3-Linux内核分析.ppt

1、Linux内核分析,第三章,Page 2/40,本章目标,了解Linux内核源码的组织结构 掌握Linux内核的编译及启动,本章结构,Linux内核配置,Linux内核分析,内核源码结构及Makefile分析,Linux内核配置选项,内核的Kconfig分析,Linux版本及特点,Linux内核启动流程分析,Linux内核启动过程概述,编译、烧写、启动内核,修改内核以支持S3C2440开发板,获取内核源,操作系统VS内核,一般理解的操作系统 完成最基本功能，和系统管理的那些部分 内核，驱动，启动引导程序，命令行shell以及其他的一些界面 现在理解的操作系统，指内核 内核才是操作系统的核心 负

2、责响应中断服务程序 负责管理多个进程从而分享处理器时间的调度程序 负责管理进程地址空间的内存管理程序 网络，和进程间通信 运行于系统态，以及受保护的内存空间,称之为内核空间,安装内核源码,两种形式的压缩 GNU zip #tar xzvf linux-x.y.z.tar.gz Bzip2 #tar xvjf linux-x.y.z.tar.bz2,Linux的源代码结构,目录描述,Linux内核源码层次结构,arch/arm/的目录,include/asm的头文件目录,1,asm是一个symbolic link, 因为众多的文件都需要包含asm-xxx/目录下的某个头文件，使用asm的链接之后

3、，在不同的平台下指向不同的目录，这样，增加了软件的可移植性。,include/linux/头文件目录,与平台无关的头文件一般放在linux这个目录下 如linux/mtd/,Linux Makefile分析,Makefile的作用： 决定编译哪些文件。 怎样编译这些文件? 怎样连接这些文件，最重要的是它们的顺序如何?,Linux内核Makefile文件分类,Makefile的作用,决定编译哪些文件 怎样编译这些文件 怎样连接这些文件，它们的顺序如何,Makefile的作用（1）,决定编译哪些文件 1) 顶层Makefile决定内核根目录下哪些子目录将被编进内核。 2) arch/$(ARCH)

4、/Makefile决定arch/$(ARCH)目录下哪些文件、哪些目录将被编进内核。 3) 各级子目录下的Makefile决定所在目录下哪些文件将被编进内核，哪些文件将被编成模块(即驱动程序)，进入哪些子目录继续调用它们的Makefile。,Makefile的变量,在include/config/auto.conf文件中，变量的值主要有两类:“y ”和“m”)。各级子目录的 Makefile使用这些变量来决定哪些文件被编进内核中，哪些文件被编成模块(即驱动程序)， 要进入哪些下一级子目录继续编译 objy用来定义哪些文件被编进( built-in)内核 obj-m用来定义哪些文件被编译成可加载

5、模块( Loadable module ) lib-y用来定义哪些文件被编成库文件 obj-y、obj-m还可以用来指定要进入的下一层子目录,Makefile的作用（2）,怎样编译这些文件 即编译选项、连接选项是什么 选项分3类： 全局的，适用于整个内核代码树； 局部的，仅适用于某个Makefile中的所有文件； 个体的，仅适用于某个文件,Makefile的作用（3）,怎样连接这些文件，它们的顺序如何 arch/arm/Makefile: 顶层Makefile:,Makefile的作用（3）,顶层Makefile中，再往下看： 顶层Makefile按照一定的顺序组织文件，根据连接脚本arc/$

6、(ARCH)/ kernel/ vmlinux.lds生成内核映象文件vmlinux,对Makefile的总结,(1)配置文件.config中定义了一系列的变量，Makefile将结合它们釆决定哪些文件被编 进内核、哪些文件被编成模块、涉及哪些子目录。 (2)顶层Makefile和arch/$(ARCH)/Makefile决定根目录下哪些子目录，arc/$(ARCH) 目录下哪些文件和目录将被编迸内核。 (3)最后，各级子目录下的Makefile决定所在目录下哪些文件将被编进内核，哪些文件 将被编成模块(即驱动程序)，进入哪些目录继续调用它们的Makefile 。 ( 4)顶层Makefile

7、和arch/$(ARCH)/Makefile设置了可以影响所有文件的编译、连接选 项：CFLAGS、MLAGS、LDFLAGS、ARFLAGS。 (5)各级子目录下的Makefile中可以设置能够影响当前目录下所有文件的编译、连接选 项：EXTRA_CFLAGS、EXTRA_AFLAGS、EXTRA_LDFLAGS、EXTRA_ARFLAGS；还可以设置可以影响某个文件的编译选项：CFLAGS_$，AFLAGS_$ 。 ( 6)顶层Makefile按照一定的顺序组织文件，根据连接脚本arc/$(ARCH)/ kernel/ vmlinux.lds生成内核映象文件vmlinux。,内核的Kcon

8、fig分析,所有配置工具都是通过读取arc/$(ARCH)/Kconfig文件来生成配置界面 这个文件是所有配置文件的总入口，它会包含其他目录的Kconfig文件。 make menuconfig,得到配置界面如下图所示：,内核的Kconfig分析,内核源码每个子目录中，都有一个Makefile文件和Kconfig文件 Kconfig用于配置内核，它就是各种配置界面的源文件。 内核的配置工具读取各 个Kconfig文件，生成配置界面供开发人员配置内核，最后生成配置文件.config。 内核的配置界面以树状的菜单形式组织，主菜单下有若干个子菜单，子菜单下又有子菜 单或配置选项。每个子菜单或选项可

