Linux内核解读
linux内核堆栈解析方法
在 Linux 系统中，内核堆栈（kernel stack）用于执行内核代码。
当发生操作系统内核崩溃、内核出现异常或需要调试时，理解和分析内核堆栈十分重要。
以下是分析 Linux 内核堆栈的常用方法：使用dmesg：当内核发生故障时，错误信息和堆栈追踪通常会输出到内核日志。
你可以使用 dmesg 命令查看内核日志中的堆栈追踪。
dmesg | grep -i stack操作系统崩溃时的系统日志：有时通过分析内核崩溃时的系统日志（如/var/log/syslog 或/var/log/messages、/var/log/kern.log）也可以找到有关堆栈信息。
使用 dump_stack() 函数：在内核代码中，你可以使用 dump_stack() 函数打印当前线程的堆栈信息。
这在调试内核代码时非常有用。
系统核心转储（Core Dump）：内核崩溃时，操作系统有时会生成系统核心转储文件。
你可以使用 GNU Debugger（GDB）来分析内核转储文件。
首先，安装 Linux 的调试符号表（debugging symbols），然后使用 gdb 命令加载符号表和内核转储文件，最后使用 bt（backtrace）命令查看堆栈追踪。
gdb path/to/vmlinux path/to/core_dump(gdb) bt请注意，要使内核生成核心转储文件，需要正确配置内核。
具体配置方法取决于你所使用的 Linux 发行版。
内核调试器（如 KGDB 和 KDB）：如果你正在研究内核问题，可以使用内核调试器 KGDB 或 KDB。
KGDB 是基于 GDB 的内核调试器，可以在源代码级别进行调试。
KDB 则是一个基于文本的内核调试器。
使用这些工具，你可以从内核级别设置断点、单步执行代码、检查内存内容和调用堆栈等。
通过以上方法可以帮助你分析 Linux 内核堆栈。
如何选择最佳方法取决于你的具体需求和问题。
在进行内核调试之前，请确保熟悉 Linux 操作系统和内核开发的基本知识。
linux操作系统的结构及详细说明
linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识，希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明：一、 linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
124Linux 内核解读入门
Linux 内核解读入门针对好多Linux 爱好者对内核很有兴趣却无从下口，本文旨在介绍一种解读linux内核源码的入门方法，而不是解说linux复杂的内核机制；一．核心源程序的文件组织：1．Linux核心源程序通常都安装在/usr/src/linux下，而且它有一个非常简单的编号约定：任何偶数的核心（例如2.0.30）都是一个稳定地发行的核心，而任何奇数的核心（例如2.1.42）都是一个开发中的核心。
本文基于稳定的2.2.5源代码，第二部分的实现平台为Redhat Linux 6.0。
2．核心源程序的文件按树形结构进行组织，在源程序树的最上层你会看到这样一些目录：●Arch ：arch子目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。
它的每一个子目录都代表一种支持的体系结构，例如i386就是关于intel cpu及与之相兼容体系结构的子目录。
PC机一般都基于此目录；●Include: include子目录包括编译核心所需要的大部分头文件。
与平台无关的头文件在include/linux子目录下，与intel cpu相关的头文件在include/asm-i386子目录下,而include/scsi 目录则是有关scsi设备的头文件目录；●Init：这个目录包含核心的初始化代码(注：不是系统的引导代码)，包含两个文件main.c 和Version.c，这是研究核心如何工作的一个非常好的起点。
●Mm ：这个目录包括所有独立于cpu 体系结构的内存管理代码，如页式存储管理内存的分配和释放等；而和体系结构相关的内存管理代码则位于arch/*/mm/，例如arch/i386/mm/Fault.c●Kernel：主要的核心代码，此目录下的文件实现了大多数linux系统的内核函数，其中最重要的文件当属sched.c；同样，和体系结构相关的代码在arch/*/kernel中；●Drivers：放置系统所有的设备驱动程序;每种驱动程序又各占用一个子目录：如，/block 下为块设备驱动程序，比如ide（ide.c）。
Linux内核.ppt
❖ LINUX文件系统: Linux文件系统是文件存放在磁盘等存储设
