20179203 《Linux内核原理与分析》第十周作业

Posted 2020-10-16 20179203李鹏举

第17章 设备与模块

一、设备类型

1. Linux及Unix系统：

块设备
字符设备
网络设备

2.块设备：

通常缩写为blkdev，它是可寻址的，寻址以块为单位，块大小随设备不同而不同；块设备通常支持重定位操作，也就是对数据的随机访问。
块设备是通过称为“块设备节点”的特殊文件来访问的，井且通常被挂载为文件系统。

3.字符设备：

通常缩写为cdev，它是不可寻址的，仅提供数据的流式访问，就是一个个字符，或者一个个字节。
字符设备的例子有键盘、鼠标、打印机，还有大部分伪设备。字符设备是通过称为“字符设备节点”的特殊文件来访问的。与块设备不同，应用程序通过直接访问设备节点与字符设备交互。

4.网络设备：

最常见的类型有时也以以太网设备称呼，它提供了对网络〈例如Internet）的访问，这是通过－个物理适配器和一种特定的协议进行的
网络设备打破了Unix的“所有东西都是文件”的设计原则，它不是通过设备节点来访问，而是通过套接字API这样的特殊接口来访问。

5.伪设备：

大部分设备驱动是表示物理设备的，但并不是所有设备驱动都表示物理设备。有些设备驱动是虚拟的，仅提供访问内核功能而已。我们称为“伪设备”。

常见的如：

内核随机数发生器（通过/dev/random和/dev/urandom 访问）
空设备（通过/dev/null 访问）
零设备（通过/dev/zero 访问）
满设备（通过/dev/full 访问)
内存设备（通过／dev/mem 访问）

二、模块

1. 概述：

Linux 内核是模块化组成的，它允许内核在运行时动态地向其中插入或从中删除代码。这些代码（包括相关的子例程、数据、函数人口和函数出口）被一并组合在一个单独的二进制镜像中，即所谓的可装载内核模块中，或简称为模块。
支持模块的好处是基本内核镜像可以尽可能地小，因为可选的功能和驱动程序可以利用模块形式再提供。模块允许我们方便地删除和重新载入内核代码，也方便了调试工作。而且当热插拔新设备时，可通过命令载入新的驱动程序。
模块的所有初始化函数必须符合形式：int my _ init (void);
退出函数必须符合形式：void my_exit (void);

2.构建与安装

安装编译的模块: make modules_install

产生依赖关系信息，而且在每次启动时更新。
产生内核依赖关系的信息，root用户可运行命令：depmod
只为新模块生成依赖信息，不生成所有的依赖关系，root用户可运行命令：depmod -A
模块依赖关系信息存放在/lib/modules/version/modules.dep文件中。

载入，root用户可运行命令：insmod module .ko

在内核via modprobe中插入模块，root用户可运行命令：zmodprobe module[module parameters] (参数 module 指定了需要载入的模块各称)。

从内核中卸载模块，root用户可运行命令：modprobe -r modules

三、设备模型

• 1.kobject：
  设备模型的核心部分。其中struct kobject 结构体表示，定义于头文件＜linux/k,ρ1lij四t.b＞中。通常是嵌入其他结构中的。

• 2.ktype：
  kobject 对象被关联到一种特殊的类型：ktype。由kobj_type 结构体表示，定义于头文件＜linux/kobject.h＞中。为了描述一族kobject 所具有的普遍特性。

• 3.kset：
  在Linux 内核中，只有少数一些的ktype，却有多个kset。由kset 结构体表示，定义于头文件<linux/kobject.h＞中：

• 4.kobject、ktype、kset关系：
  kobject，让那些包含它的结构具有了kobject 的特性。ktype 定义了一些kobject 相关的默认特性。kset 提供了两个功能：第一，其中嵌入的kobj创作为kobject 组的基类。第二， kset 将相关的kobject 集合在一起。

