安裝新內(nèi)核

內(nèi)核生成好之后，你需要安裝它,，如何安裝于系統(tǒng)架構(gòu)和引導(dǎo)加載程序有關(guān),，我們以x86架構(gòu)，grub引導(dǎo)加載程序為例進行說明,。

首先將arch/i386/boot/bzImage拷貝到/boot,，重命名為vmlinuz- version，這里的version也是版本號,，然后編輯/boot/grub/grub.conf,，為新內(nèi)核添加相應(yīng)的項目,，如果是使用LILO引導(dǎo)裝載程序，則修改/etc/lilo.conf文件,，然后運行l(wèi)ilo,。

模塊的安裝與系統(tǒng)架構(gòu)無關(guān)，都是自動完成的,，以root用戶運行：

% make modules_install

這個命令會將所有編譯好的模塊安裝到/lib/modules下對應(yīng)的子目錄中,。

生成過程會在源代碼樹根目錄下創(chuàng)建一個System.map文件，它包含一個符號查找表,，映射內(nèi)核符號到它們的起始地址,，在調(diào)試期間可以用它將內(nèi)存地址轉(zhuǎn)換成函數(shù)和變量名。

可能會遇到的問題

與普通用戶空間的應(yīng)用程序相比,，Linux內(nèi)核有多個特殊的屬性,，下面是我認為最重要的一些不同：

◆內(nèi)核既不訪問C庫也不訪問標(biāo)準C頭；

◆內(nèi)核是用GNU C編碼的,；

◆內(nèi)核缺少用戶空間提供的內(nèi)存保護,；

◆內(nèi)核不能容易地執(zhí)行浮點運算；

◆內(nèi)核有一個小型的固定大小的進程堆棧,；

◆由于內(nèi)核支持異步中斷和SMP,，因此同步和并發(fā)是內(nèi)核主要擔(dān)心的問題；

◆可移植性也很重要,。

下面我們就逐個來了解一下這些問題,，所有內(nèi)核開發(fā)人員都必須記住它們。

無libc或標(biāo)準頭

和用戶空間應(yīng)用程序不一樣,，內(nèi)核并沒有鏈接到標(biāo)準的C庫,，也沒有鏈接到任何其它的庫，這樣設(shè)計的原因有很多,，包括如先有雞還是先有蛋的問題,，但主要原因還是速度和內(nèi)核大小，不要說完整的C庫,，就是它的一個子集也夠大,，內(nèi)核太大只會導(dǎo)致效率低下。

不要擔(dān)心,，許多常用的libc函數(shù)都在內(nèi)核中實現(xiàn)了,，例如，常見的字符串操作函數(shù)就位于lib/string.c中,，只需要包括它的頭文件<linux/string.h >就可以了,。

這里的頭文件指的是內(nèi)核源代碼樹中的頭文件，內(nèi)核也只能使用樹內(nèi)的頭文件,，基礎(chǔ)文件位于源代碼根目錄的include/目錄下,，例如,，<linux/inotify.h>頭文件就位于include/linux/inotify.h。

與架構(gòu)相關(guān)的頭文件則位于arch/<architecture>/include/asm,，例如,，如果在x86架構(gòu)下編譯，與你架構(gòu)相關(guān)的文件就是arch/x86/include/asm,，只需要在引用這些頭的地方加上asm/前綴即可,，如<asm/ioctl.h>。

漏掉的大部分都是類似printf()這樣的函數(shù),，內(nèi)核不會使用printf(),，但它提供了printk()函數(shù)，其表現(xiàn)絕不比printf()差,，printk()會拷貝格式化的字符串到內(nèi)核日志緩沖區(qū),，syslog程序就是從這里讀取信息的，其用法也和printf()類似：

printk("Hello world! A string '%s' and an integer '%d'\n", str, i);

printf()和printk()之間最大的不同是,，printk()允許你指定一個優(yōu)先級標(biāo)記,，syslogd使用這個標(biāo)記確定在哪里顯示內(nèi)核消息，下面是一個使用優(yōu)先級標(biāo)記的示例：

printk(KERN_ERR "this is an error!\n");

