Linux操作系統(tǒng)與應(yīng)用 第一章

第一章操作系統(tǒng)概述認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的發(fā)展開(kāi)放源代碼的Unix/Linux操作系統(tǒng)Linux內(nèi)核Linux內(nèi)核源代碼

Linux

內(nèi)核模塊編程入門(mén)Linux

內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用不同角度看到的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)整體看操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者使用者普通開(kāi)發(fā)者認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)打開(kāi)計(jì)算機(jī)，首先跳入眼簾的是什么？要拷貝一個(gè)文件，具體的拷貝操作是誰(shuí)完成的？你需要知道文件存放在何處嗎？柱面、磁道、扇區(qū)描述什么？數(shù)據(jù)的搬動(dòng)過(guò)程怎樣進(jìn)行繁瑣留給自己，簡(jiǎn)單留給用戶(hù)

操作系統(tǒng)穿上華麗的外衣－圖形界面操作系統(tǒng)穿上樸素的外衣－字符界面<>認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－從使用者的角度看拷貝命令的C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)片斷<>inf=open(“/floppy/TEST”,O_RDONLY,0);out=open(“/mydir/test”,O_WRONLY,0600);do{l=read(inf,buf,4096);write(outf,buf,l);}while(l);close(outf);close(inf);認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－從程序開(kāi)發(fā)者的角度看

<>瀏覽器信息管理文件管理系統(tǒng)游戲

編譯程序編輯程序命令解釋程序

操作系統(tǒng)

CPU、內(nèi)存、I/O接口硬件內(nèi)核認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－從所處位置看操作系統(tǒng)是其它所有用戶(hù)程序運(yùn)行的基礎(chǔ)。

<>#include<stdio.h>main(){printf(“Helloworld\n”)}用戶(hù)告訴操作系統(tǒng)執(zhí)行test程序操作系統(tǒng)通過(guò)文件名找到該程序檢查其類(lèi)型,檢查程序首部，找出代碼和數(shù)據(jù)存放的地址文件系統(tǒng)找到第一個(gè)磁盤(pán)塊操作系統(tǒng)建立程序的執(zhí)行環(huán)境操作系統(tǒng)把程序從磁盤(pán)裝入內(nèi)存，并跳到程序開(kāi)始處執(zhí)行該程序的執(zhí)行過(guò)程簡(jiǎn)述如下:操作系統(tǒng)檢查字符串的位置是否正確操作系統(tǒng)找到字符串被送往的設(shè)備操作系統(tǒng)將字符串送往輸出設(shè)備窗口系統(tǒng)確定這是一個(gè)合法的操作，然后將字符串轉(zhuǎn)換成像素窗口系統(tǒng)將像素寫(xiě)入存儲(chǔ)映像區(qū)視頻硬件將像素表示轉(zhuǎn)換成一組模擬信號(hào)控制顯示器（重畫(huà)屏幕）顯示器發(fā)射電子束。你在屏幕上看到Helloworld。從中看到什么認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－從程序執(zhí)行看從操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的角度看操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是什么？盡可能地方便用戶(hù)使用計(jì)算機(jī)讓各種軟件資源和硬件資源高效而協(xié)調(diào)地運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。計(jì)算機(jī)的硬件資源和軟件資源各指什么？假設(shè)在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上有三道程序同時(shí)運(yùn)行，并試圖在一臺(tái)打印機(jī)上輸出運(yùn)算結(jié)果，必須考慮哪些問(wèn)題?從操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的角度考慮，一個(gè)操作系統(tǒng)必須包含以下幾部分操作系統(tǒng)接口CPU管理內(nèi)存管理設(shè)備管理文件管理<>認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－從設(shè)計(jì)者角度看操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，是一些程序模塊的集合——它們能以盡量有效、合理的方式組織和管理計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，合理的組織計(jì)算機(jī)的工作流程，控制程序的執(zhí)行并向用戶(hù)提供各種服務(wù)功能，使得用戶(hù)能夠靈活、方便、有效的使用計(jì)算機(jī)，使整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能高效、順暢地運(yùn)行。<>認(rèn)識(shí)操作系統(tǒng)－定義<>操作系統(tǒng)的組成(1)