• 5.管理和操作kobject：
  kobject 通过函数koject_init 进行初始化，该函数定义在文件＜linux/kobject.h＞中：void kobject_init(struct kobject kobj, struct kobj_type ktype);第一个参数就是需要初始化的kobject 对象；调用初始化函数前， kobject 必须清空；未被清空，调用memset() 即可：memset(kobj, 0, sizeof (*kobj ) );应该调用kobject_createO 创建koject。

• 6.计数：
  kobject的主要功能：提供了一个统一的引用计数系统。初始化后，kobject的引用计数设置为1；引用计数不为零，该对象就会继续保留在内存中。引用计数跌到零时，对象可被撤销，相关内存也被释放。koject 的引用计数是通过kref结构体实现，该结构体定义在头文件＜linux/kref.h＞中。

第19章 可移植性

一、可移植操作系统

有些操作系统在设计时把可移植性作为头等大事之一，尽可能减少涉及与机器相关的代码。汇编代码少之又少，这样做就是利用代码性能优化能力换取代码的可移植性。Minix,NetBSD和许多研究用的系统就是这种高度可移植的操作系统。
还有一些操作系统完全不顾及可移植性，尽最大可能追求代码的性能表现，尽可能多的使用汇编代码，这样就是利用代码的可移植性换取代码的性能优化能力。这样的系统比可移植的系统更难维护。DOS和Windows95就是这样的操作系统。

二、字长和数据类型

ANSIC标准规定，一个char的长度一定是1字节；尽管没有规定int类型的长度是32位，但在Linux当前支持的体系结构中，它都是32位的。short类型也类似，在当前所有支持的体系结构中，虽然没有明文规定，但是它都是16位的。绝对不应该假定指针和long的长度，在linux当前支持的体系结构中，它们可以在32位和64位中变化。对于不同的体系结构long的长度不同，决不应该假设sizeof(int)=sizeof(long)。类似的，也不要假设指针和int长度相等。

三、本章感受

要想写出移植性好、简洁、合适的内核代码，要注意以下两点：

• 1.编码尽量选取最大公因子：假定任何事情都可能发生，任何潜在的约束都可能存在。编码尽量选取最小公约数：不要假定给定的内核特性是可用的，仅仅需要最小的体系结构功能。

• 2.编写可移植性的代码需要考虑很多问题：字长、数据类型、填充、对齐、字节次序、符号、字节顺序、页大小以及处理器的加载/存储排序等。对于绝大多数的内核开发者来说，可能主要考虑的问题就是保证正确使用数据类型。

第20章 补丁，开发和社区

本章重点介绍了Linux编码风格：

• 缩进——缩进风格是用制表位每次缩进8个字符长度。
• switch语句——switch语句下属的case标记应该缩进到和switch声明对齐，这样有助于减少8个字符的tab键带来的排版缩进。
• 空格——Linux编码风格规定，空格放在关键字周围，函数名和圆括号之间无空格。
• 花括号——内核选定的风格是左括号紧跟在语句的最后，与语句在相同的一行。而右括号要新起一行，作为该行的第一个字符。
• 每行代码的长度——源代码中要尽可能地保证每行代码长度不超过80个字符，因为这样做可能使代码最合适在标准的80*24的终端上显示。
• 命名规范——命名中不允许使用骆驼拼写法、Studly Caps或者其他混合的大小写字符。
• 函数——根据经验，函数的代码长度不应该超过两屏，局部变量不应超过10个。一个函数应该功能单一而且实现精确。
• 注释——一般情况下应该描述的是你的代码要做什么和为什么要这样做，而不是具体通过什么方式实现的。
• typedef——使用typedef要谨慎，只有在确实需要的时候再使用它。
• 多用现成的东西——请勿闭门造车。内核本身就提供了字符串操作函数，压缩函数和一个链表接口，所以请使用他们。
• 在源码中减少使用ifdef——不赞成在源码中使用ifdef预处理指令。
• 结构初始化——结构初始化的时候必须在他的成员前加上结构标识符。
• 代码的事后修正——indent是一个在大多数Linux系统中都能找到的好工具，它可以按照指定的方式对源代码进行格式化 。