1、1,第五章 Linux 的內核,5.1 Linux 內核概述 5.2 Linux 內核模塊簡介 5.3 Linux 的編譯和定制 5.4 Linux 系統(tǒng)調用舉例,2,5.1 Linux 內核概述,5.1.1 Linux 內核和功能結構 5.1.2 Linux 內核源代碼布局 5.1.3 內核的移植,3,5.1.1 Linux 內核和功能結構,內核（kernel）是操作系統(tǒng)的內部核心程序，它向外部提供了對計算機系統(tǒng)資源進行請求和管理的調用接口和服務,4,內核,可以將操作系統(tǒng)的代碼分成兩部分： 內核所在的地址空間稱為內核空間； 而在內核以外，剩下的程序統(tǒng)稱為外部管理程序，它們大部分是對外圍設備的

2、管理和界面操作，外部管理程序與用戶進程所占據的地址空間稱為外部空間。 通常，一個程序會跨越兩個空間。 當執(zhí)行到內核空間的一段代碼時，稱程序處于內核態(tài) 當程序執(zhí)行到外部空間代碼時，稱程序處于用戶態(tài)。,5,5.1.1 Linux 內核和功能結構,常見的OS內核有兩個模式: 微內核（micro-kernel） 單一內核（Monolithic kernel）,6,微內核,在微內核結構中，操作系統(tǒng)的內核只需要提供最基本，最核心的一部分操作（比如創(chuàng)建和刪除任務，內存管理，中斷管理等） 其他的管理程序（如文件系統(tǒng)，網絡協(xié)議棧等）則盡可能地放在內核以外。這些外部程序可以獨立運行，并對應用程序提供操作系統(tǒng)服務，

3、服務之間使用進程間通信機制（IPC）進行交互。只在需要內核的協(xié)助時，才通過一套接口對內核發(fā)出調用請求。,7,微內核優(yōu)點,使操作系統(tǒng)具有良好的靈活性。使得操作系統(tǒng)內部結構變得簡單清晰。 在內核以外的外部程序分別獨立運行，其間并不互相關聯(lián)。這樣，可以對這些程序分別進行維護和拆裝，只要遵循已經規(guī)定好的界面，就不會對其他程序有任何干擾。這使得程序代碼在維護上十分方便，體現(xiàn)了面向對象軟件的結構特征。,8,微內核的不足,首先，程序代碼之間的相互隔離，使得整個系統(tǒng)喪失了許多優(yōu)化的機會； 其次，部分資源浪費在外部進程之間的通信上（進程間通信的開銷要比直接的函數調用大），這樣，微內核結構在效率上必然低于傳統(tǒng)的單

4、一內核結構，這些效率損失將作為結構精簡的代價。 總體上說，在當前的硬件條件下，微內核在效率上的損失小于其在結構上獲得的效益，故而選取微內核成為操作系統(tǒng)的一大潮流。,9,5.1.1 Linux 內核和功能結構,Linux內核屬于單一內核 參與Linux系統(tǒng)開發(fā)的程序員大多數為世界各地的黑客們。比起結構的清晰，他們更加注重功能的強大和高效率的代碼。 他們將大量的精力花在優(yōu)化代碼上，而這樣的全局性優(yōu)化必然以損失結構精煉作為代價，導致Linux中的每個部件都不能被輕易拆出，否則必然破壞整體效率。,10,Linux內核,雖然Linux是一個單一內核操作系統(tǒng)，但它與傳統(tǒng)的單一內核UNIX操作系統(tǒng)不同。 在

5、普通單一內核系統(tǒng)中，所有內核代碼都是被靜態(tài)編譯和鏈接的。 而在Linux中，可以動態(tài)裝入和卸載內核中的部分代碼。Linux中將這樣的代碼段稱做模塊（module），并對模塊給予了強有力的支持。在Linux中，可以在需要時自動裝入和卸載模塊。,11,5.1.1 Linux 內核和功能結構,Linux內核的結構,12,5.1.1 Linux 內核和功能結構,Linux 內核主要由5 個模塊構成，它們分別是： 進程調度模塊：控制進程對CPU 資源的使用 內存管理模塊：確保所有進程能夠安全地共享機器主內存區(qū)；虛擬內存管理 文件系統(tǒng)模塊：支持對外部設備的驅動和存儲 進程間通信模塊：支持多種進程間的信息交

