shí)復(fù)用機(jī)制。操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度模塊負(fù)責(zé)在各個(gè)進(jìn)程之間進(jìn)行切換。

（3）硬件設(shè)備管理

沒有操作系統(tǒng)時(shí)，控制任何硬件都要自己寫代碼，有了操作系統(tǒng)后操作系統(tǒng)本身會(huì)去控制各個(gè)硬件，應(yīng)用程序就不用考慮硬件的具體細(xì)節(jié)了。

操作系統(tǒng)的硬件設(shè)備管理模塊就是驅(qū)動(dòng)模塊。

（4）文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)是管理存儲(chǔ)設(shè)備的一種方式。存儲(chǔ)設(shè)備由很多扇區(qū)組成，每個(gè)扇區(qū)有512/1024/2048/4096字節(jié)，存儲(chǔ)設(shè)備以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀寫。如果沒有文件系統(tǒng)，程序要自己去讀寫扇區(qū)，就得記得哪個(gè)文件在哪個(gè)扇區(qū)。有了文件系統(tǒng)之后，我們不用再關(guān)注某個(gè)文件在物理磁盤的哪個(gè)扇區(qū)，只用關(guān)注文件系統(tǒng)中的目錄和文件名。

3、操作系統(tǒng)擴(kuò)展功能

（1）協(xié)議棧

（2）有用的應(yīng)用程序包

應(yīng)用程序本身不屬于操作系統(tǒng)內(nèi)核的一部分。

應(yīng)用程序是給人用的，面向某種功能的，譬如ping程序用來測(cè)試網(wǎng)絡(luò)是否聯(lián)通，ifconfig程序用來配置網(wǎng)卡。

4、內(nèi)核和發(fā)行版的區(qū)別

（1）內(nèi)核是操作系統(tǒng)內(nèi)核的簡(jiǎn)稱。

內(nèi)核負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的核心功能，內(nèi)核不包括應(yīng)用程序。

因此只有內(nèi)核是無法使用的，因?yàn)樽鋈魏问虑槎际峭ㄟ^相應(yīng)的應(yīng)用程序來完成的。

賣操作系統(tǒng)的人把內(nèi)核和一些常用的應(yīng)用程序打包在一起提供給普通用戶，這就是操作系統(tǒng)的發(fā)行版（也就是普通意義上的操作系統(tǒng)）。

（2）內(nèi)核只有一個(gè)（），發(fā)行版有很多（集成不同的應(yīng)用程序，譬如ubuntu、redhat、suse、centos……）。

二、內(nèi)核和驅(qū)動(dòng)的關(guān)聯(lián)

1、學(xué)習(xí)linux的思路

（1）對(duì)龐大的整體要有個(gè)認(rèn)識(shí)。學(xué)習(xí)路線就是先建立框架和整體，然后逐漸去學(xué)習(xí)各個(gè)細(xì)節(jié)部分，逐步細(xì)化。

（2）對(duì)各分層的作用要清楚。

（3）對(duì)層次間的關(guān)聯(lián)和互相調(diào)用要理解。

2、驅(qū)動(dòng)屬于內(nèi)核的一部分

（1）驅(qū)動(dòng)就是內(nèi)核中的硬件設(shè)備管理模塊，屬于發(fā)展非?；钴S的部分。

（2）驅(qū)動(dòng)工作在內(nèi)核態(tài)（cpu在跑操作系統(tǒng)）（與用戶態(tài)（cpu在跑應(yīng)用程序）的區(qū)別：權(quán)限不同）

（3）驅(qū)動(dòng)程序故障可能導(dǎo)致整個(gè)內(nèi)核崩潰。

（4）驅(qū)動(dòng)程序漏洞會(huì)使內(nèi)核不安全。

三、內(nèi)核和應(yīng)用程序、根文件系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)

1、應(yīng)用和內(nèi)核的關(guān)系

（1）應(yīng)用程序不屬于內(nèi)核，而是在內(nèi)核之上的；

（2）應(yīng)用程序工作在用戶態(tài)，是受限制的；

（3）應(yīng)用程序故障不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)核崩潰；

（4）應(yīng)用程序通過內(nèi)核定義的API接口來調(diào)用內(nèi)核工作

（5）總結(jié)：應(yīng)用程序是最終目標(biāo)，內(nèi)核就是為應(yīng)用程序提供底層資源管理的服務(wù)員

2、內(nèi)核和根文件系統(tǒng)

