linux操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

linux操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第一頁，共30頁。操作系統(tǒng)(OS)的概念

一個系統(tǒng)管理程序，管理計算機的資源，給用戶一個使用這些資源的平臺一個服務(wù)程序，操作系統(tǒng)都是為用戶應(yīng)用程序服務(wù)的，服務(wù)的方式是通過系統(tǒng)調(diào)用systemcallLinux是一個多任務(wù),跨平臺的現(xiàn)代操作系統(tǒng)第二頁，共30頁。為什么要有操作系統(tǒng)多任務(wù)的要求統(tǒng)一的服務(wù)接口，合理使用資源，如內(nèi)存管理并發(fā)時對資源使用沖突減少開發(fā)的難度安全性的要求網(wǎng)絡(luò)（TCP/IP）的使用GUI的使用要求應(yīng)用程序移植性的要求用戶操作的方便性第三頁，共30頁。操作系統(tǒng)的組成進程管理模塊內(nèi)存管理模塊文件系統(tǒng)管理模塊設(shè)備管理模塊異常和中斷管理模塊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊……第四頁，共30頁。進程管理

進程(process)的概念系統(tǒng)的第一個進程Init用戶進程如何運行和退出記錄進程的信息，進程控制塊PCB系統(tǒng)調(diào)度,不同的系統(tǒng)有不同的策略用戶進程進入系統(tǒng)的唯一途徑,systemcall第五頁，共30頁。內(nèi)存管理

內(nèi)存是系統(tǒng)資源的一種內(nèi)存的分類SRAM,SDRAM,FB,Registers,外設(shè)片上內(nèi)存物理內(nèi)存的管理虛擬內(nèi)存的管理,內(nèi)核空間與用戶空間內(nèi)核與用戶內(nèi)存的分配內(nèi)存碎片的產(chǎn)生和避免第六頁，共30頁。文件系統(tǒng)管理

永久性存儲設(shè)備，disk,flash,sd,cf分區(qū)、格式化及文件一個簡單的文件系統(tǒng)的例子系統(tǒng)看存儲地址是線性進程看待文件的統(tǒng)一化和抽象化第七頁，共30頁。設(shè)備管理

HAL層的概念,開放性的理念設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)要記錄和管理設(shè)備的存在安全使用設(shè)備設(shè)備是一種特殊的文件進程如何使用設(shè)備，open/close,read/write,ioctl第八頁，共30頁。Linuxkernel歷史1991年由當時的芬蘭學(xué)生linustorvalds編寫并以GNUGPL的方式發(fā)布到Internet上,稱為0.11版1994年,出1.0.0版本1996年,出2.0版本1999年,出2.2版本2001年,出2.4版本2003年,出2.6版本,至今都穩(wěn)定在該版本第九頁，共30頁。Linuxkernel的特點類Unix,遵循POSIX標準支持很多的體系結(jié)構(gòu),如X86,Arm,Mips等等,有極強的平臺可伸縮性O(shè)penSource(GNUGPL)單內(nèi)核,開放可擴展真正的多任務(wù)多用戶具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能,尤其對Tcp/ip支持開發(fā)功能強,開發(fā)環(huán)境免費設(shè)備獨立性,系統(tǒng)把所有外部設(shè)備統(tǒng)一當作成文件來看待及操作可靠的系統(tǒng)安全……

第十頁，共30頁。Linux系統(tǒng)軟件層次結(jié)構(gòu)第十一頁，共30頁。Linux中處理器的運行LinuxKernel初始化完畢后，程序運行在以下的上下文空間中：1）運行于用戶空間，執(zhí)行用戶程序2）運行于內(nèi)核空間，處于當前進程的上下文3）運行于中斷，處于中斷上下文，與進程無關(guān),因為中斷的不可預(yù)知第十二頁，共30頁。fread()文件的執(zhí)行舉例用戶進程在用戶空間，使用C庫fread()讀文件Fread()調(diào)用read()系統(tǒng)調(diào)用，進入系統(tǒng)空間，執(zhí)行系統(tǒng)代碼系統(tǒng)根據(jù)文件對存儲設(shè)備進行數(shù)據(jù)請求，在數(shù)據(jù)沒準備就緒是讓出CPU使其他進程運行。存儲設(shè)備數(shù)據(jù)準備就緒，向CPU發(fā)出中斷請求，CPU響應(yīng)進入中斷上下文，并喚醒該文件的讀進程在某時刻，讀文件的進程再次運行，取到數(shù)據(jù)，返回用戶空間第十三頁，共30頁。獲取Linux內(nèi)核源代碼從官方網(wǎng)站獲取:,主要是X86平臺的版本以BSP包的方式獲取,主要在嵌入式的平臺上用的方式補丁,從版本2.6.20升級到2.6.21#cd到2.6.20linux目錄#patch–p1<patch-2.6.21第十四頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核源碼目錄結(jié)構(gòu)第十五頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯交叉編譯器:

運行在一種體系的CPU(通常是X86)的編譯器,對其編譯的程序產(chǎn)生另外一種體系(如ARM/MIPS)的指令的編譯器叫交叉編譯器安裝ARM交叉編譯器#tarxzvfcrass-3.3.2.tgz

把解開的目錄的bin/目錄的絕對路徑增加到環(huán)境變量$PATH中第十六頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯安裝ARMLinux2.6源碼包#tarxzvfgec_linux-.tgz第十七頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯內(nèi)核配置系統(tǒng):

配置命令#makeconfig（基于文本的最為傳統(tǒng)的配置界面，不推薦使用）#makemenuconfig（基于文本菜單的配置界面,字符終端下推薦使用）#makexconfig（基于圖形窗口模式的配置界面，Xwindow下推薦使）#makegconfig（基于gtk的圖形配置界面）