通常意義上的操作系統(tǒng)被認(rèn)為是整個(gè)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)完成最基本的功能和系統(tǒng)管理的部分。除了內(nèi)核，這些部分還應(yīng)該包括啟動(dòng)引導(dǎo)程序、命令行shell或者其他種類(lèi)的用戶(hù)界面、基本的文件管理工具和系統(tǒng)工具等。實(shí)際上，人們?cè)诘玫讲僮飨到y(tǒng)的同時(shí)，更需要的是構(gòu)架于其上的應(yīng)用軟件，從而完成所需的實(shí)際功能。為此，操作系統(tǒng)一般要和應(yīng)用軟件綁定發(fā)行和出售。這樣的軟件包在linux領(lǐng)域被稱(chēng)作發(fā)布版。

<>操作系統(tǒng)的組成(2)

從開(kāi)發(fā)者的角度看，操作系統(tǒng)本質(zhì)上是大型軟件包，因此結(jié)構(gòu)組織不會(huì)與其它大型軟件迥異：操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用分層結(jié)構(gòu)，越向上層抽象程度越高，越接近用戶(hù)；越向下層，越靠近硬件，抽象也越接近硬件。上層軟件依靠下層軟件提供的服務(wù)，而且上層軟件自身還提供附加服務(wù)。因此，操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)整體總體呈現(xiàn)倒金字塔形。用一組簡(jiǎn)單的公式描述操作系統(tǒng)的組成要素：操作系統(tǒng)=內(nèi)核+系統(tǒng)程序系統(tǒng)程序=編譯環(huán)境+API(應(yīng)用程序接口)+AUI(用戶(hù)接口)編譯環(huán)境=編譯程序+鏈接程序+裝載程序API=shell+系統(tǒng)服務(wù)例程+應(yīng)用程序?qū)τ谡麄€(gè)軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)=操作系統(tǒng)+AUI操作系統(tǒng)的演變單道批處理系統(tǒng)

串行執(zhí)行預(yù)先組織好的一組任務(wù)

提高了系統(tǒng)效率。多道批處理系統(tǒng)可以交錯(cuò)運(yùn)行多個(gè)程序再次提高系統(tǒng)效率。分時(shí)系統(tǒng)將處理器的運(yùn)行時(shí)間分成數(shù)片，均分或依照一定權(quán)重派發(fā)給系統(tǒng)中的用戶(hù)使用

快速響應(yīng)

<>操作系統(tǒng)的發(fā)展硬件角度下的操作系發(fā)展軌跡年

代

硬

件

特點(diǎn)

操作系統(tǒng)特點(diǎn)

背

景

機(jī)械計(jì)算機(jī)時(shí)代17世紀(jì)~20世紀(jì)初

1）純機(jī)械結(jié)構(gòu)，低速

2）只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算

純手工操作

從計(jì)算尺至差分機(jī)到分析機(jī)發(fā)展了數(shù)百年第一代計(jì)算機(jī)

1946年~50年代末電子管計(jì)算機(jī)

1)體積大、能耗高、故障多、價(jià)格貴

2)難以普及應(yīng)用

無(wú)操作系統(tǒng)

（程序按機(jī)器碼編寫(xiě)，載體從插件板到卡片與紙帶）

1906年發(fā)明電子管

1946ENIAC研制成功

(第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī))年

代

硬

件

特點(diǎn)

操作系統(tǒng)特點(diǎn)

背

景

第二代計(jì)算機(jī)

50年代末~60年代中期

晶體管計(jì)算機(jī)

1)采用印刷電路

2)穩(wěn)定性與可靠性大大提高

3)批量生產(chǎn)成為可能

4)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域但數(shù)量有限1）單道批處理系統(tǒng)

2）操作系統(tǒng)以監(jiān)督軟件形式出現(xiàn)

3）任務(wù)按順序方式處理

1947年發(fā)明晶體管

第三代計(jì)算機(jī)

60年代中期~70年代初

集成電路計(jì)算機(jī)

1)體積減小，性?xún)r(jià)比迅速提高

2)小型計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速

3)進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用

4)尚不適合家庭應(yīng)用的需求1)涌現(xiàn)大批操作系統(tǒng)

多道批處理系統(tǒng)、分時(shí)系統(tǒng)和實(shí)時(shí)系統(tǒng)