（1）根文件系統(tǒng)提供根目錄；屬于內(nèi)核？NO！

（2）進(jìn)程1存放在根文件系統(tǒng)中，進(jìn)程1會(huì)使得內(nèi)核態(tài)變?yōu)橛脩魬B(tài)。

（3）內(nèi)核啟動(dòng)最后會(huì)去裝載根文件系統(tǒng)；

（4）總結(jié)：根文件系統(tǒng)為操作系統(tǒng)啟動(dòng)提供了很多必備的資源，如根目錄、進(jìn)程1。

四、linux內(nèi)核的模塊化設(shè)計(jì)

1、什么是模塊化設(shè)計(jì)

（1）因?yàn)閘inux內(nèi)核很龐大，代碼量很大、東西很多，如果設(shè)計(jì)時(shí)完全設(shè)計(jì)成一體（各個(gè)文件、各個(gè)函數(shù)之間緊耦合），復(fù)雜度超出了人所能理解的范圍。所以模塊化設(shè)計(jì)是一種必要。

（2）模塊化設(shè)計(jì)就是內(nèi)核中各個(gè)功能模塊在代碼上是彼此獨(dú)立的，譬如說調(diào)度系統(tǒng)和內(nèi)存管理系統(tǒng)之間并沒有全局變量的互相引用，甚至函數(shù)互相調(diào)用也很少，就算有也是遵循一個(gè)接口規(guī)范的。模塊化設(shè)計(jì)的目的就是實(shí)現(xiàn)功能模塊的松耦合。

2、模塊化設(shè)計(jì)的體現(xiàn)

（1）配置時(shí)可裁剪。linux內(nèi)核在編譯之前可以進(jìn)行配置，配置時(shí)可以選擇將組成內(nèi)核的成千上萬個(gè)模塊每一個(gè)要或者不要。要了之后還有更多的一些細(xì)節(jié)的配置。

（2）模塊化編譯和安裝。為了操作方便，從靜態(tài)的升級(jí)逐漸變成了動(dòng)態(tài)的升級(jí)（不需要重啟系統(tǒng)，更不需要重新燒錄系統(tǒng)）。這種動(dòng)態(tài)的升級(jí)也是由模塊化來支持的。

（3）源碼中使用條件編譯。這種在uboot中已經(jīng)見過了。

3、模塊化設(shè)計(jì)的好處

（1）功能可裁剪、靈活性；

（2）可擴(kuò)展性（動(dòng)態(tài)安裝卸載、新硬件支持）；

（3）利于協(xié)作；

4、模塊化設(shè)計(jì)是一種普遍性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

五、選擇合適版本的內(nèi)核

1、linux內(nèi)核版本變遷簡(jiǎn)史

（1）linux0.01。初版

（2）linux0.11。很多講linux內(nèi)核源代碼解析的書都是以這個(gè)版本為原本來講?！秷D解linux內(nèi)核設(shè)計(jì)的藝術(shù)》

（3）linux2.4。比較接近現(xiàn)代的版本，很多經(jīng)典的書都是以2.4版本內(nèi)核為參照的，譬如《LDD3》。

linux2.4的晚期內(nèi)核在前幾年還會(huì)經(jīng)常碰到有用的。

（4）linux2.6早期。2.6的早期和2.4晚期內(nèi)核挺像的。

（5）linux2.6晚期。2.6的晚期內(nèi)核較早期內(nèi)核有一些改變，尤其是驅(qū)動(dòng)相關(guān)的部分和一些頭文件的位置。2.6的晚期內(nèi)核目前還算是比較主流。

（6）linux3.x 4.x

2、如何選擇合適的內(nèi)核版本

（1）并不是越新版本的內(nèi)核越好；

（2）選擇SoC廠家移植版本會(huì)減少工作量。

3、S5PV210適用的內(nèi)核版本

（1）2.6.35.7 + android2.3/QT4.8.3

（2）3.0.8 + android4.0

4、本課程使用2.6.35.7版本內(nèi)核講解