注意在KERN_ERR和打印的消息之間沒有逗號,，這是故意這么設(shè)計的,，優(yōu)先級使用一個預(yù)定義的字符定義，在編譯期間它與打印的信息是串聯(lián)的,。

GNU C

和許多Unix內(nèi)核類似,，Linux內(nèi)核也是用C編寫的，但也許會讓人很意外,，內(nèi)核不是用嚴謹?shù)腁NSI C編寫的,，內(nèi)核開發(fā)人員用的卻是gcc（GNU編譯器集,，包含了編譯內(nèi)核和Linux C程序的C編譯器）中的各種語言擴展,。

內(nèi)核開發(fā)人員同時使用了C語言的ISO C99和GNU C擴展，這些變化讓Linux內(nèi)核與gcc結(jié)合得更緊密,，但最近又出現(xiàn)了一個編譯器 – 英特爾的C編譯器 – 也對gcc的功能支持得相當(dāng)好,，因此也可以用它來編譯Linux內(nèi)核。最低支持的gcc版本是3.2,，建議采用gcc 4.4或更高的版本編譯,。使用ISO C99擴展也是可以的，因為C99是C語言的官方版本,。

內(nèi)聯(lián)函數(shù)

C99和GNU C都支持內(nèi)聯(lián)函數(shù),，內(nèi)聯(lián)函數(shù)是直接插入到每個函數(shù)調(diào)用的位置的，消除了函數(shù)調(diào)用和返回的開銷,，允許進一步優(yōu)化,，因為編譯器可以同時優(yōu)化調(diào)用者和被調(diào)用函數(shù),，但它也有缺點，代碼大小會增加,，因為函數(shù)的內(nèi)容被直接復(fù)制到所調(diào)用者內(nèi)部了,，因此也會增加內(nèi)存消耗和指令緩存空間。內(nèi)核開發(fā)人員一般在小型時間很關(guān)鍵的函數(shù)中才會使用內(nèi)聯(lián)函數(shù),。

定義函數(shù)時,，使用static和inline關(guān)鍵字聲明內(nèi)聯(lián)函數(shù)，例如：

static inline void wolf(unsigned long tail_size)

函數(shù)必須先聲明后使用,，否則編譯器就不能使函數(shù)內(nèi)聯(lián),，一般做法是將內(nèi)聯(lián)函數(shù)放在頭文件中，因為它們被標(biāo)記為static,，不會創(chuàng)建輸出函數(shù),，如果內(nèi)聯(lián)函數(shù)僅在一個文件中使用，可以放在該文件的頂部,。

在內(nèi)核中,，與復(fù)雜的宏相比，出于安全和可讀性方面考慮,，內(nèi)聯(lián)函數(shù)是首選,。

內(nèi)聯(lián)匯編

Gcc C編譯器允許在C函數(shù)中嵌入?yún)R編指令，asm()編譯器指令用于內(nèi)聯(lián)匯編代碼,，例如,，這個內(nèi)聯(lián)匯編指令執(zhí)行x86處理器的rdtsc指令，返回時間戳寄存器（tsc）的值：

unsigned int low, high;
asm volatile("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));
/* low and high now contain the lower and upper 32-bits of the 64-bit tsc */

Linux內(nèi)核是用C和匯編語言混合編寫的,，與底層硬件相關(guān)的代碼很多都是用匯編語言寫的,，剩下的大部分內(nèi)核代碼都是直接用C編寫的。

分支注解

Gcc C編譯器內(nèi)置了一個指令優(yōu)化條件分支,，內(nèi)核將這個打包成易于使用的宏 - likely()和unlikely(),。

先看下面這樣的if語句：

if (error) {
/* ... */
}

將這個分支標(biāo)記為非常不可能采用

/* we predict 'error' is nearly always zero ... */
if (unlikely(error)) {
/* ... */
}

相反，將這個分支標(biāo)記為非?？赡懿捎?/p>

/* we predict 'success' is nearly always nonzero ... */
if (likely(success)) {
/* ... */
}