2）奠定了現(xiàn)代操作系統(tǒng)的基本框架

1958年發(fā)明集成電路

1971年INTEL發(fā)明微處理器

硬件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡分析在硬件的性?xún)r(jià)比較低的時(shí)候，操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求什么？

在硬件性?xún)r(jià)比越來(lái)越高后，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)始追求的目標(biāo)是什么？計(jì)算機(jī)開(kāi)始普及后，操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)始追求？從第三代到第四代計(jì)算機(jī)，操作系統(tǒng)的發(fā)展逐漸擺脫追隨硬件發(fā)展的狀況，形成自己的理論體系進(jìn)入第四代系統(tǒng)后，分布式系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)雖然極大的擴(kuò)充了操作系統(tǒng)理論，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有變化，只是各功能模塊得以進(jìn)一步完善。<>操作系統(tǒng)的發(fā)展硬件角度下操作系統(tǒng)發(fā)展的分析<>主流操作系統(tǒng)

系統(tǒng)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言背

景

無(wú)

手工操作

無(wú)編程語(yǔ)言直接使用機(jī)器代碼

1936年圖靈提出圖靈機(jī)

單道批處理系統(tǒng)

作業(yè)運(yùn)行的監(jiān)督程序

編程語(yǔ)言雛形期

1957年FORTRAN語(yǔ)言開(kāi)發(fā)成功多道批處理

分時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)

多處理系統(tǒng)

操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確立，分為處理機(jī)管理、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件管理等模塊

1）編程語(yǔ)言大量涌現(xiàn)

2）結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)

3）C語(yǔ)言逐漸

60年代的軟件危機(jī)導(dǎo)致軟件工程的發(fā)展

1969年Unix誕生

1972年C語(yǔ)言推出

主流操作系統(tǒng)

系統(tǒng)特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言背

景

類(lèi)Unix系列

WINDOWS系列

人機(jī)交互成為主題

1）可視化界面

2）多媒體技

面向?qū)ο笳Z(yǔ)言成為主流

80年代中期開(kāi)始面向?qū)ο蠹夹g(shù)逐步發(fā)展網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

分布式操作系統(tǒng)微內(nèi)核技術(shù)興起

1）JAVA語(yǔ)言

2）腳本語(yǔ)言興起1995年JAVA推出

嵌入式系統(tǒng)

單內(nèi)核與微內(nèi)核競(jìng)爭(zhēng)激烈編程工具向跨平臺(tái)方向發(fā)

1991年免費(fèi)的操作系統(tǒng)Linux發(fā)布

軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡

分析程序設(shè)計(jì)理論約束著操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)。操作系統(tǒng)的發(fā)展滯后于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的發(fā)展，從結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)到對(duì)象化設(shè)計(jì)，操作系統(tǒng)總是最后應(yīng)用新編程理論的軟件之一。至今操作系統(tǒng)對(duì)于是否需要徹底對(duì)象化（即微內(nèi)核化），還處于徘徊時(shí)期，仍在探索單內(nèi)核與微內(nèi)核的最佳結(jié)合方式。人機(jī)交互技術(shù)主要是為用戶(hù)考慮，這是對(duì)操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行的變革。以Linux為代表的開(kāi)源軟件的出現(xiàn)，打破了帶有神秘色彩的傳統(tǒng)的封閉式開(kāi)發(fā)模式。<>軟件角度下的操作系統(tǒng)發(fā)展軌跡分析

<>講究效率的單模塊操作系統(tǒng)進(jìn)程管理內(nèi)存管理設(shè)備管理文件管理模塊之間可以互相調(diào)用的單模塊結(jié)構(gòu)<>講究效率的單模塊操作系統(tǒng)模塊之間直接調(diào)用函數(shù)，除了函數(shù)調(diào)用的開(kāi)銷(xiāo)外，沒(méi)有額外開(kāi)銷(xiāo)。龐大的操作系統(tǒng)有數(shù)以千計(jì)的函數(shù)復(fù)雜的調(diào)用關(guān)系勢(shì)必導(dǎo)致操作系統(tǒng)維護(hù)的困難<>追求簡(jiǎn)潔的微內(nèi)核操作系統(tǒng)客戶(hù)進(jìn)程進(jìn)程服務(wù)器內(nèi)存服務(wù)器文件服務(wù)器…微內(nèi)核<>追求簡(jiǎn)潔的微內(nèi)核操作系統(tǒng)內(nèi)核與各個(gè)服務(wù)器之間通過(guò)通信機(jī)制進(jìn)行交互，這使得微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的效率大大折扣。內(nèi)核發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器做出應(yīng)答為各個(gè)服務(wù)器模塊的相對(duì)獨(dú)立性，使得其維護(hù)相對(duì)容易<>歷史悠久的Unix在MULTICS（1969）的肩上制研制者KenThompson和DennisM.Ritchie