备上的组织方法。Linux能支持多种目前浒的文件系统，如EXT2、EXT3、 FAT、VFAT、ISO9660、NFS、SMB等。
❖ LINUX应用系统：标准的Linux系统都有一整套称为应
用程序的程序集，包括文本编辑器、编程语言、X Window、 办公套件、Internet工具、数据库等。
❖GNU 软件和派生工作均适用 GNU 通用公共许 可证，即 GPL（General Public License ）
❖Linux的开发使用了众多的GUN工具
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GPL－开源软件的法律
❖GPL 允许软件作者拥有软件版权 ❖但GPL规定授予其他任何人以合法复
制、发行和修改软件的权利。
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2. Linux系统的主要特点
内核模块的能力
所有模块全部运行在内核态，直接调用函数，无需消息传递 支持多称多处理SMP机制
讲究效率的单模块操作系统
进程管理
内存管理
设备管理
文件管理
模块之间可以互相调用的单模块结构 <>
讲究效率的单模块操作系统
❖模块之间直接调用函数，除了函数调用 的开销外，没有额外开销。 ❖庞大的操作系统有数以千计的函数 ❖复杂的调用关系势必导致操作系统维护 的困难
个平台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。Linux是一种可 移植的操作系统，能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境 中和任何平台上运行。
3. LINUX的组成
❖ LINUX的内核：内核是系统的核心，是运行程序和管理
像磁盘和打印机等硬件设备的核心程序。
❖ LINUX SHELL: Shell是系统的用户界面，提供了用户与内核进
linux操作系统的体系结构
linux操作系统的体系结构Linux操作系统的体系结构Linux是一个开源的操作系统内核，它是一个多任务、多用户的操作系统。
它支持大量的硬件平台，可以运行在个人计算机、服务器、移动设备和嵌入式系统中。
Linux操作系统的核心设计是基于UNIX操作系统的设计理念，具有稳定、安全和高性能的特点。
本文将详细介绍Linux操作系统的体系结构。
一、内核空间和用户空间Linux操作系统采用了一种分层的体系结构，将操作系统分为内核空间和用户空间两部分。
内核空间是操作系统内核运行的区域，包括内核代码、驱动程序和中断处理程序等。
用户空间是用户程序运行的区域，包括应用程序、库文件和用户数据等。
内核空间和用户空间通过操作系统提供的系统调用接口进行通信。
用户程序通过系统调用接口请求操作系统提供的服务，如文件操作、进程管理和网络通信等。
操作系统在内核空间中响应这些请求，并将结果返回给用户程序。
二、进程管理Linux操作系统是一个多任务操作系统，能够同时运行多个进程。
进程是程序在操作系统中的实体，它包括代码、数据和运行环境等。
Linux操作系统通过进程管理功能对进程进行管理和调度。
进程管理功能包括创建进程、销毁进程、挂起进程、恢复进程和进程切换等。
Linux操作系统通过调度算法决定哪个进程优先执行，以实现操作系统的高效利用和公平分享。
三、内存管理Linux操作系统通过内存管理功能对内存进行管理和分配。
内存是计算机中重要的资源，操作系统需要有效地管理和分配内存。
Linux操作系统使用虚拟内存管理技术，将物理内存虚拟化为逻辑地址空间。
这样，每个进程都有自己独立的逻辑地址空间，不会相互干扰。
操作系统通过内存管理功能实现虚拟地址到物理地址的转换，并对内存进行分页、分段和交换等操作，以实现内存的高效利用和管理。
四、文件系统Linux操作系统通过文件系统管理文件和目录。
文件系统是一种组织和存储文件的方式，可以将文件组织成层次结构，方便用户访问和管理。
linux分层设计体系结构
linux分层设计体系结构Linux是一种开源的操作系统，其设计采用了分层的体系结构。
这种设计使得Linux具有高度的灵活性和可扩展性，同时也方便了系统的维护和管理。
本文将详细介绍Linux的分层设计体系结构。
在Linux的分层设计中，最底层是硬件层。
硬件层包括计算机的各种硬件设备，如处理器、内存、硬盘、网络接口等。
Linux通过设备驱动程序来管理和控制这些硬件设备，使其能够与操作系统进行交互。
在硬件层之上是内核层。
内核是操作系统的核心，负责管理系统的资源和提供各种系统服务。
Linux的内核是一个单独的模块，可以独立于其他软件进行开发和维护。
内核提供了各种系统调用接口，以及对进程、文件系统、网络和设备的管理和控制功能。
在内核层之上是库层。