6、換方式 網絡接口模塊：提供對多種網絡通信標準的訪問并支持許多網絡硬件,13,內核模塊之間的依賴關系,14,內核模塊之間的依賴關系,所有的模塊都與進程調度模塊存在依賴關系。因為它們都需要依靠進程調度程序來掛起（暫停）或重新運行它們的進程。通常，一個模塊會在等待硬件操作期間被掛起，而在操作完成后才可繼續(xù)運行。,15,內核模塊之間的依賴關系,進程調度子系統(tǒng)需要使用內存管理器來調整一特定進程所使用的物理內存空間。 進程間通信子系統(tǒng)則需要依靠內存管理器來支持共享內存通信機制。 虛擬文件系統(tǒng)也會使用網絡接口來支持網絡文件系統(tǒng)（NFS），同樣也能使用內存管理子系統(tǒng)來提供內存虛擬盤（ramdisk）設備。 而

7、內存管理子系統(tǒng)也會使用文件系統(tǒng)來支持內存數據塊的交換操作。,16,5.1.2 Linux 內核源代碼布局,安裝的時候，如果選擇了Kernel Develop，則會在/usr/scr/linux下找到源代碼 根據各個目錄的名字，可以容易猜出各個目錄里面的文件的功能,17,5.1.2 Linux 內核源代碼布局,Documentation arch drivers fs include init ipc lib mm net ,18,5.1.2 Linux 內核源代碼布局,19,5.1.2 Linux 內核源代碼布局,20,5.1.2 Linux 內核源代碼布局,21,補充：Linux操作系統(tǒng)的啟

8、動,Boot Loader 把操作系統(tǒng)的代碼調入內存后，會把控制權交給操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)的啟動程序來完成剩下的工作。,22,Linux操作系統(tǒng)啟動的步驟,（1）把控制權交給Setup.S這段程序 （2）進入保護模式，同時把控制權交給Head.S （3）Head.S調用/init/main.C中的start_kernel函數,啟動程序從start_kernel()函數繼續(xù)執(zhí)行 （4）建立init進程,23,進入操作系統(tǒng)（1）Setup.S,首先，Setup.S對已經調入內存的操作系統(tǒng)代碼進行檢查，如果沒錯，它會通過BIOS中斷獲取內存容量，硬盤等信息（實模式） 準備讓CPU進入保護模式 a.先

9、屏蔽中斷信號 b.調用指令lidt和lgdt，對中斷向量表寄存器IDTR進行初始化 c.對8259中斷控制器進行編程 d.協(xié)處理器重新定位 完成這幾件事后，Setup.S設置保護模式的標志，重取指令，再用一條跳轉指令jmpi 0 x100000,KERNEL_CS。進入保護模式下的啟動階段，控制權交給Head.S.,24,進入操作系統(tǒng)（2）Head.S,也要先做屏蔽中斷一類的工作 然后對中斷向量表做一定的處理 Boot Loader讀入內存的啟動參數和命令行參數，Head.S把它們保存在empty_zero_page頁中 檢查CPU類型 對協(xié)處理器進行檢查 頁初始化,調用setup_pagin

10、g這個子函數 因為已進入保護模式，段機制的多任務屬性體現(xiàn),25,進入操作系統(tǒng)（3）main.c中的初始化,Head.S調用/init/main.c中的start_kernel函數，把控制權交給它，這個函數是整個操作系統(tǒng)初始化的最重要的函數，一旦它執(zhí)行完，整個操作系統(tǒng)的初始化也就完成了。,26,進入操作系統(tǒng)（3）main.c中的初始化,計算機在執(zhí)行start_kernel前以進入了保護模式，使處理器完全進入了全面執(zhí)行操作系統(tǒng)代碼的狀態(tài)。 但直到目前為止，這都是針對處理器的。而一旦start_kernel開始執(zhí)行，Linux內核就一步步展現(xiàn)。 Start_kernel執(zhí)行后，就可以以一個用戶的身份