Unix的誕生還伴有C語(yǔ)言呱呱落地Unix是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的代表：安全、可靠、強(qiáng)大的計(jì)算能力Unix的商業(yè)化是一把雙刃劍

<>自由而奔放的黑馬－Linux誕生于學(xué)生之手成長(zhǎng)于Internet壯大于自由而開(kāi)放的文化<>Linux之父-LinusTorvalds芬蘭、赫爾辛基大學(xué)、1990起始于寫(xiě)兩個(gè)進(jìn)程然后寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)、任務(wù)切換程序，從而形成一個(gè)操作系統(tǒng)鄒形<>Linux得以流行的原因之一

－遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)POSIX表示可移植操作系統(tǒng)接口（PortableOperatingSystemInterface）

POSIX是在Unix標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中出現(xiàn)的產(chǎn)物。

POSIX1003.1標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)最小的Unix操作系統(tǒng)接口

任何操作系統(tǒng)只有符合這一標(biāo)準(zhǔn)，才有可能運(yùn)行Unix程序

<>Linux的肥沃土壤－GNUGNU是GNUIsNotUnix的遞歸縮寫(xiě)，是自由軟件基金會(huì)的一個(gè)項(xiàng)目

。

GNU項(xiàng)目產(chǎn)品包括emacs編輯器、著名的GNUC和Gcc編譯器等，這些軟件叫做GNU軟件。GNU軟件和派生工作均適用GNU通用公共許可證，即GPL（GeneralPublicLicense

）Linux的開(kāi)發(fā)使用了眾多的GUN工具<>GPL－開(kāi)源軟件的法律GPL允許軟件作者擁有軟件版權(quán)但GPL規(guī)定授予其他任何人以合法復(fù)制、發(fā)行和修改軟件的權(quán)利。<>Linux系統(tǒng)或發(fā)布版

符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)內(nèi)核、Shell和外圍工具。C語(yǔ)言編譯器和其他開(kāi)發(fā)工具及函數(shù)庫(kù)XWindow窗口系統(tǒng)各種應(yīng)用軟件，包括字處理軟件、圖象處理軟件等。<>開(kāi)放與協(xié)作的開(kāi)發(fā)模式

世界各地軟件愛(ài)好者集體智慧的結(jié)晶提供源代碼，遵守GPL。經(jīng)歷了各種各樣的測(cè)試與考驗(yàn)，軟件的穩(wěn)定性好。開(kāi)發(fā)人員憑興趣去開(kāi)發(fā)，熱情高，具有創(chuàng)造性。<>Linux內(nèi)核

Linus領(lǐng)導(dǎo)下的開(kāi)發(fā)小組開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)內(nèi)核

是所有Linux發(fā)布版本的核心

內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員一般在百人以上，任何自由程序員都可以提交自己的修改工作。

采用郵件列表來(lái)進(jìn)行項(xiàng)目管理、交流、錯(cuò)誤報(bào)告有大量的用戶(hù)進(jìn)行測(cè)試，正式發(fā)布的代碼質(zhì)量高

<>Linux內(nèi)核的技術(shù)特點(diǎn)

linux內(nèi)核被設(shè)計(jì)成單內(nèi)核結(jié)構(gòu)，這是相對(duì)微內(nèi)核而言的

2.6版本以前的linux內(nèi)核是單線程結(jié)構(gòu)，是非搶占式的內(nèi)核結(jié)構(gòu)linux內(nèi)核支持動(dòng)態(tài)加載內(nèi)核模塊

Linux內(nèi)核被動(dòng)地提供服務(wù)linux內(nèi)核采用了虛擬內(nèi)存技術(shù)，使得內(nèi)存空間達(dá)到4GBlinux文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一種UNIX風(fēng)格的抽象文件模型——虛擬文件系統(tǒng)(VirtualFilesystermSwitch,VFS)linux提供了一套很有效的延遲機(jī)制——下半部分、軟中斷tasklet和2.6版本新引進(jìn)的工作隊(duì)列等。<>整個(gè)系統(tǒng)的核心－內(nèi)核

