什麼是作業系統？

指在系統中負責完成最基本功能和系統管理的部分，

作業系統有哪些組成部分？

• 核心------作業系統的內在核心
• 裝置驅動程式
• 啟動載入程式
• 命令列shell
• 其他種類的使用者介面----作業系統的外在表象
• 基本的檔案管理工具和系統工具

Linux核心的組成

Linux核心原始碼目錄結構是什麼，各目錄有什麼含義？

• arch：包含和硬體體系結構相關的程式碼，每種平臺佔一個相應的目錄，如i386、ARM、PowerPC、MIPS等。
• block：塊裝置驅動程式I/O 排程。
• crypto：常用加密和雜湊演算法（如AES、SHA等），還有一些壓縮和CRC校驗演算法。
• Documentation：核心各部分的通用解釋和註釋。
• drivers：裝置驅動程式，每個不同的驅動佔用一個子目錄，如char、block、net、mtd、i2c等。
• fs：支援的各種檔案系統，如EXT、FAT、NTFS、JFFS2 等。
• include：標頭檔案，與系統相關的標頭檔案被放置在include/linux 子目錄下。
• init：核心初始化程式碼。
• ipc：程序間通訊的程式碼。
• kernel：核心的最核心部分，包括程序排程、定時器等，而和平臺相關的一部分程式碼放在arch/*/kernel目錄下。
• lib：庫檔案程式碼。
• mm：記憶體管理程式碼，和平臺相關的一部分程式碼放在arch/*/mm目錄下。
• net：網路相關程式碼，實現了各種常見的網路協議。
• scripts：包含用於配置核心的指令碼檔案。
• security：主要包含SELinux 模組。
• sound：ALSA、OSS音訊裝置的驅動核心程式碼和常用裝置驅動。
• usr：實現了用於打包和壓縮的cpio等。

Linux核心的有哪些組成部分？

程序排程（SCHED）、記憶體管理（MM）、虛擬檔案系統（VFS）、網路介面（NET）和程序間通訊（IPC）

Linux核心的的組成部分之間有什麼關係？

• 程序排程與記憶體管理之間互相依賴。在多道程式環境下，必須為程式建立程序，而建立程序的第一件事情就是將程式和資料裝入記憶體。
• 程序間通訊子系統要依賴記憶體管理支援共享記憶體通訊機制，這種機制允許兩個程序除了擁有自己的私有空間，還可以存取共同的記憶體區域。
• 虛擬檔案系統利用網路介面支援網路檔案系統（NFS），也利用記憶體管理支援RAMDISK 裝置。
• 記憶體管理利用虛擬檔案系統支援交換，依賴於程序排程完成交換程序（swapd）定期由排程程式排程。當一個程序存取的記憶體對映被換出時，記憶體管理向檔案系統發出請求，同時，掛起當前正在執行的程序。

 

程序排程有什麼作用？

排程控制系統中的多個程序對CPU 的訪問，使得多個程序能在CPU 中微觀序列，巨集觀並行地執行。

程序排程為什麼很重要？

程序排程處於系統的中心位置，核心中其他的子系統都依賴它，因為每個子系統都需要掛起或恢復程序

程序如何在幾個狀態間切換？

在裝置驅動程式設計中，當請求的資源不能得到滿足時會怎樣？

驅動一般會排程其他程序執行，其對應的程序進入睡眠狀態，直到它請求的資源被釋放，才會被喚醒而進入就緒狀態。

裝置驅動中，如果需要幾個併發執行的任務要怎麼做？

呼叫函式int kernel_thread(int (*fn)(void *), void * arg, unsigned long flags);啟動核心執行緒。

