第一章--linux基础

Posted 2020-09-26 jhcelue

(一):linux系统根文件夹结构

Unix-like系统中的”文件系统”的概念包含两个意思,第一个是”根文件系统”,第二个是”存储类文件系统”.后者的概念基本等同于windows操作系统,而前者与windows区别较大,他并非用于存储实际文件的.根文件系统简称rootfs,他的特点为:

 1:"文件"不仅是指硬盘上的数据,他还包含不论什么设备资源.在Unix-like系统中,全部的硬件设备都被看作是文件,"文件"是内核范畴的概念,磁盘,Ｕ盘,内存,网络,甚至cpu都被内核抽象成文件.为了区别一般意义上的文件按,内核级文件被称为"设备文件"或"设备虚拟文件".这些设备文件在rootfs中能够被看到.

2:并非全部的文件夹或文件都相应磁盘上的存储空间.比方,sys,proc,dev这三个文件夹,他们相应的不是存储空间,而是设备文件,这三个文件夹中的内容由内核及相应的驱动程序维护.

3:存储类我呢见系统不能和rootfs并列存在,而仅仅能挂载到rootfs的一个子文件夹上

4:Unix-like中的"存储类文件系统"内部等同于windows的文件系统,包含文件系统类型.windows系统常见的文件系统类型包含FAT16,FAT32,NTFS,linux中也支持这些文件系统类习惯,但更常见的却是ext2,ext3,ext4,yaffs等.

Unix-like系统中,操作系统仅仅能有一个根文件系统,但能够包含多个”存储类文件系统”.运行挂载,卸载”存储类文件系统”的操作能够在terminal下使用mount和umount命令.

(二):linux启动过程

从计算机系统的角度来看,启动过程一般分为三个步骤

首先是开机,开机就是开系统開始供电,此时,硬件电路会产生一个确定的复位时序,保证CPU是最后一个被复位的器件.CPU要最后被复位的原因就是,假设CPU第一个被复位,则当CPU复位后開始运行时,其它硬件内部的寄存器状态可能还没有准备好,比方磁盘或者内存,那么就可能出现外围硬件初始化错误.

当正确完毕复位之后,CPU開始运行第一条指令,该指令所在的内存地址是固定的,这由CPU的制造者指定.不同的CPU可能由不同的地址获取指令,可是这个地址必须是固定的,这个固定地址所保存的程序往往被称为”引导程序(bootloader)”,其作用是装载真正的用户程序.

至于怎样装载，是一个策略问题,不同的CPU会提供不同的装载方式,比方有的通过普通的并口存储器,有的则通过SD卡,还有的是通过RS232接口.不管是硬件上使用何种接口装载,装载过程必须提供下面信息,详细包含:
1:从哪里读取用户程序
2:用户程序的长度是多少
3:装载完毕用户程序之后,应该跳转到哪里,即用户程序的运行入口在哪里

第二步是运行内核程序,这里所说的内核程序在上一步中指的就是”用户程序”.由于从CPU的角度来看,除bootloader之外的全部程序都是用户程序,仅仅是从软件的角度来看,用户程序被分为”内核程序”和”应用程序”,而本步运行的是”内核程序”.

内核程序初始化的时候运行的操作包含,初始化各种硬件,包含内存,网络接口,显示器,输入设备,然后建立各种内部数据结构,这些数据结构将用于多线程调度及内存的管理等.当内核初始化完毕之后,就開始运行详细的应用程序了.在普通情况下,习惯于将第一个应用程序称为”Home程序”.

第三步就是运行Home程序,比方windows的系统桌面,就是一个典型的Home程序.之所以称其为Home程序,是由于通过该程序能够方便的启动其它应用程序.