硬件系統(tǒng)調(diào)用接口應(yīng)用程序進(jìn)程1應(yīng)用程序進(jìn)程2應(yīng)用程序進(jìn)程3Linux內(nèi)核用戶(hù)進(jìn)程

內(nèi)核子系統(tǒng)系統(tǒng)調(diào)用<>整個(gè)系統(tǒng)的核心－內(nèi)核

用戶(hù)進(jìn)程—運(yùn)行在Linux內(nèi)核之上的一個(gè)龐大軟件集合。系統(tǒng)調(diào)用—內(nèi)核的出口，用戶(hù)程序通過(guò)它使用內(nèi)核提供的功能。

Linux內(nèi)核—操作系統(tǒng)的靈魂，負(fù)責(zé)管理磁盤(pán)上的文件、內(nèi)存，負(fù)責(zé)啟動(dòng)并運(yùn)行程序，負(fù)責(zé)從網(wǎng)絡(luò)上接收和發(fā)送數(shù)據(jù)包等等。硬件—包括了Linux安裝時(shí)需要的所有可能的物理設(shè)備。例如，CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、網(wǎng)絡(luò)硬件等等。<>內(nèi)核子系統(tǒng)<>內(nèi)核子系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)度－控制著進(jìn)程對(duì)CPU的訪問(wèn)。內(nèi)存管理－允許多個(gè)進(jìn)程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域虛擬文件系統(tǒng)－隱藏各種不同硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有設(shè)備提供統(tǒng)一的接口。網(wǎng)絡(luò)－提供了對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。進(jìn)程間通信(IPC)－支持進(jìn)程間各種通信機(jī)制，包括共享內(nèi)存、消息隊(duì)列及管道等。Linux內(nèi)核版本樹(shù)

0.01

Linux（第一版）

0.13版

|

產(chǎn)品化版本

實(shí)驗(yàn)版本

1.0.0

1.1.0(1.0.0的拷貝)

1.0.X(修改)

1.1.X(增加新功能，進(jìn)行測(cè)試)

…

1.1.95(成為1.2.0)內(nèi)核源代碼結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核源代碼分析工具

Linux超文本交叉代碼檢索工具

http://lxr.linux.no/

Windows平臺(tái)下的源代碼閱讀工具SourceInsightLinux內(nèi)核模塊編程入門(mén)

認(rèn)識(shí)內(nèi)核模塊

內(nèi)核模塊是linux內(nèi)核向外部提供的一個(gè)插口，是內(nèi)核的一部分，但是并沒(méi)有被編譯到內(nèi)核里面去，其全稱(chēng)為動(dòng)態(tài)可加載內(nèi)核模塊(LoadableKernelModule,LKM)，簡(jiǎn)稱(chēng)模塊。為什么要使用模塊？

linux內(nèi)核之所以提供模塊機(jī)制，是因?yàn)樗旧硎且粋€(gè)單內(nèi)核。而單內(nèi)核的最大優(yōu)點(diǎn)就是效率高，因?yàn)樗械膬?nèi)容都集成在一起，但其缺點(diǎn)是可擴(kuò)展性和可維護(hù)性相對(duì)較差，模塊機(jī)制就是為了彌補(bǔ)這一缺陷。Linux內(nèi)核模塊編程入門(mén)

模塊的定義

模塊是具有獨(dú)立功能的程序，它可以被單獨(dú)編譯，但不能獨(dú)立運(yùn)行。它在運(yùn)行時(shí)被鏈接到內(nèi)核作為內(nèi)核的一部分在內(nèi)核空間運(yùn)行，這與運(yùn)行在用戶(hù)空間的進(jìn)程是不同的。模塊通常由一組函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一種文件系統(tǒng)、一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序或者其他內(nèi)核上層的功能。編寫(xiě)簡(jiǎn)單的內(nèi)核模塊