當(dāng)分支指令已經(jīng)知道一個優(yōu)先級,，或你想在一種情況下優(yōu)化另一種情況時應(yīng)該使用上述指令，最重要的是,，當(dāng)分支正確標(biāo)記時,，這些指令會提升性能，但如果分支標(biāo)記錯誤則會降低性能,，在內(nèi)核代碼中,，unlikely()要使用得更多，因為if語句傾向于表示一種特殊情況。

無內(nèi)存保護

當(dāng)用戶空間的應(yīng)用程序嘗試一個非法的內(nèi)存訪問時,，內(nèi)核可以捕捉到錯誤,，發(fā)送SIGSEGV信號，殺掉進程,，如果內(nèi)核嘗試一個非法的內(nèi)存訪問時,，結(jié)果就不受控制了，因為誰也無法去控制內(nèi)核,，這也是內(nèi)核最主要的失誤,。

此外，內(nèi)核內(nèi)存也是不可分頁的,，因此你消耗的每個內(nèi)存字節(jié)都比物理內(nèi)存的一個字節(jié)要少,。

不能（容易）使用浮點數(shù)

當(dāng)用戶空間進程使用浮點指令時，內(nèi)核要負責(zé)處理從整型到浮點模式的轉(zhuǎn)換,。

與用戶空間不一樣,，內(nèi)核不能無縫支持浮點數(shù)，因為它自己不能輕易地捕捉到自己,，在內(nèi)核中使用浮點數(shù)需要手動保存和恢復(fù)浮點數(shù)寄存器,，因此除非卻有必要，否則盡量不要在內(nèi)核中做浮點運算,。

小型,，固定大小的堆棧

用戶空間可以靜態(tài)分配許多不同的堆棧，包括巨型結(jié)構(gòu)和千元數(shù)組,，這個行為是合法的,，因為用戶空間有很大的堆棧，并可以動態(tài)增長,。

內(nèi)核堆棧不大也不是動態(tài)的,，相反，它很小且是固定的,，內(nèi)核堆棧的精確大小根據(jù)架構(gòu)有所不同,，在x86上，堆棧大小是在編譯時確定的,，一般是4KB或8KB,，歷史上,，內(nèi)核堆棧有2頁,，通常表示它處于32位架構(gòu)上，大小是8KB,，如果是16KB就表示是64位架構(gòu),，總之大小是固定的，每個進程接收它自己的堆棧。

同步和并發(fā)

內(nèi)核最容易受競爭條件影響,，和一個單線程的用戶空間應(yīng)用程序不一樣,，有許多內(nèi)核特性允許同時訪問共享資源，因此需要同步以防止競爭,，特別是：

◆Linux是一種搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng),，進程是由內(nèi)核的進程調(diào)度器隨意調(diào)度和再次調(diào)度的，內(nèi)核必須在這些任務(wù)之間同步,；

◆Linux支持對稱多處理（SMP）,，因此，如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo,，在兩個或多個處理器上同時執(zhí)行的內(nèi)核代碼可能會同時訪問相同的資源,；

◆中斷是異步發(fā)生的，因此,，如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo,，在訪問資源期間也可能發(fā)生中斷，中斷處理程序可能就會訪問到相同的資源,；

◆Linux是有優(yōu)先權(quán)的,，因此，如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo,，內(nèi)核代碼可能會優(yōu)先執(zhí)行,，訪問其它代碼正在使用的資源。

解決這些問題的一般方法是自旋鎖和信號量,。

可移植性的重要性

雖然用戶空間應(yīng)用程序一般不會太重視可移植性,，但Linux的確是一個可移植性操作系統(tǒng)，應(yīng)該保持一致,，這意味著與架構(gòu)無關(guān)的C代碼必須在大量的系統(tǒng)上正確地編譯和運行,，與架構(gòu)相關(guān)的代碼必須在內(nèi)核源代碼樹中使用特定的目錄分隔開。

總結(jié)

可以肯定,，內(nèi)核有它獨特的性質(zhì),，它有它自己的一些原則，不過,，內(nèi)核的復(fù)雜性和障礙與其它大型軟件項目相比,，并沒有什么大的不同，Linux開發(fā)道路上最重要的一步是認識到內(nèi)核并不可怕,，不熟悉,？當(dāng)然！不可逾越,？當(dāng)然不是,！