下面看一下android的启动过程.
多数基于ARM的实际硬件系统,会从并口NADN Flash芯片中的0x00000000地址处装载程序.对于一些小型嵌入式系统而言,该地址处的程序就是终于要运行的用户程序,而对于android而言,该地址出的程序还不是android程序,而是一个叫做uboot或者fastboot的程序,其作用是初始化硬件设备,比方网口,SDRAM,RS232等,并提供一些调试功能.当uboot被装载后便開始运行,他通常会先检測用户是否按下了某些特别的按键,这些特别按键是uboot在编译的时候预先约定好的,用于进入调试模式.假设用户没有按这些特别的button,则uboot就会从NAND Flash中装载linux内核,装载的地址是在编译uboot的时候预先约定好的.

linux内核被装载之后,就開始进行内核初始化的过程,步骤例如以下:

(三):Make脚本备忘

Linux系统中包含一个Make脚本的解释器,他能够读取Make脚本的内容,并运行之,Make脚本多用于自己主动编译过程,但并非说Make脚本仅仅能拥有自己主动编译.
Make脚本的基本的语法例如以下:

目标(target): 条件(prerequest)
(Tab按键) 命令

在该语法中。目标能够是随意一个字符串名称，也能够是详细文件的名称.条件能够是其它目标的名称,也能够是详细文件的名称.运行Make脚本的时候,Make解释器会检查目标和文件里包含的文件时间戳是否同样,假设不同的话,解释器就会运行Tab键后面的’命令’,命令能够是不论什么可运行程序.

自己主动编译的基本原理就是将目标文件作为”目标”,将源文件作为”条件”,因此,当源文件改动之后,目标文件的时间戳会早于源文件,于是Make解释其就会自己主动运行相关指定”命令”.此时能够将运行编译的命令作为这里的”命令”,从而达到自己主动编译的目的.

1:一个简单的Makefile文件

源代码例如以下:

#FileName Makefile
#this file is used for showing how to use makefile
$(info start working)
hello: hello.c
    echo "nothing"
hello.bin: hello.c
    @echo "now make hello.bin"
    gcc hello.c -o hello.bin
.PHONY: he
he: hello.c
    @echo "now make he"
    gcc hello.c -o hello.bin

这段代码有下面特点:

1:#符号是凝视符,可用在代码中不论什么地方
2:$是函数调用符号,info是一个函数名称,作用是输出一段信息.相似的信息输出函数还包含warning,error两个函数,只是error按书运行后会终止运行并退出
3:目标定曾经不能加不论什么空格,而命令前面必须以Tab键開始
4:.PHONY关键字用于声明一个目标,被.PHONY声明的目标将总是运行其指定的命令,而假设不声明的话,则仅当目标后面的条件变动之后才运行
5:命令前面的@符号的作用是,不显示被运行的命令.由于默认情况下,Make解释器在运行命令的时候会打印出运行的命令
6:对于hello.bin目标,该目标本身就是一个文件,其依赖的文件是hello.c文件.因此当hello.c文件被改动后,将会运行gcc命令又一次对该c文件编译,并输出hello.bin文件.

要运行以上脚本,能够运行下面命令:

$make -f Makefile hello

在该命令中,-f用于指定要运行的脚本文件名.假设不指定文件名,则解释器会自己主动从当前文件夹下寻找名称为Makefile的脚本文件.

2:变量的定义和赋值
Makefile中的变量不须要单独定义,可直接赋值,常见的赋值方式有:

Make解释器运行脚本的过程可分为两个步骤:

1:装载Makefile及Makefile中include的其它Makefile.装载全然部相关的脚本文件之后,系统内部会创建一个图,该图描写叙述了各个Makefile的依赖关系.
2:依据用户指定的target找出该target的全部依赖关系,并推断依赖条件中的文件的时间戳.假设时间戳较新,就開始运行taget中所相应的命令.

而对于变量定义和赋值,解释器会依据不同的赋值方式选择是马上赋值还是延迟赋值,赋值过程也成为展开过程.所谓马上赋值,是指在读取脚本的时候就给变量进行赋值。而延迟赋值,是指读取的时候暂不赋值,仅仅有在运行脚本的时候用到了该变量,才对其进行赋值.不同的赋值方式相应的展开时机:

3:条件控制语句
Make脚本的条件控制可分为两类,一类是在解释器解析脚本文件的时候处理,还有一类是在运行脚本的时候处理.
下面看第一类条件控制语句的语法模型,例如以下代码:

if-condition
   text if the condition is true
endif
//或者
if-condition
    text if the condition is true
else
    text if the condition is false
endif 

当中,condition仅仅能进行两种推断,一种是推断表达式是否相等,还有一种是推断表达式是否被定义,例如以下:

1: ifdef var:推断变量是否被定义过.
2:ifndef var:与ifdef相反,推断变量是否还没有被定义
3:ifeq test:推断表达式test是否相等,表达式可写成”a” “b”或(a,b)
4:ifneq test,与ifeq相反

4:宏定义
Make 脚本中的函数,按被调用的方式分为三类:

第一类是内置函数,即Make解释器内部定义好的函数,在不论什么脚本文件里可直接调用,调用的格式为:

$(fname,param...)

fname是函数的名称，param是參数,多个參数用逗号隔开

第二类是用户定义的,带參数的函数,使用define关键字进行定义,调用的格式为:

$(call fname.param...)

call是调用的关键字, fname代表函数的名称,param是函数參数,多个參数使用逗号分隔.

第三类也是用户定义的,但不带參数,该类函数也称之为宏,其调用格式为:

$(fname)

既不使用call关键字,也不包含參数.

用户函数的定义方式例如以下:

define fname
//各种详细的命令
endef

在自己定义函数中,命令钱不须要加Tab键,由于当宏被展开的时候,Make解释器会自己主动在没一行命令前加Tab键.函数内部使用$(n)代表调用函数时的參数,ｎ代表自然数,$(0)代表函数名称本身,$(1)代表第一个參数.

举个样例:

define showFirstName
  @echo $(1)
endef
.PHONY: name
name:
    $(call showFirstName,yuandan,ferr)

这段代码中定义了函数showFirstName,其作用是将传入的第一个參数返回给调用者.使用make name命令运行以上脚本,运行结果为:

$ make name
yuandan

经常使用的内置函数:

?(1):字符串操作函数

内置的经常使用的字符串函数如表:

(2):文件名操作
用于处理文件路径,名称的经常使用函数:

(3):过程控制函数

在C语言中if/else是语法本身定义的关键字,而脚本的过程控制确实由函数完毕的.

过程控制函数表:

5:内置符号和变量
Make解释器内部定义了一些特别的符号和一些特别名称的变量,在编写用户脚本时,能够直接使用这些符号,变量,而不须要定义.

(1):内置符号

(2):内置变量

由于Make脚本主要是用于对C/C++源代码的编译,因此,其内部也定义了一些专用于C/C++编译的变量.

6:模板目标

假设当前有一个C源代码的项目,当中包含3个C源文件,名称分别为f1.c,f2.c,main.c,当中f1和f2中定义了两个函数,main.c中会使用这两个函数,然后能够编写一个脚本文件,脚本源代码例如以下:

.PHONY: test
test: f1.o f2.o main.o
    gcc -o main.bin f1.o f2.o main.o
f1.o: f1.c
    gcc f1.c f1.o
f2.o: f2.c
    gcc f2.c f2.o
main.o: main.c
    gcc main.c -c main.o

当源代码数量较多,则脚本文件的定义就会变得繁琐起来.这样我们使用一种”模板”来定义目标,使用模板目标后,以上的脚本能够简化为:

OBJ = f1.o f2.o f3.o
.PHONY: test
test: $(OBJ)
    gcc $(OBJ) -o main.bin
%.o: %.c
    gcc -c -o [email protected] $<

7:目标特定的变量赋值
在脚本文件里,当给某个变量赋值后,则之后不管Make哪个目标,该变量的值都是同样的,例如以下面代码所看到的:

CFLAGS = -c
.PHONY: tar1
tar1:
    gcc $(CFLAGS) main.c
tar2 : CFLAGS=
tar2:
    gcc $(CFLAGS) main.c

CFLAGS被赋值为-c,其值在整个脚本文件范围内都是有效的.比方当Make tar1的时候,就会运行gcc -c main.c.可是在tar2目标中,我们希望能够运行gcc main.c,因此能够在tar2目标中对CFLAGS变量又一次赋值,该赋值仅在tar2目标的命令中有效,这就是所谓的”目标特定”变量赋值.由于该赋值仅针对该目标.

语法上须要注意,对tar2目标的赋值不能直接写成下面形式:

tar2 : CFALGS = 
    gcc $(CFLAGS) main.c

而是必须分开写,即把目标变量赋值和目标规则分开写.