模塊和內(nèi)核都在內(nèi)核空間運(yùn)行，模塊編程在一定意義上說(shuō)就是內(nèi)核編程。一個(gè)內(nèi)核模塊應(yīng)該至少有兩個(gè)函數(shù)，第一個(gè)為module_init()，是模塊加載函數(shù)，當(dāng)模塊被插入到內(nèi)核時(shí)調(diào)用它；第二個(gè)為module_exit()，是模塊卸載函數(shù)，當(dāng)模塊從內(nèi)核移走時(shí)調(diào)用它。Linux內(nèi)核模塊編程入門(mén)

簡(jiǎn)單的內(nèi)核模塊實(shí)例：

任何模塊都要包含的三個(gè)頭文件：#include<linux/module.h>#include<linux/kernel.h>#incldue<linux/init.h>說(shuō)明：module.h頭文件包含了對(duì)模塊的版本控制；kernel.h包含了常用的內(nèi)核函數(shù)；init.h包含了宏__init和__exit，宏__init告訴編譯程序相關(guān)的函數(shù)和變量?jī)H用于初始化，編譯程序?qū)?biāo)有__init的所有代碼存儲(chǔ)到特殊的內(nèi)存段中，初始化結(jié)束就釋放這段內(nèi)存。在此使用了printk()函數(shù)，該函數(shù)是由內(nèi)核定義的，功能和C庫(kù)中的printf()類(lèi)似，它把要打印的日志輸出到終端或系統(tǒng)日志。字符串中的<1>是輸出的級(jí)別，表示立即在終端輸出。Linux內(nèi)核模塊編程入門(mén)

內(nèi)核模塊的Makefile文件

內(nèi)核模塊不是獨(dú)立的可執(zhí)行文件，但在運(yùn)行時(shí)其目標(biāo)文件被鏈接到內(nèi)核中。只有超級(jí)用戶(hù)才能加載和卸載模塊。給前面的程序起名叫module_example.c，那么其對(duì)應(yīng)的Makefile文件的基本內(nèi)容如下：obj-m:=這個(gè)賦值語(yǔ)句的含義是說(shuō)明要使用目標(biāo)文件module_example.o建立一個(gè)模塊，最后生成的模塊名為module_example.ko。.o文件是經(jīng)過(guò)編譯和匯編，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)鏈接的中間文件。注：makefile文件中，若某一行是命令，則它必須以一個(gè)Tab鍵開(kāi)頭。Linux內(nèi)核模塊編程入門(mén)

運(yùn)行代碼當(dāng)編譯好模塊，就可以用insmod命令將新的模塊插入到內(nèi)核中，如：

insmodmodule_example.ko然后，可以用lsmod命令查看模塊是否正確地插入到了內(nèi)核中。模塊的輸出由printk()產(chǎn)生。該函數(shù)默認(rèn)打印系統(tǒng)文件/var/log/messages的內(nèi)容。卸載模塊時(shí)，使用rmmod命令加上在insmod中看到的模塊名，就可以從內(nèi)核中移除該模塊：

rmmodmodule_exampleLinux內(nèi)核模塊編程入門(mén)

應(yīng)用程序與內(nèi)核模塊的比較

C語(yǔ)言應(yīng)用程序內(nèi)核模塊程序使用函數(shù)Libc庫(kù)內(nèi)核函數(shù)運(yùn)行空間用戶(hù)空間內(nèi)核空間運(yùn)行權(quán)限普通用戶(hù)超級(jí)用戶(hù)入口函數(shù)main()module_init()出口函數(shù)exit()module_cleanup()編譯gcc–cmake連接gccinsmod運(yùn)行直接運(yùn)行insmod調(diào)試gdbkdbug,kdb,kgdb等Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用為什么要用鏈表？①與數(shù)組相比，鏈表中可以動(dòng)態(tài)插入或刪除元素，在編譯時(shí)不必知道要?jiǎng)?chuàng)建的元素個(gè)數(shù)。②在內(nèi)存無(wú)需占用連續(xù)的內(nèi)存單元。③每個(gè)元素都包含一個(gè)指向下一個(gè)元素的指針，當(dāng)有元素加入鏈表或者從鏈表中刪除元素時(shí)，只需要調(diào)整下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的指針就可以了。Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用通過(guò)前趨（prev）和后繼（next）兩個(gè)指針域，就可以從兩個(gè)方向遍歷雙鏈表，這使得遍歷鏈表的代價(jià)減少。鏈表的演化

