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Linux 内核基础知识一

发布时间：2023-11-20 20:12:12

1、Linux内核源代码的目录结构
l arch :包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应的目录，如i386、arm、arm64、powerpc、mips等。Linux内核目前已经支持30种左右的体系结构。
l block:块设备驱动程序I/O调度
l crypto :常用的加密和散列算法
l documentation :内核各部分的通用解释和注释
l drivers :设备驱动程序，每个不同的驱动占用一个子目录，如char block net mtd i2c等
l fs :所支持的各种文件系统，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2等
l Include :头文件，与系统相关的头文件放置在include/linux子目录下
l Init :内核初始化代码，著名的start_kernel()就位于init/main.c文件中
l Ipc：进程间通信的代码
l Kernel：内核最核心的部分，包括进程调度、定时器等，而和平台相关的一部分代码放在arch/*/kernel目录下
l Lib :库文件代码
l Mm：内存管理代码,和平台相关的一部分代码放在arch/*/mm目录下；
l Net：网络相关代码，实现各种常见的网络协议
l Scripts：用于配置内核的脚本文件
l Security:主要是一个SELinux的模块;
l Sound：ALSA，OSS音频设备的驱动核心代码和常用设备驱动
l Usr:实现用于打包和压缩的cpio等
l Include：内核API级别头文件

2、Linux内核的组成部分
内核主要是由进程调度(SCHED)、内存管理(MM)、虚拟文件系统(VFS)、网络接口(NET)、和进程间通信(IPC)5个子系统组成；
2.1进程调度
进程调度控制系统中的多个进程对CPU的访问,使得多个进程能在CPU中的微观串行，宏观并行执行，进程调度处于系统的中心位置，内核中的其他的子系统都依赖它，因为每个系统都需要挂起或者恢复进程。
进程的状态：
就绪，执行，休眠，暂停，僵死
进程是使用task_struct结构体来描述进程的，包含了内存资源、文件系统资源、文件资源、tty资源、信号资源等指针.
用户空间通过pthread_create() API创建线程的时候，本质上内核只是创建了一个新的task_struct；绝大多数进程都是由用户空间的应用创建的，通过系统调用的方式进入内核空间。内核编程中，需要并发执行的任务时，可以启动内核线程。
2.2内存管理
  内存管理的主要作用是控制多个进程安全地共享内存区域。当CPU提供内存管理单元MMU，Linux内存管理对于每个进程完成从虚拟内存到物理内存的转换。
  一般而言，32位处理器的linux的每个进程享用4GB的内存空间，0~3G是用户空间，3G~4G是内核空间；
2.3虚拟文件系统
  Linux虚拟文件系统隐藏了各种硬件的具体细节，为所有设备提供了统一的接口，而且独立于各个具体的文件系统，是对各种文件系统的一个抽象，为上层的应用程序提供了统一的vfs_read()，vfs_write()等接口，并调用具体底层文件系统或者设备驱动中实现的file_operation结构体的成员函数；
2.4 网络接口
   Linux内核支持的协议栈种类较多，如Internet\UNIX\CAN\NFC\Bluetooth\WiMAX\IrDA等，上层的应用程序统一使用套接字接口；
2.5进程间通信
   Linux支持进程间的多种通信机制，包含信号量、共享内存、消息队列、管道、UNIX域套接字
 
3. Linux内核的编译及加载
 编译内核的时候，需要配置内核，可以使用命令:Make menuconfig 基于文本选择的配置界面，字符终端下推荐使用内核配置包含的条目相当多，只需要运行make ARCH=arm__xxx_defconfig就可以为xxx开发板配置内核；Linux内核的配置系统由以下三个部分组成；
1、makefile:分布在Linux内核源代码中，定义了Linux内核的编译规则；
2、配置文件(Kconfig)：给用户提供配置选择的功能；
3、配置工具：包含配置命令解释器和配置用户界面
  使用make menuconfig命令后，会生成一个.config配置文件

下面我们来看一下：
1. 每条选项的前面可以看到[ ]、< >、（ ）三种表示方式
[ ] 有两种状态，*代表选中，没有*代表未选中；
选中的意思是对应的选项功能会被编译进内核镜像文件中；
< > 有三种状态，*代表选中，没有*代表未选中，M代表模块；
( ) 存放十进制或十六进制或字符串；
2. mainmenu “字符串描述信息”， 它只用一次，我们一般不用修改；
3. menu “Device Drivers”…endmenu，表示Device Drivers是一个子选项菜单，每一个选项是包含在drivers/bus/Kconfig文件中的。
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