11、登陸和使用Linux了,27,進入操作系統(tǒng)（3）main.c中的初始化,main.c中其他較為重要的函數如下： Setup_arch() 最基本硬件的初始化 Paging_init() 線性地址空間映射 Trap_init()中斷向量表初始化 Int_IRQ與中斷有關的初始化 Sched_init()進程調度初始化 Console_init()對中斷的初始化 對文件系統(tǒng)的初始化 Inode_initI() i節(jié)點管理機制初始化 Name_cache_init() 目錄緩存機制初始化 Buffer_init() 塊緩存機制初始化,28,進入操作系統(tǒng)（3）main.c中的初始化,啟動到了目前這種狀

12、態(tài)，只剩下運行/etc下的啟動配置文件。 這時初始化程序并沒有完成操作系統(tǒng)各個部分的初始化，更關鍵的文件系統(tǒng)的安裝還沒有涉及，這是在init進程建立后完成的。就是start_kernel()最后部分內容。,29,進入操作系統(tǒng)（4）建立init進程,Linux要建立的第一個進程是init進程 啟動所需的Shell腳本文件 a.Linux系統(tǒng)啟動所必須的 b.用戶登陸后自己設定的 系統(tǒng)啟動所必須的腳本存放在系統(tǒng)默認的配置文件目錄/etc下。首先調用的是/etc/inittab.,30,5.1.3 內核的移植,Linux移植： 就是把Linux操作系統(tǒng)針對具體的目標平臺做必要改寫之后，安裝到該目標平

13、臺，使其正確地運行起來，即把內核從一種硬件平臺轉移到另外一種硬件平臺上運行。這個概念目前在嵌入式開發(fā)領域講的比較多。 對于嵌入式Linux系統(tǒng)來說，有各種體系結構的處理器和硬件平臺，并且用戶需要根據需求自己定制硬件板。只要硬件平臺有些變化，即使非常小，可能也需要做一些移植工作。,31,5.1.3 內核的移植,內核移植工作主要是修改跟硬件平臺相關的代碼，一般不涉及Linux內核通用的程序。移植的難度也取決于兩種硬件平臺的差異。 Linux針對于特定的硬件平臺的軟件包叫做BSP（Board Support Package）。 目前Linux內核的社區(qū)已經對常見的硬件平臺做了很多工作,移植工作已經簡

14、單了 通常都可以找到相同處理器的參考板，并且可以獲取到Linux內核源代碼。,32,移植的準備工作,選擇參考板，獲取到Linux內核源代碼：四點原則 分析內核代碼，弄清楚哪些設備有驅動程序，哪些還沒有。 確信Linux對參考板的支持情況，配置編譯Linux內核，在目標板上運行測試。 可能最新的Linux內核版本支持的最好，但是也可能需要在老內核版本上打補丁。 分析平臺相關的部分代碼實現(xiàn)；分析內核編譯組織方式；分析內核啟動的初始化程序；分析驅動程序的實現(xiàn)。,33,移植過程的基本內容,獲取某一版本的Linux內核源碼，根據具體目標平臺對源碼進行必要的改寫（主要是修改體系結構相關部分） 然后添加一些

15、外設的驅動，打造一款適合需要的目標平臺（可以是嵌入式便攜設備也可以是其它體系結構的PC機）的新操作系統(tǒng)，對該系統(tǒng)進行針對具體目標平臺的交叉編譯，生成一個內核映象文件 最后通過一些手段把該映象文件燒寫（安裝）到目標平臺中。 通常，對Linux源碼的改寫工作難度較大，它要求不僅對Linux內核結構要非常熟悉，還要求對目標平臺的硬件結構要非常熟悉，同時還要求對相關版本的匯編語言較熟悉，因為與體系結構相關的部分源碼往往是用匯編寫的。所以這部分工作一般由目標平臺提供商來完成。開發(fā)者所要做的就是從目標平臺提供商的網站上下載相關版本Linux內核的補?。≒atch）。把它打到Linux內核上，再進行交叉編譯