記憶體管理的主要作用是什麼？

控制多個程序安全地共享主記憶體區域。當CPU提供記憶體管理單元（MMU）時，Linux 記憶體管理完成為每個程序進行虛擬記憶體到實體記憶體的轉換。

程序的地址空間時怎樣劃分的？

Linux 的每個程序享有4GB的記憶體空間，0～3GB屬於使用者空間，3～4GB屬於核心空間

虛擬檔案系統有什麼作用？

Linux 虛擬檔案系統（VFS）隱藏各種了硬體的具體細節，為所有裝置提供了統一的介面。而且，它獨立於各個具體的檔案系統，是對各種檔案系統的一個抽象

虛擬檔案系統如何描述檔案相關資訊？

使用超級塊super block存放檔案系統相關資訊，使用索引節點inode存放檔案的物理資訊，使用目錄項dentry存放檔案的邏輯資訊。

網路介面有什麼作用？

提供了對各種網路標準的存取和各種網路硬體的支援。

網路介面包括那兩個部分？

網路協議和網路裝置驅動程式

網路協議有什麼作用？

負責實現每一種可能的網路傳輸協議

網路裝置驅動程式有什麼作用？

負責與硬體裝置進行通訊，每一種可能的硬體裝置都有相應的裝置驅動程式。

程序通訊有什麼作用？

協助多個程序、多資源的互斥訪問、程序間的同步和訊息傳遞

有哪些程序通訊機制？

訊號量、共享記憶體、管道、訊息佇列、Socket通訊、Binder通訊

ARM處理器有幾種工作模式？

• 使用者模式（usr）：大多數的應用程式執行在使用者模式下，當處理器執行在使用者模式下時，某些被保護的系統資源是不能被訪問的。
• 快速中斷模式（fiq）：用於高速資料傳輸或通道處理。
• 外部中斷模式（irq）：用於通用的中斷處理。
• 管理模式（svc）：作業系統使用的保護模式。
• 資料訪問終止模式（abt）：當資料或指令預取終止時進入該模式，可用於虛擬儲存及儲存保護。
• 系統模式（sys）：執行具有特權的作業系統任務。
• 未定義指令中止模式（und）：當未定義的指令執行時進入該模式，可用於支援硬體協處理器的軟體模擬。

為什麼要劃分核心空間和使用者空間？

核心可進行任何操作，而應用程式則被禁止對硬體的直接訪問和對記憶體的未授權訪問。劃分核心空間和使用者空間用來區分程式執行的這兩種不同狀態，它們使用不同的地址空間。

如何實現從使用者空間到核心空間的控制轉移？

只能通過系統呼叫和硬體中斷完成

Linux核心的編譯及載入

核心的配置系統由哪既部分組成？

• Makefile：分佈在Linux 核心原始碼中的Makefile，定義Linux 核心的編譯規則。
• 配置檔案（Kconfig）：給使用者提供配置選擇的功能。
• 配置工具：包括配置命令直譯器（對配置指令碼中使用的配置命令進行解釋）和配置使用者介面（提供字元介面和圖形介面）。這些配置工具都是使用指令碼語言編寫的，如Tcl/TK、Perl等。

使用make config、make menuconfig等命令後生成一個.config配置檔案，有什麼作用？

記錄哪些部分被編譯入核心、哪些部分被編譯為核心模組。

在Linux 核心中增加程式需要完成哪些工作？

• 將編寫的原始碼複製到Linux 核心原始碼的相應目錄。
• 在目錄的Kconfig檔案中增加新原始碼對應專案的編譯配置選項。
• 在目錄的 Makefile檔案中增加對新原始碼的編譯條目。

為S3C2410 的LED 編寫了驅動，原始碼為s3c2410-led.c，為使核心能支援對該模組的編譯配置，需要完成哪些工作？

• 將編寫的s3c2410-led.c原始碼複製到linux-2.6.15.5\drivers\char 目錄。
• 在目錄的Kconfig檔案中增加LED 的編譯配置選項，如下所示：

config S3C2410_LED
bool "S3C2410 LED Driver"
depends on ARCH_S3C2410
help
LED driver for the Samsung S3C2410.

•  在目錄的 Makefile檔案中增加對s3c2410-led.c原始碼的編譯，obj-$(CONFIG_S3C2410_LED) += s3c2410-led.o

kbuild Makefile的語法中目標定義有什麼作用？

目標定義，用來定義哪些內容要作為模組編譯，哪些要編譯並連線進核心

kbuild Makefile的語法中如何進行目標定義？

1. 例如：obj-y += foo.o
2. 根據.config 檔案的CONFIG_變數來決定檔案的編譯方式，如下所示：

 obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
 obj-$(CONFIG_ISDN_PPP_BSDCOMP) += isdn_bsdcomp.o

什麼是多檔案模組的定義？

如果一個模組由多個檔案組成，這時候應採用模組名加-objs字尾或者-y字尾的形式來定義模組的組成檔案。

如何進行多檔案模組的定義？

///1---如-y形式
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
ext2-y := balloc.o bitmap.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o

///2---如-objs的形式：
obj-$(CONFIG_ISDN) += isdn.o
isdn-objs := isdn_net_lib.o isdn_v110.o isdn_common.o

