【内核的设计与实现笔记】| 【01】初步了解内核

1 内核比较

1.1 单内核与微内核设计

【单内核】：所有的内核服务都在一个地址空间上运行；

• 内核以静态二进制的形式存放在磁盘中；
• 可类似用户程序直接调用函数；
• 简单、性能高；

【微内核】：将功能模块划分为多个独立的过程(服务器)，都运行在各自的地址空间上；

• 调用函数需要采用ICP机制，将消息传递到微内核通信；
• 各自独立，避免出现失效；
• 【IPC机制】：开销多余函数调用，设计到内核态与用户态的上下文切换；
  • 【解决】：基于该内核的系统，将服务器位于内核中，就避免了这些开销；

【Linux内核】：为单内核，提供模块化设计、抢占式内核、支持内核线程、多处理机制以及动态装载内核模块的能力；

• 让所有事情都运行在内核态中，直接调用函数；
• 汲取了微内核的精华；

1.2 Linux内核版本

【主.副.修.稳】

• 副班版本是奇数则为开发版，为偶数则为稳定版；
  

2 了解内核

=========》内核源码下载地址《========
或者===》 git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git

2.1 源码目录介绍

2.2 内核开发

2.2.1 特点

【特点】：

• 内核编程时不能访问C库和标准C头文件；
• 必须使用CNU C；
• 缺乏类似用户空间的内存保护机制；
• 难以执行浮点运算；
• 每个进程只有一个很小的定长堆栈；
• 需要注意同步和并发因为内核支持异步中断、抢占和SMP；
• 注意移植性；

【无libc库和标准头文件】
内核不能连接C库，但大部分函数在内核都进行实现；

【GNU】
gcc是多种GNU编译器的集合，可编译内核及系统上的C程序；

【GNU中的区别】
1.内联函数：
C99及GNU支持，函数会在调用位置展开，减少函数调用以及返回带来的开销；
但会让内存空间增多，少用于常调用的函数；
2.分支声明
gcc内建了指令用于优化，likely和unlikely；
若使用正确，性能会提升，否则会下降；
一般用于错误条件判断；

【没有内存保护机制】
若用户程序内存错误则会结束进程，而内核则无法控制，没有提示；

【不要使用浮点数】
在用户程序中会被内核进行转换，内核中不会；

【同步和并发】
Linux是抢占多任务系统，内核进程调度会对进程进行调度；
是多处理器系统，会有多个访问统一资源；
常用自旋锁和信号量；