库是一组共享的代码和函数，可以为应用程序提供常用的功能和服务。
Linux提供了许多不同的库，如C库、数学库、网络库等。
这些库可以被开发人员用来开发应用程序，提高开发效率和代码复用性。
在库层之上是应用层。
应用层包括各种应用程序和工具，如文本编辑器、图形界面、网络浏览器等。
这些应用程序可以通过系统调用接口与内核进行交互，并利用库提供的功能来实现各种任务和操作。
除了以上四个层次外，Linux还有其他一些重要的组件和模块。
例如，系统初始化和启动过程中，会加载引导程序和初始化程序；文件系统是用来组织和管理文件和目录的；网络协议栈是用来实现网络通信的；系统服务是用来提供各种系统功能和服务的。
这些组件和模块与其他层次之间相互关联，共同构成了Linux的完整体系结构。
Linux的分层设计体系结构具有许多优点。
首先，分层设计使得系统的各个组件和模块之间相互独立，可以分别进行开发、测试和维护，提高了开发和维护效率。
其次，分层设计使得系统的各个层次之间的接口清晰明确，方便了系统的扩展和升级。
此外，分层设计还提高了系统的稳定性和可靠性，一旦某个层次出现问题，不会对其他层次造成影响。
Linux的分层设计体系结构是一种高效、灵活和可扩展的设计方式。
linux操作系统的基本原理
linux操作系统的基本原理
Linux操作系统是一种开源的自由操作系统，其基本原理包括以下几个方面：
1. 内核：Linux操作系统的核心是内核，它是操作系统的核心模块，控制着系统的所有硬件和软件资源。
内核具有多任务处理、进程管理、文件系统管理、设备管理、内存管理等功能。
2. 虚拟文件系统：Linux操作系统使用虚拟文件系统（VFS）作为文件系统的框架。
VFS为所有文件系统提供了一个通用的接口，使得文件系统可以互相转换。
3. Shell：Linux操作系统使用的命令行接口被称为Shell。
Shell是用户与内核交互的一种方式，用户可以通过Shell来执行命令、管理文件、创建进程等。
4. 程序库：Linux操作系统提供了一系列的程序库，如C库、X库等，这些程序库提供了一些基本的函数和工具，方便程序员开发应用程序。
5. 系统调用：Linux操作系统提供了大量的系统调用，它们是用户程序和内核之间的接口。
用户程序可以通过系统调用来访问内核提供的各种服务，如读写文件、创建进程、网络通信等。
Linux操作系统的基本原理为开发者和用户提供了一个稳定、高效、灵活的操作系统。
它的开源特性使得用户可以自由地修改和定制操作系统，满足不同需求。
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linux内核进程cpu调度基本原理
linux内核进程cpu调度基本原理Linux内核的CPU调度基本原理是通过多任务处理，将CPU 时间片分配给不同的进程或线程来实现。
1. 调度策略：Linux内核支持多种调度策略，包括先来先服务（FCFS）、时间片轮转、优先级调度等。
默认的调度策略是时间片轮转调度策略，即每个进程被分配一个时间片，在时间片用完之后，将CPU切换到下一个就绪状态的进程上。
2. 就绪队列：内核会维护一个就绪队列，存放所有准备好运行但还未分配CPU时间的进程。
根据进程的优先级和调度策略，内核会从就绪队列中选择一个合适的进程来执行。
3. 进程优先级：每个进程都有一个优先级值，表示其重要性和紧急程度。
较高优先级的进程在调度时会获得更多的CPU时间。
Linux内核使用动态优先级调度策略，根据进程的历史行为和资源使用情况动态调整进程的优先级。
4. 时间片和抢占：时间片是CPU分配给进程的最小单位，当一个进程的时间片用完后，如果它还未完成，内核会将其置于就绪队列末尾，并将CPU分配给下一个就绪进程。
此外，Linux 内核支持抢占式调度，即当一个优先级更高的进程出现时，可立
即抢占当前运行的进程，将CPU资源分配给新的进程。
5. 实时进程：除了普通进程，Linux内核还支持实时进程。
实时进程具有更高的优先级和较小的延迟要求，它们得到更快的响应时间。
实时进程的调度算法相对于普通进程更加严格，以满足实时性要求。
Linux内核的CPU调度基本原理是通过就绪队列、进程优先级和时间片轮转等策略，将CPU时间动态地分配给不同的进程或线程，以完成多任务处理。
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作用：先利用默认的配置文件，进行初步配 置 命令：
书本上的方法： 1. 按Load an Alternate Configuation File 回车后输 入./arch/arm/configs/S3c2440_deconfig.config；然后保存 2. 直接用命令 [root@local ~]# cp arch/arm/configs/S3c2440_deconfig.config .config