16、就行。,34,第五章 Linux內核,5.1 Linux 內核概述 5.2 Linux 內核模塊簡介 5.3 Linux 的編譯和定制 5.4 Linux 系統(tǒng)調用舉例,35,5.2 Linux 內核模塊簡介,5.2.1 進程管理模塊 5.2.2 存儲管理模塊,36,5.2.1 進程管理模塊,多進程是一個簡單的思想（如下圖）： 一個進程一直運行，直到它必須等待，通常是等待一些系統(tǒng)資源，等擁有了資源，它才可以繼續(xù)運行。 在一個單進程的系統(tǒng)，比如 DOS ， CPU 被簡單地設為空閑，這樣等待的時間就會被浪費。 在一個多進程的系統(tǒng)中，同一時刻許多進程在內存中。當一個進程必須等待時，操作系統(tǒng)將剝奪這

17、個進程對CPU的使用權，并將它交給另一個合適的進程。,37,5.2.1 進程管理模塊,進程的切換： 當一個進程被剝奪了CPU，而系統(tǒng)轉向去運行另外一個進程的時候，就發(fā)生了上下文切換，或者叫做進程切換。負責完成新的進程選擇和進程切換的代碼就是調度程序,38,5.2.1 進程管理模塊,態(tài)的切換和上下文切換（書）,39,5.2.1 進程管理模塊,Linux的進程狀態(tài),40,task_struct,Linux中，每一個進程用一個task_struct的數據結構來表示，用來管理系統(tǒng)中的進程。 當一個新的進程被創(chuàng)建后，從系統(tǒng)內存中分配一個新的task_struct，并增加到task的鏈表中。 為了更容易查

18、找，用current指針指向當前運行的進程。,41,task_struct,task_struct結構有個成員state表示進程當前的運行狀態(tài)，已定義的狀態(tài)如下：（include/linux/sched.h中） #define TASK_RUNNING0 #define TASK_INTERRUPTIBLE1 #define TASK_UNINTERRUPTIBLE2 #define TASK_ZOMBIE4 #define TASK_STOPPED8,42,進程的家庭關系,在Linux系統(tǒng)中，沒有一個進程是和其他進程完全無關的。 系統(tǒng)中的所有進程，除了初始的進程之外，都有一個父進程。新進程不

19、是創(chuàng)建的，而是拷貝，或者說從前一個進程克隆的（cloned）。 在每一個進程的task_struct 中都有指向它的父進程和兄弟進程（擁有相同的父進程的進程）以及它的子進程的的指針。 在Linux系統(tǒng)中，用戶可以用pstree 命令看到正在運行的進程的家庭關系。,43,5.2.1 進程管理模塊,Linux將進程的創(chuàng)建與目標程序的執(zhí)行分成兩步。 第一步是從已經存在的“父進程”中復制出一個“子進程”，該子進程擁有自己的task_struct結構和系統(tǒng)空間堆棧，但與父進程共享其它所有資源。 兩個系統(tǒng)調用：fork和clone 第二步是目標程序的執(zhí)行。 Linux為此提供了一個系統(tǒng)調用execve，讓

20、一個進程執(zhí)行以文件形式存在的一個可執(zhí)行程序的映像。,44,5.2.1 進程管理模塊,創(chuàng)建了子進程后，父進程有兩種選擇。 一是不受阻的（non-blocking）方式，也稱為“異步”方式，即父進程繼續(xù)走自己的路，與子進程分道揚鑣。這種情況下如果子進程先于父進程結束，則內核會向父進程發(fā)一個信號告知子進程已經結束。 二是受阻的（blocking）方式，也稱為“同步”方式，即父進程停下來進入睡眠狀態(tài)，等待子進程結束，然后父進程再繼續(xù)運行。Linux為此提供了兩個系統(tǒng)調用，wait4和wait3。兩個系統(tǒng)調用基本相同，wait4等待某個特定的子進程結束，而wait3則等待任何一個子進程結束。,45,5.