在C語(yǔ)言中，一個(gè)基本的雙向鏈表定義如下：structmy_list{ void*mydata; structmy_list*next; structmy_list*prev; };Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用鏈表的定義linux內(nèi)核對(duì)鏈表的實(shí)現(xiàn)方式與眾不同，不是在鏈表中包含數(shù)據(jù)，而是在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含鏈表。其具體的定義如下：

structlist_head{

structlist_head*next,*prev;

};這個(gè)不含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通用雙向鏈表可以嵌入到任何結(jié)構(gòu)中。說(shuō)明：1.list域隱藏了鏈表的指針特性2.structlist_head可以位于結(jié)構(gòu)的任何位置，可以給其起任何名字3.在一個(gè)結(jié)構(gòu)中可以有多個(gè)list域

以structlist_head為基本對(duì)象，可以對(duì)鏈表進(jìn)行插入、刪除、合并以及遍歷等各種操作。

Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用鏈表的聲明和初始化structlist_head只定義了鏈表節(jié)點(diǎn)，并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)定義鏈表頭，那么一個(gè)鏈表結(jié)構(gòu)是如何建立起來(lái)的？?jī)?nèi)核代碼list.h中定義了兩個(gè)宏：#defineLIST_HEAD_INIT(name){&(name),&(name)}/*僅初始化*/#defineLIST_HEAD(name)structlist_headname= LIST_HEAD_INIT(name)

/*聲明并初始化*/

當(dāng)我們調(diào)用LIST_HEAD(name)聲明一個(gè)名為name的鏈表頭時(shí)，它的next和prev指針都初始化指向自己。這樣，我們就有了一個(gè)空鏈表，因?yàn)閘inux用頭指針的next是否指向自己來(lái)判斷鏈表是否為空：staticinlineintlist_empty(conststructlist_head*head){

returnhead->next==head;}Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用在鏈表中增加一個(gè)節(jié)點(diǎn)在include/linux/list.h中增加結(jié)點(diǎn)的函數(shù)為：

staticinlinevoidlist_add();staticinlinevoidlist_add_tail();

在內(nèi)核代碼中，函數(shù)名前加兩個(gè)下劃線表示內(nèi)部函數(shù)。list_add()和list_add_tail()均調(diào)用__list_add()真正實(shí)現(xiàn)頭插和尾插。staticinlinevoid__list_add(structlist_head*new,structlist_head*prev,structlist_head*next){next->prev=new;new->next=next;new->prev=prev;prev->next=new;}staticinlinevoidlist_add(structlist_head*new,

structlist_head*head){__list_add(new,head,head->next);}該函數(shù)向指定鏈表的head結(jié)點(diǎn)后插入new結(jié)點(diǎn)。因?yàn)槭茄h(huán)鏈表，而且通常沒(méi)有首尾結(jié)點(diǎn)的概念，所以可以將任何結(jié)點(diǎn)傳給head。若傳最后一個(gè)元素給head，該函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)棧。Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

list_add_tail()的內(nèi)核實(shí)現(xiàn):

staticinlinevoidlist_add_tail(structlist_head*new,structlist_head*head){__list_add(new,head->prev,head);}

list_add_tail()函數(shù)向指定鏈表的head結(jié)點(diǎn)前插入new結(jié)點(diǎn)。說(shuō)明：關(guān)于staticinline關(guān)鍵字。

“static”加在函數(shù)前，表示這個(gè)函數(shù)是靜態(tài)函數(shù)，所謂靜態(tài)函數(shù)，實(shí)際上是對(duì)函數(shù)作用域的限制，指該函數(shù)的作用域僅局限于本文件。所以說(shuō)，static具有信息隱藏的作用。而關(guān)鍵字"inline“加在函數(shù)前，說(shuō)明這個(gè)函數(shù)對(duì)編譯程序是可見(jiàn)的，也就是說(shuō)編譯程序在調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)就立即展開(kāi)該函數(shù)。Linux內(nèi)核中鏈表的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

鏈表的遍歷

這種鏈表只是找到了一個(gè)個(gè)結(jié)點(diǎn)在鏈表中的偏移位置pos，如下圖(a)。那么如何通過(guò)pos獲得結(jié)點(diǎn)的起始地址，從而可以引用結(jié)點(diǎn)中的域呢？(a)(b)list.h中定義了晦澀難懂的list_entry（）宏：#definelist_entry(ptr,type,member)\

((type*)(