linux内核情景分析

《Linux内核分析》课程实验指导书

实验一、进程管理实验

【实验目的】

1、加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别 2、进一步认识并发执行的实质

3、分析进程争用资源的现象，学习理解进程互斥的方法 4、了解linux系统中进程通信的基本原理

【实验内容】

编写一段程序，实现软中断通信。

使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上发出的中断信号（即按Del键），当父进程接受到这两个软中断的其中某一个后，父进程用系统调用kill() 向两个子进程分别发送整数值为16和17软中断信号，子进程获得对应软中断信号，然后分别输出下列信息后终止：

Child process 1 is killed by parent !! Child process 2 is killed by parent !! 父进程调用wait()函数等待两个子进程终止后，输出以下信息，结束进程执行：Parent process is killed!!

多运行几次编写的程序，简略分析出现不同结果的原因。

【实验指导】

（1） 算法流程图（图1-1）

图1-1 软中断通信程序流程图 （2）参考程序源代码 #

Linux 内核解析

I Bootstrap

1 汇编代码分析

2 start_kernel函数

3 准备进入用户态 3.1 Initrd初始化

3.1.0 准备知识

在讲述如何释放initrd到rootfs之前，有比较讲述一下什么是rootfs，rootfs的初始化相关的函数；以及rootfs的初始化函数是如何被调用的。

这里所说的rootfs指的是VFS的根节点/，以及在内存中创建的根目录/下的文件和目录节点，这个文件系统仅仅存在于内存之中，由内核初始化的时候负责创建，该文件系统不会存储到其它非易失性介质上。该rootfs文件系统mnt_init函数调用init_rootfs和init_mount_tree两个函数来负责创建和初始化： void __init mnt_init(void) { ...... //这个函数很简单，就是注册了rootfs 的文件系统。 init_rootfs(); //在这里，将rootfs 文件系统挂载，它的挂载点默认为”/”。 //最后切换进程的根目录和当前目录为”/”，这也就是根目录的由来。 //不过这里只是初始化，等挂载完具体的文件系统之后， //一般都会将根目录切换到具体的文件系统，所以在系统

本章将为大家介绍内核中存在的各种任务调度机理以及它们之间的逻辑关系（这里将覆盖进程调度、推后执行、中断等概念、），在此基础上向大家解释内核中需要同步保护的根本原因和保护方法。最后提供一个内核共享链表同步访问的例子，帮助大家理解内核编程中的同步问题。

内核任务调度与同步关系引言

对于从事应用程序开发的朋友来说，用户空间的任务调度与同步之间的关系相对简单，无需过多考虑需要同步的原因。这一是因为在用户空间中各个进程都拥有独立的运行空间，进程内部的数据对外不可见，所以在各个进程即使并发执行也不会产生对数据访问的竞争。第二是因为用户空间与内核空间独立，所以用户进程不会与内核任务交错执行，因此用户进程不存在与内核任务并发的可能。以上两个原因使得用户同步仅仅需要在进程间通讯和多线程编程时需要考虑。

但是在内核空间中情况要复杂的多，需要考虑同步的原因大大增加了。这是因为内核空间中的共享数据对内核中的所有任务可见，所以当在内核中访问数据时，就必须考虑是否会有其他内核任务并发访问的可能、是否会产生竞争条件、是否需要对数据同步。而内核并发的“罪魁祸首”便是内核中复杂多变的任务调度——这里的任务调度包含所有可能引起内核任务更换的情况。

并发，竞争和同步的概念

Linux内核QoS实现机制

1. QoS介绍

QoS（Quality of Service）即服务质量。对于网络业务，服务质量包括传输的带宽、传送的时延、数据的丢包率等。在网络中可以通过保证传输的带宽、降低传送的时延、降低数据的丢包率以及时延抖动等措施来提高服务质量。

网络资源总是有限的，只要存在抢夺网络资源的情况，就会出现服务质量的要求。服务质量是相对网络业务而言的，在保证某类业务的服务质量的同时，可能就是在损害其它业务的服务质量。例如，在网络总带宽固定的情况下，如果某类业务占用的带宽越多，那么其他业务能使用的带宽就越少，可能会影响其他业务的使用。因此，网络管理者需要根据各种业务的特点来对网络资源进行合理的规划和分配，从而使网络资源得到高效利用。

流量控制包括以下几种方式： ?

SHAPING(限制)

当流量被限制，它的传输速率就被控制在某个值以下。限制值可以大大小于有效带宽，这样可以平滑突发数据流量，使网络更为稳定。shaping（限制）只适用于向外的流量。

?

SCHEDULING(调度)

通过调度数据包的传输，可以在带宽范围内，按照优先级分配带宽。SCHEDULING(调度)也只适于向外的流量。

?