9、以有依赖关系，这些依赖关系用来确定它们是否显示。 只有被依赖项的父项已经被选中，子项才会显示。,Kconfig文件基本要素：config条目,config条目用来配置一个选项，它用于生成一个变量，这个变量会连同它的 值一起被写入配置文件.config中。 config出现的三种配置结果：,CONFIG_LEDS_S3C24XX=y #对应的文件被编进内核 CONFIG_LEDS_S3C24XX=m #对应的文件被编成模块 CONFIG_LEDS_S3C24XX #对应的文件没有被使用,config条目格式,config关键字，表示一个配置选项的开始。 config变量类型： bool tris

10、tate string hex int,注意：prompt关键字可以省略,条件判断,“if expr” “prompt” “if” ,注意：省略了前缀 “CONFIG_”,config条目格式,依赖关系： 缺省值定义： 选择选项： 帮助信息：,“depends on”/ “requires” ,“default” “if” ,“select” “if” ,“help” or “-help-”,config条目实例分析,Kconfig文件基本要素：menu条目,menu条目用于生成菜单，格式如下：,“menu” “endmenu”,menu “Floating point emulation”

11、config FPE_NWFPE config FPE_NWFPE_XP endmenu,Kconfig文件基本要素：choice条目,choice条目将多个类似的配置选项组合在一起，供用户单选或多选，格式如下：,“choice” “endchoice”,choice prompt “ARM system type” default ARCH_VERSATILE config ARCH_AAEC2000 config ARCH_INTEGRATOR endchoice,Kconfig文件基本要素：comment条目,comment条目用于定义一些帮助信息，它在配置过程中出现在界面的第一行.并且

12、这些 帮助信息会出现在配置文件中(作为注释)，格式如下：,“comment” ,menu “Floating point emulation” comment “At least one emulation must be selected”,Kconfig文件基本要素：source条目,source条目用于读入另一个Kconfig文件， 格式如下： 配置界面操作方法 配置界面中，以*、或开头的选项表示相应功能的文件被编译进内核中、被编译 成一个模块，或者没有使用。尖括号表示相应功能的文件可以被编译成模块。 按Y键选择将它编译进内核，按M键选择 将它编译成模块，按键将不使用它。也可以按空格键进

13、行循环选择，例如：YNMY。 上/下方向键 空格键,“source” ,source “net/Kconfig”,编译内核的步骤,Step1: 拷贝config_n35为文件.config #cp config_n35 .config Step2: 修改内核目录下的Makefile,修改CROSS_COMPILE ?= arm-linux- Step3: 执行make menuconfig,并保存,如果有问题，以root权限执行 #make menuconfig Step4: 编译内核 #make zImage 编译完成后，zImage放在/arch/arm/boot/zImage,Linux

14、内核配置选项,make menuconfig 配置界面主菜单的类别,配置界面主菜单的类别,“system Type”菜单:系统类型,“Device Drivers”菜单：设备驱动程序,阶段总结,Makefile作用 Kconfig作用 内核配置编译,Linux内核启动过程概述,Linux的启动过程可以分为两部分； 架构/开发板相关的引导过程 后续的通用启动过程,Linux内核启动过程概述,第一阶段：引导阶段 引导阶段通常使用汇编语言编写，它首先检查内核是否支持当前架构的处理器，然后检 查是否支持当前开发板。通过检查后，就为调用下一阶段的start_kernel函数作准备了。这主要分如下两个步骤

15、。 （1）连接内核时使用的虚拟地址，所以要设置页表、使能MMU。 （2）调用C函数start_kernel之前的常规工作，包括复制数据段、清除BSS段、调用start_kernel函数,Linux内核启动过程概述,2440 编译内核的步骤,Step1: 拷贝config_n35为文件.config #cp config_n35 .config Step2: 修改内核目录下的Makefile,修改CROSS_COMPILE ?= arm-linux- ARM ?= arm Step3: 执行make menuconfig,并保存,如果有问题，以root权限执行 #make menuconfig

16、Step4: 编译内核 #make zImage 编译完成后，zImage放在/arch/arm/boot/zImage,引导阶段代码分析,arch/arm/kernel/head.S是内核执行的第一个文件,78 ENTRY(stext) 79msrcpsr_c, #PSR_F_BIT | PSR_I_BIT | MODE_SVC ensure svc mode 80 and irqs disabled 81bl_lookup_processor_type r5=procinfo r9=cpuid 82movsr10, r5 invalid processor (r5=0)? 83beq_er

17、ror_p yes, error p 84bl_lookup_machine_type r5=machinfo 85movsr8, r5 invalid machine (r5=0)? 86beq_error_a yes, error a ,CPU类型ID,arch/arm/kernel/head.S中执行的两个重要工作： 校验CPU ID 校验机器类型ID CPU ID 调用_lookup_processor_type函数，确定内核是否支持当前cpu 位于arch/arm/kernel/head-common.S,机器类型ID,_lookup_ machine_type函数 machine_

18、 desc结构中的nr成员 校验CPU ID 校验机器类型ID arch/arm/mach-s3c2440/mach-smdk2440.c,192 MACHINE_START(S3C2440, SMDK2440) /* Maintainer: Ben Dooks */ .phys_io= S3C2440_PA_UART, .io_pg_offst= (u32)S3C24XX_VA_UART) 18) ,static const struct machine_desc _mach_desc_S3C2440 _used _attribute_(_section_(..init) = .nr= MACH_TYPE_S3C2440, .name= “SMDK2440”,start_kernel函数部分代码分析,第