依赖体系结构的代码
尽管 Linux 很大程度上独立于所运行的体系结 构，但是有些元素则必须考虑体系结构才能正 常操作并实现更高效率。./linux/arch 子目录定 义了内核源代码中依赖于体系结构的部分，其 中包含了各种特定于体系结构的子目录（共同 组成了 BSP）。对于一个典型的桌面系统来说， 使用的是 i386 目录。每个体系结构子目录都 包含了很多其他子目录，每个子目录都关注内 核中的一个特定方面，例如引导、内核、内存 管理等。这些依赖体系结构的代码可以 在 ./linux/arch 中找到。
配置内核选项
---为什么要进行内核配置（补充）
要使得标准内核源代码能够生成特殊的 目标文件 从标准---特殊：所以要进行配置
配置内核选择
---内核配置的方法（P138）
make config：命令行模式的配置方法 make oldconfig：利用已有的.config文件 make menuconfig：文本菜单式配置，实验中 采用更的方法（如果.config文件存在，使 用.config的默认配置） make xconfig：图形化界面的配置方法，可通 过鼠标进行配置，需要 X Window的支持（如 果.config文件存在，使用.config的默认配置） 注意：无论何种方法，都是为了修改生成linux目 录下的.config文件
利用make menuconfig启动配 置界面
命令 [root@local ~]# cd linux-2.6.22.1(实验为 linux2.6.30.4) [root@local ~]# make menuconfig 利用文本菜单的方式进行配置 结果---启动配置界面，如下图
读取已有的配置文件
Linux内核源码的组成部分
/Linux2.6.30.4 --+--/arch 存放体系结构的源代码 |-- /document 存放一些说明文档 |-- /drivers 存放驱动程序源代码 |-- /fs 存放支持文件系统的源代码 |-- /include 包括编译核心所需要的大部分头文件 |-- /init 包含核心的初始化代码（不是系统引导代码） |-- /ipc 核心进程间通信的代码 |-- /kernel 内核管理的核心代码 |-- /lib 核心库代码 |-- /mm 独立于cpu结构的内存管理代码
虚拟文件系统
虚拟文件系统（VFS）是 Linux 内核中非常有用的一个 方面，因为它为文件系统提供了一个通用的接口抽象。 VFS 在 SCI 和内核所支持的文件系统之间提供了一个 交换层
虚拟文件系统
在 VFS 上面，是对诸如 open、close、read 和 write 之类的函数的一个通用 API 抽象。在 VFS 下面是文件 系统抽象，它定义了上层函数的实现方式。它们是给 定文件系统（超过 50 个）的插件。文件系统的源代码 可以在 ./linux/fs 中找到。 文件系统层之下是缓冲区缓存，它为文件系统层提供 了一个通用函数集（与具体文件系统无关）。这个缓 存层通过将数据保留一段时间（或者随即预先读取数 据以便在需要是就可用）优化了对物理设备的访问。 缓冲区缓存之下是设备驱动程序，它实现了特定物理 设备的接口。
内存管理
内核所管理的另外一个重要资源是内存。为了提高效 率，如果由硬件管理虚拟内存，内存是按照所谓的内 存页 方式进行管理的（对于大部分体系结构来说都是 4KB）。Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理 和虚拟映射所使用的硬件机制。 不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。Linux 提 供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。这种内 存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结 构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的， 哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。这样就允许 该模式根据系统需要来动态调整内存使用。 为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被 消耗光的情况。由于这个原因，页面可以移出内存并 放入磁盘中。这个过程称为交换，因为页面会被从内 存交换到硬盘上。内存管理的源代码可以 在 ./linux/mm 中找到。
配置内核
修改makefile 添加devfs配置(2.6以后的内核版本取消 此选项） 配置内核选项