21、2.2 存儲管理模塊,Linux的虛擬地址空間 linux的存儲管理由兩個部分組成： 第一個是物理內存的管理 第二個是虛擬存儲器的管理，主要是進程虛擬地址空間的管理,46,5.2.2 存儲管理模塊,有了虛擬存儲器，程序員在編寫程序的時候，就可以不用考慮內存的實際大小和程序的具體運行位置了，這個時候，他所使用的地址被稱為了邏輯地址，或者虛擬地址，而所對應的物理地址，指的是程序真正運行的時候所占用的地址。 從邏輯地址到物理地址的轉換是需要操作系統(tǒng)內核和CPU的硬件部件MMU共同配合來完成的 ，如下MMU的功能說明圖 存儲模塊的硬件基礎,47,邏輯地址到物理地址的轉換,48,5.2.2 存儲管理模塊

22、,80386把線性地址空間劃分成4K字節(jié)的頁面，每個頁面可以被映射至物理存儲空間中任意一塊4K字節(jié)大小的區(qū)間。 在段式存管中，連續(xù)的邏輯地址經過映射后在線性地址空間還是連續(xù)的。 但是在頁式存管中，連續(xù)的線性地址經過映射后在物理空間卻不一定連續(xù)（其靈活性也在于此）。,49,分頁機制地址轉換,50,5.2.2 存儲管理模塊,Linux的存儲管理模塊,51,內存映射,當一個映像執(zhí)行時，執(zhí)行映像的內容必須放在進程的虛擬地址空間中。對于執(zhí)行映像連接到的任意共享庫，情況也是一樣。執(zhí)行文件實際并沒有放到物理內存，而只是被連接到進程的虛擬內存。這樣，只要運行程序引用了映像的部分，這部分映像就從執(zhí)行文件中加載到

23、內存中。這種映像和進程虛擬地址空間的連接叫做內存映射。,52,mm_struct,進程的虛擬內存用mm_struct 數據結構表示。它包括當前執(zhí)行的映像的信息（例如 bash ）和指向一組 vm_area_struct 結構的指針。 每一個 vm_area_struct 的數據結構都描述了內存區(qū)域的起始、進程對于內存區(qū)域的訪問權限和對于這段內存的操作。 這些操作是一組例程，用于管理這段虛擬內存。例如其中一種虛擬內存操作就是當進程試圖訪問這段虛擬內存時，如果發(fā)現(xiàn)（通過 page fault ）內存不在物理內存中，所必須執(zhí)行的正確操作，這個操作叫做nopage 操作。 Linux 請求把執(zhí)行映像的

24、頁加載到內存中的時候用到 nopage 操作。,53,vm_area_struct,當一個執(zhí)行映像映射到進程的虛擬地址空間時，產生一組 vm_area_struct 數據結構。每一個vm_area_struct 結構表示執(zhí)行映像的一部分：執(zhí)行代碼、初始化數據（變量）、未初始化數據等等。 Linux 支持一系列標準的虛擬內存操作，當 vm_area_struct 數據結構創(chuàng)建時，一組正確的虛擬內存操作就和它們關聯(lián)在一起。 只要執(zhí)行映像映射到進程的虛擬內存中，它就可以開始運行。因為只有映像的最開始的部分是放在物理內存中，很快就會訪問到還沒有放在物理內存的虛擬空間區(qū)。當進程訪問沒有有效頁表條目的虛擬

25、地址的時候，處理器向 Linux 報告 page fault 。 Page fault 描述了發(fā)生 page fault 的虛擬地址和內存訪問類型。,54,Linux的虛擬地址空間的映射,從頁的分配角度來說。虛擬地址中的頁的類型有下面三個類型：如圖所示： 未分配： 已分配了的、但是沒有緩存的 已分配的且被緩存的,55,第五章 Linux內核,5.1 Linux 內核概述 5.2 Linux 內核模塊簡介 5.3 Linux 的編譯和定制 5.4 Linux 系統(tǒng)調用舉例,56,5.3 Linux 的編譯和定制,8.3.1 Linux 內核編譯概述 8.3.2 編譯內核前的準備工作 8.3.3