什麼是目錄層次的迭代？

形如obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/的定義，如果CONFIG_EXT2_FS值為y或m時，kbuild將會把ext2 目錄列入向下迭代的目標中，具體ext2 目錄下的檔案是要作為模組編譯還是鏈入核心由ext2 目錄下的Makefile檔案的內容決定。

核心配置指令碼檔案Kconfig的語法中“config”關鍵字有什麼作用？

“config”關鍵字定義新的配置選項，之後的幾行定義了該配置選項的屬性。

配置選項的屬性有哪些？

型別、資料範圍、輸入提示、依賴關係（及反向依賴關係）、幫助資訊和預設值等

配置選項的型別有哪些？

配置選項都必須指定型別，型別包括bool、tristate、string、hex 和int。

如何指定配置選項的型別？

///方法1---：
bool "Networking support"
///方法2----：
bool
prompt "Networking support"

如何定義資料範圍？

range <symbol> <symbol> [if <expr>]

資料範圍symbol的值如何指定？

symbol 分為兩類，一類是由選單入口定義配置選項定義的非常數symbol，另一類是作為expr 組成部分的常數symbol。為int 和hex 型別的選項設可以接受的輸入值範圍，使用者只能輸入大於等於第一個symbol，小於等於第二個symbol 的值。

如何定義輸入提示？
prompt <prompt> [if <expr>]

如何定義依賴關係？

///方法1---
bool "foo" if BAR
default y if BAR
///方法2---
depends on BAR
bool "foo"
default y

depends 能限定一個symbol 的上限，即如果A依賴於B，B的配置如何影響A？

在B被配置為“Y”的情況下，A可以為“Y”、“M”和“N”；在B被配置為“M”的情況下，A可以被配置為“M”或“N”；B在被配置為“N”的情況下，A只能為“N”。

如何定義反向依賴關係？

    select <symbol> [if <expr>]

select能限定一個symbol的下限，若A反向依賴於B，B的配置如何影響A？

A的配置值會高於或等於B（正好與depends 相反）。如果symbol 反向依賴於多個物件，則它的下限是這些物件的最大值。

如何定義多個依賴關係？

多個依賴關係之間用“&&”間隔，

如何定義expr（表示式）？

 <expr> ::= <symbol>
            <symbol> '=' <symbol>
            <symbol> '!=' <symbol>
            '(' <expr> ')''!' <expr>
             <expr> '&&' <expr>
             <expr> '||' <expr>

如何定義幫助資訊？

help（或---help---）
開始
…
結束

如何定義配置選項的預設值?

default <expr> [if <expr>]

配置選項的預設值有什麼作用？

如果使用者不設定對應的選項，配置選項的值就是預設值。

任意多個預設值情況下，如何確定哪個配置選項的預設值是有效的？

存在任意多個預設值情況下，只有第一個被定義的值是可用的。

在選單樹結構中如何確定選單入口的位置？

1. 所有處於“menu”和“endmenu”之間的選單入口都會成為“Network device support”的子選單。而且，所有子選單選項都會繼承父選單的依賴關係，比如，“Network device support”對“NET”的依賴被加到了配置選項NETDEVICES的依賴列表中。
2. 如果選單選項在一定程度上依賴於前面的選項，它就能成為該選項的子選單。如果父選項為“N”，則子選項不可見；如果父選項為“Y”或“M”，則子選項可見。MODVERSIONS直接依賴MODULES，如果MODULES不為“N”，該選項才可見。

///方法1---
menu "Network device support"
      depends on NET
      config NETDEVICES
…
endmenu

///方法2---
config MODULES
bool "Enable loadable module support"
config MODVERSIONS
bool "Set version information on all module symbols"
depends on MODULES
comment "module support disabled"
depends on !MODULES

在X86 PC上從上電/復位到執行Linux 使用者空間，進入與Linux 相關程式碼之前，會經歷哪些階段？

1. 當系統上電或復位時，CPU會將PC指標賦值為一個特定的地址0xFFFF0，並執行該地址處的指令。在PC 中，該地址位於BIOS 中，它儲存在主機板上的ROM 或Flash中。
2.  BIOS執行時按照CMOS的設定定義的啟動裝置順序來搜尋處於活動狀態，並且可以引導的裝置。若從硬碟啟動，BIOS會將硬碟MBR（主引導記錄）中的內容載入到RAM。MBR 是一個512 位元組大小的扇區，位於磁碟上的第一個扇區中（0 道0柱面1 扇區）。當MBR被載入到RAM 中之後，BIOS就會將控制權交給MBR。
3. 主引導載入程式查詢並載入次引導載入程式。它在分割槽表中查詢活動分割槽，當找到一個活動分割槽時，掃描分割槽表中的其他分割槽，以確保它們都不是活動的。當這個過程驗證完成之後，就將活動分割槽的引導記錄從這個裝置中讀入RAM中並執行它。
4. 次引導載入程式載入Linux核心和可選的初始RAM 磁碟，將控制權交給Linux核心原始碼。
5. 執行被載入的核心，並啟動使用者空間應用程式。

