第17章 設備與模塊

一、設備類型

1. Linux及Unix系統：

塊設備
字符設備
網絡設備

2.塊設備：

通常縮寫為blkdev，它是可尋址的，尋址以塊為單位，塊大小隨設備不同而不同；塊設備通常支持重定位操作，也就是對數據的隨機訪問。
塊設備是通過稱為“塊設備節點”的特殊文件來訪問的，井且通常被掛載為文件系統。

3.字符設備：

通常縮寫為cdev，它是不可尋址的，僅提供數據的流式訪問，就是一個個字符，或者一個個字節。
字符設備的例子有鍵盤、鼠標、打印機，還有大部分偽設備。字符設備是通過稱為“字符設備節點”的特殊文件來訪問的。與塊設備不同，應用程序通過直接訪問設備節點與字符設備交互。

4.網絡設備：

最常見的類型有時也以以太網設備稱呼，它提供了對網絡〈例如Internet）的訪問，這是通過－個物理適配器和一種特定的協議進行的
網絡設備打破了Unix的“所有東西都是文件”的設計原則，它不是通過設備節點來訪問，而是通過套接字API這樣的特殊接口來訪問。

5.偽設備：

大部分設備驅動是表示物理設備的，但並不是所有設備驅動都表示物理設備。有些設備驅動是虛擬的，僅提供訪問內核功能而已。我們稱為“偽設備”。

常見的如：

內核隨機數發生器（通過/dev/random和/dev/urandom 訪問）
空設備（通過/dev/null 訪問）
零設備（通過/dev/zero 訪問）
滿設備（通過/dev/full 訪問)
內存設備（通過／dev/mem 訪問）

二、模塊

1. 概述：

Linux 內核是模塊化組成的，它允許內核在運行時動態地向其中插入或從中刪除代碼。這些代碼（包括相關的子例程、數據、函數人口和函數出口）被一並組合在一個單獨的二進制鏡像中，即所謂的可裝載內核模塊中，或簡稱為模塊。
支持模塊的好處是基本內核鏡像可以盡可能地小，因為可選的功能和驅動程序可以利用模塊形式再提供。模塊允許我們方便地刪除和重新載入內核代碼，也方便了調試工作。而且當熱插拔新設備時，可通過命令載入新的驅動程序。
模塊的所有初始化函數必須符合形式：int my _ init (void);
退出函數必須符合形式：void my_exit (void);

2.構建與安裝

安裝編譯的模塊: make modules_install

產生依賴關系信息，而且在每次啟動時更新。
產生內核依賴關系的信息，root用戶可運行命令：depmod
只為新模塊生成依賴信息，不生成所有的依賴關系，root用戶可運行命令：depmod -A
模塊依賴關系信息存放在/lib/modules/version/modules.dep文件中。

載入，root用戶可運行命令：insmod module .ko

在內核via modprobe中插入模塊，root用戶可運行命令：zmodprobe module[module parameters] (參數 module 指定了需要載入的模塊各稱)。

從內核中卸載模塊，root用戶可運行命令：modprobe -r modules

三、設備模型

• 1.kobject：
  設備模型的核心部分。其中struct kobject 結構體表示，定義於頭文件＜linux/k,ρ1lij四t.b＞中。通常是嵌入其他結構中的。

• 2.ktype：
  kobject 對象被關聯到一種特殊的類型：ktype。由kobj_type 結構體表示，定義於頭文件＜linux/kobject.h＞中。為了描述一族kobject 所具有的普遍特性。

• 3.kset：
  在Linux 內核中，只有少數一些的ktype，卻有多個kset。由kset 結構體表示，定義於頭文件<linux/kobject.h＞中：

• 4.kobject、ktype、kset關系：
  kobject，讓那些包含它的結構具有了kobject 的特性。ktype 定義了一些kobject 相關的默認特性。kset 提供了兩個功能：第一，其中嵌入的kobj創作為kobject 組的基類。第二， kset 將相關的kobject 集合在一起。