POLICING(策略)

SHA

Linux-3.10-x86_64 内核配置选项简介

64-bit CONFIG_64BIT

编译64位内核.本文仅讲述x86_64(AMD64)平台的内核编译,所以这个是必选项.

kernel

General setup 常规设置

Cross-compiler CONFIG_CROSS_COMPILE

交叉编译工具前缀(比如\相当于使用\CROSS_COMPILE=arm-linux-\进行编译).除非你想配置后默认自动进行交叉编译,否则不要使用此选项. Local

version

-

append

to

kernel

release

tool

prefix

CONFIG_LOCALVERSION

在内核版本后面加上自定义的版本字符串(最大64字符),可以用\-a\命令看到

Automatically append version information to the version string CONFIG_LOCALVERSION_AUTO

自动在版本字符串(CONFIG_LOCALVERSION)后面添加版本信息(类似\格式),需要有perl以及git仓库支持 Kernel compression mode

内核镜像的压缩格式,可选

Linux内核配置文档

一、 引言：

本文档的内容大部份内容都是从网上收集而来，然后配合一些新的截图（内核版本：V2.4.19）。在每一配置项后会有一个选择指南的部份，用来指导大家怎么样根据自己的情况来做相应的选择；还有在每一个大项和文档的最后会有一个经验谈，它是一些高手们在应对问题和处理特有硬件时的一些经验（这个还得靠各位）。文档最后会发到网上，到时会根据网友们的回复随时进行更新。

二、 配置内核：

1

1. Code maturity level options：代码成熟等级。

1.1. prompt for development and/or incomplete code/drivers.

如果要试验现在仍处于实验阶段的功能，比如khttpd、IPv6等，就必须把该

项选择为Y了；否则可以把它选择为N。在Linux的世界里，每天都有许多人为它发展支持的driver和加强它的核心。但是有些driver还没进入稳定的阶段。但其作

者很欢迎其他人去测试这些driver并提出一些bugs。这个问题是说，有一些drive

还在做测试中，问您是否要选择这些drive或支持的程序码。 如果键入Y，往后将会出现一些还在

Linux 操作系统内核 基本实验指导 Contents z 实验大纲 z 系统安装实验 z Linux内核实验 z 进程管理实验 z 存储管理实验 z 进程通信实验 z I/O 设备管理实验 z 文件系统管理实验 1．实验大纲 1.1 实验目的

在学习《操作系统》课程内容同时，以开放式源代码操作系统 Linux 为实验

平台，同步完成 Linux 操作系统内核的代码分析和修改等 7 组基本课程实验。通 过实验，熟悉 Linux 系统使用方法，掌握 Linux 内核系统结构，了解 Linux 进程 管理、存储管理、设备管理、文件系统等资源管理功能的实现机理和典型算法。 初步掌握运用内核开发环境对内核进行修改完善的能力。

通过本课程实验，使得学生熟悉 Linux 操作系统相关技术，并进一步巩固

课堂所学有关操作系统人机界面和资源管理得相关知识；并通过 Linux 源代码分 析和简单编程，培养学生对实际操作系统的基本系统分析能力。 1.2 实验内容

Linux 基本实验由以下 7 组实验组成。 1.2.1 第 1 组 系统安装实验 实验 1.1 Linux 系统安装

从 CD-ROM 安装 Red Hat Linux 操作系统，如 Red Hat

Linux-3.10-x86_64 内核配置选项简介

64-bit CONFIG_64BIT

编译64位内核.本文仅讲述x86_64(AMD64)平台的内核编译,所以这个是必选项.

kernel

General setup 常规设置

Cross-compiler CONFIG_CROSS_COMPILE

交叉编译工具前缀(比如\相当于使用\CROSS_COMPILE=arm-linux-\进行编译).除非你想配置后默认自动进行交叉编译,否则不要使用此选项. Local

version

-

append

to

kernel

release

tool

prefix

CONFIG_LOCALVERSION

在内核版本后面加上自定义的版本字符串(最大64字符),可以用\-a\命令看到

Automatically append version information to the version string CONFIG_LOCALVERSION_AUTO

自动在版本字符串(CONFIG_LOCALVERSION)后面添加版本信息(类似\格式),需要有perl以及git仓库支持 Kernel compression mode

内核镜像的压缩格式,可选

Linux-3.10-x86_64 内核配置选项简介

64-bit CONFIG_64BIT

编译64位内核.本文仅讲述x86_64(AMD64)平台的内核编译,所以这个是必选项.

kernel

General setup 常规设置

Cross-compiler CONFIG_CROSS_COMPILE

交叉编译工具前缀(比如\相当于使用\CROSS_COMPILE=arm-linux-\进行编译).除非你想配置后默认自动进行交叉编译,否则不要使用此选项. Local

version

-

append

to

kernel

release

tool

prefix

CONFIG_LOCALVERSION

在内核版本后面加上自定义的版本字符串(最大64字符),可以用\-a\命令看到

Automatically append version information to the version string CONFIG_LOCALVERSION_AUTO

自动在版本字符串(CONFIG_LOCALVERSION)后面添加版本信息(类似\格式),需要有perl以及git仓库支持 Kernel compression mode

内核镜像的压缩格式,可选

编 译 Linux 内 核

编译Linux内核

在linux操作系统环境下重新编译内核。实验主要内容： ? 查找并且下载一份内核源代码 ? 配置内核

? 编译内核和模块 ? 配置启动文件

本次实验指导是在Ubuntu 12.04（内核版本为3.2.0-23-generic-pae）的Linux系统里，下载并编译新的Linux内核源代码（鼓励选用最新版本，如3.14.4）；然后，配置GNU的启动引导工具grub，成功运行编译成功

1

的Linux内核。

实验指导

1. 查找并且下载一份内核源代码

Linux受GNU通用公共许可证（GPL）保护，其内核源代码是完全开放的。现在很多Linux的网站都提供内核代码的下载。推荐使用Linux的官方网站：http://www.kernel.org。

图1 Linux的官方网站

在Linux下可以通过wget命令下载源代码：

$ cd /tmp

$ wget http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.