這些命令產(chǎn)生的配置選項給用戶,用戶選擇->退出->保存后產(chǎn)生.config文件,文件中包含有各種選擇了的配置選項,以供Makefile使用,Makefile在會根據(jù).config的選項來產(chǎn)生autoconf.h,autoconf.h是以C語言的形式定義的各編譯選項,供kernel的源文件include第十八頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯選擇相應(yīng)的配置時，有三種選擇，它們分別代表的含義如下：

Y－-將該功能編譯進內(nèi)核

N－-不將該功能編譯進內(nèi)核

M－-將該功能編譯成模塊，可以在需要時動態(tài)插入到內(nèi)核中makexconfig，使用鼠標就可以選擇對應(yīng)的選項。makemenuconfig，則需要使用空格鍵進行選取。如果有不明白的地方，按[shift]+？的組合鍵來查看說明第十九頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置的原則1)大部分選項可以使用其缺省值或者BSP選用缺省值，只有小部分需要根據(jù)用戶不同的需要選擇。2)將與內(nèi)核其它部分關(guān)系較遠且不經(jīng)常使用的部分功能代碼編譯成為可加載模塊。有利于減小內(nèi)核的長度，減小內(nèi)核消耗的內(nèi)存；3)不需要的功能就不要選；4)與內(nèi)核關(guān)心緊密而且經(jīng)常使用的部分功能代碼直接編譯到內(nèi)核中。第二十頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置工作過程:

Makefile分布在Linux內(nèi)核源代碼中的Makefile，定義Linux內(nèi)核的編譯規(guī)則；頂層目錄的Makefile管理整個Linux內(nèi)核的配置編譯。

配置工具不同的內(nèi)核配置方式，通過不同的配置工具完成。script目錄下提供了這些配置工具。如menuconfig目標使用mconf。Kconfig文件2.6內(nèi)核引入的配置文件，是內(nèi)核配置選項的源文件。arch/$(ARCH)/Kconfig文件是主Kconfig文件，主Kconfig文件調(diào)用其他目錄的Kconfig文件。這些Kconfig文件形成樹狀關(guān)系-->樹狀菜單。第二十一頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置工作過程:當用戶執(zhí)行配置命令,Makefile調(diào)用配置工具mconf,mconf從arch/$(ARCH)/Kconfig開始搜索各目錄中的Kconfig文件,并根據(jù)這些文件形成圖形化的配置界面,給用戶進行配置Kconfig文件是產(chǎn)生.config文件的輸入文件,也就是說.config中的選項是由Kconfig決定的這是Linux2.6內(nèi)核獨有的配置系統(tǒng)用戶可以根據(jù)需要增加和修改其中的配置選項第二十二頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置的注意選項Codematurityleveloptions--->應(yīng)該選擇[*]Promptfordevelopmentand/orincompletecode/drivers這將會在設(shè)置界面中顯示還在開發(fā)或者還沒有完成的代碼與驅(qū)動.因為有許多設(shè)備可能必需選擇這個選項才能進行配置，實際上它是安全的。第二十三頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置的注意選項2Generalsetup---> 大部分保持默認[*]Supportforpagingofanonymousmemory(swap)應(yīng)該選擇這個選項將使你的內(nèi)核支持虛擬內(nèi)存。Pc上應(yīng)該選擇,而嵌入式上一般不選[*]SystemVIPC應(yīng)該選擇 為進程提供通信機制。有些程序只有在選Y的情況下才能運行，這里一定要選。[*]POSIXMessageQueues POSIX的消息隊列，它同樣是一種IPC，應(yīng)該選擇[*]Supportforhot-pluggabledevices支持熱插拔的，若是為普通電腦配置內(nèi)核，則最好選擇第二十四頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置的注意選項3Loadablemodulesupport--->[*]Enableloadablemodulesupport應(yīng)該選擇 這個選項可以讓你的內(nèi)核支持模塊。一般一些不常用到的驅(qū)動或特性可以編譯為模塊以減少內(nèi)核的體積。[*]Moduleunloading應(yīng)該選擇 這個選項可以讓你卸載不再使用的模塊，如果不選的話你將不能卸載任何模塊[*]Forcedmoduleunloading 強行卸載模塊，可以把正在使用中的模快卸載掉。做內(nèi)核開發(fā)或者驅(qū)動開發(fā)的時候，有一定的好處。但一般用戶不應(yīng)該選擇。第二十五頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置的注意選項4Executable--->[*]KernelsupportforELFbinaries一定要選5DeviceDrivers--->MemoryTechnologyDevices(MTD)--->存儲設(shè)備層，大部分的flash芯片驅(qū)動都基于MTD。用于嵌入式系統(tǒng)。Blockdevices<M>Loopbackdevicesupport可以將一個文件掛成一個文件系統(tǒng)。mountiso文件第二十六頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯配置的注意選項6--->必須將根文件系統(tǒng)直接編譯到內(nèi)核中。并且在這里選擇系統(tǒng)支持的文件系統(tǒng)。第二十七頁，共30頁。Linux2.6內(nèi)核配置與編譯cd到ARMLinux2.6的安裝目錄中#make在當前目錄中將產(chǎn)生vmlinux即為內(nèi)核文件#makemodules#makemodules_install將產(chǎn)生在內(nèi)核代碼樹中以模塊方式編譯的模塊第二十八頁，共30頁。Linux內(nèi)核啟動流程bootloader加載kernel到內(nèi)存arch/mips/kernel/head.Sinit/main.cstart_kernel()--體系結(jié)構(gòu)的初始化set