• 5.管理和操作kobject：
  kobject 通過函數koject_init 進行初始化，該函數定義在文件＜linux/kobject.h＞中：void kobject_init(struct kobject kobj, struct kobj_type ktype);第一個參數就是需要初始化的kobject 對象；調用初始化函數前， kobject 必須清空；未被清空，調用memset() 即可：memset(kobj, 0, sizeof (*kobj ) );應該調用kobject_createO 創建koject。

• 6.計數：
  kobject的主要功能：提供了一個統一的引用計數系統。初始化後，kobject的引用計數設置為1；引用計數不為零，該對象就會繼續保留在內存中。引用計數跌到零時，對象可被撤銷，相關內存也被釋放。koject 的引用計數是通過kref結構體實現，該結構體定義在頭文件＜linux/kref.h＞中。

第19章 可移植性

一、可移植操作系統

有些操作系統在設計時把可移植性作為頭等大事之一，盡可能減少涉及與機器相關的代碼。匯編代碼少之又少，這樣做就是利用代碼性能優化能力換取代碼的可移植性。Minix,NetBSD和許多研究用的系統就是這種高度可移植的操作系統。
還有一些操作系統完全不顧及可移植性，盡最大可能追求代碼的性能表現，盡可能多的使用匯編代碼，這樣就是利用代碼的可移植性換取代碼的性能優化能力。這樣的系統比可移植的系統更難維護。DOS和Windows95就是這樣的操作系統。

二、字長和數據類型

ANSIC標準規定，一個char的長度一定是1字節；盡管沒有規定int類型的長度是32位，但在Linux當前支持的體系結構中，它都是32位的。short類型也類似，在當前所有支持的體系結構中，雖然沒有明文規定，但是它都是16位的。絕對不應該假定指針和long的長度，在linux當前支持的體系結構中，它們可以在32位和64位中變化。對於不同的體系結構long的長度不同，決不應該假設sizeof(int)=sizeof(long)。類似的，也不要假設指針和int長度相等。

三、本章感受

要想寫出移植性好、簡潔、合適的內核代碼，要註意以下兩點：

• 1.編碼盡量選取最大公因子：假定任何事情都可能發生，任何潛在的約束都可能存在。編碼盡量選取最小公約數：不要假定給定的內核特性是可用的，僅僅需要最小的體系結構功能。

• 2.編寫可移植性的代碼需要考慮很多問題：字長、數據類型、填充、對齊、字節次序、符號、字節順序、頁大小以及處理器的加載/存儲排序等。對於絕大多數的內核開發者來說，可能主要考慮的問題就是保證正確使用數據類型。

第20章 補丁，開發和社區

本章重點介紹了Linux編碼風格：

• 縮進——縮進風格是用制表位每次縮進8個字符長度。
• switch語句——switch語句下屬的case標記應該縮進到和switch聲明對齊，這樣有助於減少8個字符的tab鍵帶來的排版縮進。
• 空格——Linux編碼風格規定，空格放在關鍵字周圍，函數名和圓括號之間無空格。
• 花括號——內核選定的風格是左括號緊跟在語句的最後，與語句在相同的一行。而右括號要新起一行，作為該行的第一個字符。
• 每行代碼的長度——源代碼中要盡可能地保證每行代碼長度不超過80個字符，因為這樣做可能使代碼最合適在標準的80*24的終端上顯示。
• 命名規範——命名中不允許使用駱駝拼寫法、Studly Caps或者其他混合的大小寫字符。
• 函數——根據經驗，函數的代碼長度不應該超過兩屏，局部變量不應超過10個。一個函數應該功能單一而且實現精確。
• 註釋——一般情況下應該描述的是你的代碼要做什麽和為什麽要這樣做，而不是具體通過什麽方式實現的。
• typedef——使用typedef要謹慎，只有在確實需要的時候再使用它。
• 多用現成的東西——請勿閉門造車。內核本身就提供了字符串操作函數，壓縮函數和一個鏈表接口，所以請使用他們。
• 在源碼中減少使用ifdef——不贊成在源碼中使用ifdef預處理指令。
• 結構初始化——結構初始化的時候必須在他的成員前加上結構標識符。
• 代碼的事後修正——indent是一個在大多數Linux系統中都能找到的好工具，它可以按照指定的方式對源代碼進行格式化 。

20179203 《Linux內核原理與分析》第十周作業