26、編譯內核第一步：配置內核 8.3.4 編譯內核第二步：編譯內核 8.3.5 編譯內核后生成的文件,57,5.3.1 Linux 內核編譯概述,如果用戶想要使用內核的一些新特性，或想根據自己的系統(tǒng)量身定制一個更高效或更穩(wěn)定的內核，就需要重新編譯內核。 編譯內核包含兩大項內容： 第一步:配置內核 第二步:編譯內核。,58,5.3.2 編譯內核前的準備工作,編譯內核前先要了解自己系統(tǒng)的硬件配置情況，比如CPU的類型、主板芯片、顯卡和聲卡的型號以及其他相關參數等。 也要了解現(xiàn)有內核的版本號 uname -a Linux localhost localdomain 2.4.20-8 #1 Thu Mar

27、 13 17:54:28 EST 2003 i686 i686 i386 GNU/Linux,59,5.3.2 編譯內核前的準備工作,把下載好的打包的內核解開。壓縮的內核、補丁和解開的源代碼總共要占70M 左右的硬盤空間；用root 登錄，解開的源代碼應該在/usr/src/Linux 2.4.20-8 下面： #tar zxvf Linux 2.4.20-8.tar.gz 或者 #gzip t Linux 2.4.20-8.tar.gz #tar x Linux 2.4.20-8.tar,60,5.3.3 編譯內核第一步：配置內核,在開始配置內核之前，首先需要通過下面的命令清除所有的臨時文件

28、、中間件和配置文件。對于一個剛從網上下載的內核來說，它肯定是干凈的，這么做只會多此一舉。但是這是一個良好習慣，而且不會有壞結果。 #make mrproper,61,5.3.3 編譯內核第一步：配置內核,make menuconfig：一個文本模式、簡單的菜單模式的配置界面,62,5.3.3 編譯內核第一步：配置內核,make xconfig： 基于Tcl/Tk的X圖形配置界面,63,5.3.3 編譯內核第一步：配置內核,根據自己的需要，進行各個選擇和子選項的配置。對每一個內核選項，可以有三個選擇：不包括（N），build-in（Y），和模塊化支持（M）。,64,5.3.4 編譯內核第二步：編

29、譯內核,編譯內核的軟件環(huán)境是kbuild系統(tǒng)，它泛指構建一個完整并能夠運行的Linux內核所需要的一切資源。這些資源包括構建程序、腳本、中間件、配置文件和Makefile。 編譯過程：在/usr/src/linux下依次輸入以下命令（功能請參考書上描述） make dep make clean make bzImage make install make modules make modules_install,65,5.3.5 編譯內核后生成的文件,1. vmlinuz vmlinuz是可引導的、壓縮的內核。“vm”代表“Virtual Memory”。 vmlinuz的建立有兩種方式： 一

30、是編譯內核時通過“make zImage”創(chuàng)建，然后通過：“cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/zImage /boot/vmlinuz”產生。zImage適用于小內核的情況，它的存在是為了向后的兼容性。 二是內核編譯時通過命令make bzImage創(chuàng)建，然后通過：“cp /usr/src/linux-2.4/arch/i386/linux/boot/bzImage /boot/vmlinuz”產生。bzImage是壓縮的內核映像，需要注意，bzImage不是用bzip2壓縮的，bzImage中的bz容易引起誤解，bz表示“big zImag

31、e”。bzImage中的b是“big”意思。,66,vmlinuz,zImage（vmlinuz）和bzImage（vmlinuz）都是用gzip壓縮的。它們不僅是一個壓縮文件，而且在這兩個文件的開頭部分內嵌有gzip解壓縮代碼。所以不能用gunzip 或 gzip dc解包vmlinuz。 內核文件中包含一個微型的gzip用于解壓縮內核并引導它。兩者的不同之處在于，老的zImage解壓縮內核到低端內存（第一個640K），bzImage解壓縮內核到高端內存（1M以上）。如果內核比較小，那么可以采用zImage 或bzImage之一，兩種方式引導的系統(tǒng)運行時是相同的。大的內核采用bzImage，

32、不能采用zImage。 vmlinux是未壓縮的內核，vmlinuz是vmlinux的壓縮文件。,67,5.3.5 編譯內核后生成的文件,2. initrd-x.x.x.img initrd-x.x.x.img是用gzip壓縮的文件。 initrd是“initial ramdisk”的簡寫。initrd一般被用來臨時引導硬件驅動到實際內核vmlinuz，使其能夠接管并繼續(xù)引導的狀態(tài)。 initrd實現(xiàn)加載一些模塊和安裝文件系統(tǒng)等功能。 initrd映象文件是使用mkinitrd創(chuàng)建的。,68,5.3.5 編譯內核后生成的文件,3. System.map 是一個特定內核的內核符號表，是由“nm