注：实验以及课程设计中所涉及的开发板 安装的内核版本为linux2.6.30.4
配置内核---修改makefile文件 (P137)
修改makefile文件的目的---指明使用的编译器 是交叉编译器！ 修改参数ARCH 和CROSS_COMPILE
两种方法实现一个目的：将S3C2440_deconfig.config 文件保存成为.config的配置文件
读取已有的配置文件
命令（接上页）
实验四的方法： 1. 按Load an Alternate Configuation File 回车后输 入./config_EmbedSky_A70_256MB ；然后保存 2. 直接用命令 [root@local ~]# cp config_EmbedSky_A70_256MB .config 两种方法实现一个目的：将 config_EmbedSky_A70_256MB文件保存成 为.config的配置文件
如何进行linux内核移植（书本 第六章）
NAND FLASH分区 配置内核 内核编译 下载内核到开发板
NAND FLASH分区
NAND FLASH的作用
NAND FLASH共有64M，用于存储开发板的引导程序、内核、文 件系统（相当于计算机的硬盘）
为什么要指明NAND FLASH的分区情况
进程管理
进程管理的重点是进程的执行。在内核中，这 些进程称为线程，代表了单独的处理器虚拟化 （线程代码、数据、堆栈和 CPU 寄存器）。 在用户空间，通常使用进程 这个术语，不过 Linux 实现并没有区分这两个概念（进程和线 程）。内核通过 SCI 提供了一个应用程序编程 接口（API）来创建一个新进程（fork、exec 或 Portable Operating System Interface [POSIX] 函数），停止进程（kill、exit），并 在它们之间进行通信和同步（signal 或者 POSIX 机制）。
Linux内核源码的组成部分
|-- /net |-- /scripts |-- /block |-- / cypto |-- / security |-- /sound |-- /usr |-- /makefile |-- /config
核心的网络部分代码 包含用于配置核心的脚本文件 块设备的I/O调度 常用加密和散列算法 主要包含Selinux模块 音频设备的驱动核心代码 实现了用于打包和压缩的cpio等 编译规则文件 配置文件
什么是内核
增强型计算机（对于应用程序） 资源管理器（对于程序） 库
内核的类型
微内核
只有最基本的功能直接由中央内核（微内核）实现， 所有其他的功能都委托给一些独立进程，这些进程通 过明确定义的通信接口与中心内核通信。应用：机器 人、医疗器械
宏内核---linux内核
内核的全部代码，包括所有子系统都打包到一个文件 中
网络堆栈
网络堆栈在设计上遵循模拟协议本身的分层体 系结构。回想一下，Internet Protocol (IP) 是 传输协议（通常称为传输控制协议或 TCP）下 面的核心网络层协议。TCP 上面是 socket 层， 它是通过 SCI 进行调用的。 socket 层是网络子系统的标准 API，它为各种 网络协议提供了一个用户接口。从原始帧访问 到 IP 协议数据单元（PDU），再到 TCP 和 User Datagram Protocol (UDP)，socket 层提 供了一种标准化的方法来管理连接，并在各个 终点之间移动数据。内核中网络源代码可以 在 ./linux/net 中找到。
ARCH参数表明要内核运行的目标是ARM体系 CROSS参数表明编译此内核需要使用交叉编译器是 arm-linux-前缀的交叉编译器
注意：如果需要使用特殊指定的交叉编译器 （不是用PATH路径下指定下的），可以用绝 对路径方式，(书P137)
配置内核选项
为什么要进行配置（补充） 配置方法 启动界面 读取已有的配置文件 选择具体的配置选项
设备驱动程序
Linux 内核中有大量代码都在设备驱动程 序中，它们能够运转特定的硬件设备。 Linux 源码树提供了一个驱动程序子目录， 这个目录又进一步划分为各种支持设备， 例如 Bluetooth、I2C、serial 等。设备驱 动程序的代码可以在 ./linux/drivers 中找 到。
Linux内核编译移植
课程主要内容
什么是内核（扩展）
内核定义 内核的类型 Linux内核的启动过程 内核的组成部分 内核的五大功能模块 内核代码结构的简要剖析
如何进行内核移植（书本第六章内容）
什么是内核
内核是操作系统最基本的部分。 内核通常提供一种硬件抽象的方法来完 成应用程序对计算机资源的访问。 内核为应用软件和硬件提供了一套简洁， 统一的接口，使程序设计更为简单。