33、vmlinux”產生的 在進行程序設計時，會命名一些變量名或函數名之類的符號。Linux內核是一個很復雜的代碼塊，有許多的全局符號。 Linux內核不使用符號名，而是通過變量或函數的地址來識別變量或函數名。比如不是使用size_t BytesRead這樣的符號，而是像c0343f20這樣引用這個變量。 對于使用計算機的人來說，更喜歡使用那些像size_t BytesRead這樣的名字，而不喜歡像c0343f20這樣的名字。內核主要是用c寫的，所以編譯器/連接器允許我們編碼時使用符號名，當內核運行時使用地址。,69,System.map,在有的情況下，我們需要知道符號的地址，或者需要知道地址對應

34、的符號。這由符號表來完成，符號表是所有符號連同它們的地址的列表。Linux 符號表使用到2個文件： /proc/ksyms System.map /proc/ksyms是一個“proc file”，在內核引導時創(chuàng)建。實際上，它并不真正的是一個文件，它只不過是內核數據的表示，卻給人們是一個磁盤文件的假象，這從它的文件大小是0可以看出來。 而System.map是存在于你的文件系統(tǒng)上的實際文件。當你編譯一個新內核時，各個符號名的地址要發(fā)生變化，老的System.map具有的是錯誤的符號信息。每次內核編譯時產生一個新的System.map，你應當用新的System.map來取代老的System.ma

35、p。 雖然內核本身并不真正使用System.map，但其它程序比如klogd、lsof和ps等軟件需要一個正確的System.map。,70,第五章 Linux內核,5.1 Linux 內核概述 5.2 Linux 內核模塊簡介 5.3 Linux 的編譯和定制 5.4 Linux 系統(tǒng)調用舉例,71,5.4 Linux 系統(tǒng)調用舉例,5.4.1 Linux系統(tǒng)調用介紹 5.4.2 給內核增加新的系統(tǒng)調用的實例,72,5.4.1 Linux系統(tǒng)調用介紹,API函數與系統(tǒng)調用既有區(qū)別又有聯(lián)系。 API是用于某種特定目的的函數，供應用程序調用，而系統(tǒng)調用供應用程序直接進入系統(tǒng)空間。 系統(tǒng)包含了一些

36、供應用程序調用的API函數庫，其中的一些僅用于提供系統(tǒng)調用，因此每個系統(tǒng)調用都與一個API函數相對應，反之則不成立 大多數系統(tǒng)調用的返回值是一個整數，通常返回1表示系統(tǒng)調用失敗，返回非負數表示函數執(zhí)行成功。 系統(tǒng)調用雖然是為應用程序主動進入系統(tǒng)空間而設置，但在內核的開發(fā)中也可以使用某些系統(tǒng)調用（如open，read，write等函數）,73,5.4.1 Linux系統(tǒng)調用介紹,系統(tǒng)調用的功能圖 應用程序和系統(tǒng)調用及其內核實現(xiàn)之間的層次關系,74,5.4.2 給內核增加新的系統(tǒng)調用的實例,需要實際操作完成 需要理解每一個修改點的含義和作用,75,系統(tǒng)調用,與系統(tǒng)調用相關的源程序文件包括以下這些:

37、 arch/i386/boot/bootsect.S arch/i386/Kernel/setup.S arch/i386/boot/compressed/head.S arch/i386/kernel/head.S init/main.c arch/i386/kernel/traps.c arch/i386/kernel/entry.S arch/i386/kernel/irq.h include/asm-386/unistd.h 當然，這只是涉及到的幾個主要文件。而事實上，增加系統(tǒng)調用真正要修改文件只有include/asm-386/unistd.h 和arch/i386/kernel/entry.S兩個,76,1 修改kernel/sys.c文件,在Red Hat 9.0的/usr/src/linux-2.4.20-8/kernel/sys.c文件中增加一個新的自定義系統(tǒng)調用函數: as