Linux下的C 程式設計

Linux中巨集定義、變數名、函式名命名習慣是什麼？

#define PI 3.1415926
int min_value, max_value;//單詞之間以_相連
void send_data(void);

如何定義零長陣列？

struct var_data
{
int len;
char data[0];
};

零長陣列有什麼作用？

char data[0]僅僅意味著程式中通過var_data 結構體例項的data[index]成員可以訪問len 之後的第index 個地址，它並沒有為data[]陣列分配記憶體，因此sizeof(structvar_data)=sizeof(int)。

如何利用零長陣列訪問資料？

struct var_data s;
...
for (i = 0; i < s.len; i++)
{
printf("%02x", s.data[i]);
}

如何使用case語法結構？

//case x…y這樣的語法，區間[x,y]的數都會滿足這個case的條件，
switch (ch)
{
case '0'... '9': c -= '0';
break;
case 'a'... 'f': c -= 'a' - 10;
break;
case 'A'... 'F': c -= 'A' - 10;
break;
}
//程式碼中的case '0'... '9'等價於標準C中的如下程式碼：
case '0': case '1': case '2': case '3': case '4':
case '5': case '6': case '7': case '8': case '9':

什麼是語句表示式？

包含在括號中的複合語句看做是一個表示式，稱為語句表示式，它可以出現在任何允許表示式的地方

如何定義和使用語句表示式？

#define min_t(type,x,y) ({ type _ _x = (x); type _ _y = (y); _ _x < _ _y ? _ _x: _ _y; })
int ia, ib, mini;
float fa, fb, minf;
mini = min_t(int, ia, ib);
minf = min_t(float, fa, fb);

typeof 關鍵字有什麼作用？

typeof(x)語句可以獲得x 的型別

如何使用typeof 關鍵字？

通過程式碼行(void) (&_x == &_y)的作用是檢查_x 和_y的型別是否一致

#define min(x,y) ({ const typeof(x) _x = (x); const typeof(y) _y = (y); (void) (&_x == &_y); _x < _y ? _x : _y; })

如何定義可變引數的巨集？

arg 表示其餘的引數可以是零個或多個，這些引數以及引數之間的逗號構成 arg 的值，在巨集擴充套件時替換arg，使用“##”的原因是處理arg 不代表任何引數的情況，這時候，前面的逗號就變得多餘了。使用“##”之後，GNU C前處理器會丟棄前面的逗號。

#define pr_debug(fmt,arg...) printk(fmt,##arg)
//例如下列程式碼：
pr_debug("%s:%d",filename,line)
//會被擴充套件為：
printk("%s:%d", filename, line)

如何使用當前函式名？

_ _FUNCTION_ _儲存函式在原始碼中的名字，_ _PRETTY_FUNCTION_ _儲存帶語言特色的名字

void example()
{
printf("This is function:%s", _ _FUNCTION_ _);
}
//程式碼中的_ _FUNCTION_ _意味著字串“example”

什麼是特殊屬性宣告？

GNU C允許宣告函式、變數和型別的特殊屬性，以便進行手工的程式碼優化和定製程式碼檢查的方法。

如何進行特殊屬性宣告？

指定一個宣告的屬性，只需要在聲明後新增__attribute__(( ATTRIBUTE ))。其中ATTRIBUTE 為屬性說明，如果存在多個屬性，則以逗號分隔。

//noreturn
# define ATTRIB_NORET _ _attribute_ _((noreturn)) ....
asmlinkage NORET_TYPE void do_exit(long error_code) ATTRIB_NORET;
//format
asmlinkage int printk(const char * fmt, ...) _ _attribute_ _ ((format(printf, 1, 2)));
//aligned,表示該結構型別的變數以4 位元組對界。
struct example_struct{
char a;
int b;
long c;
} _ _attribute_ _((aligned(4)));
//packed
struct example_struct{
char a;
int b;
long c _ _attribute_ _((packed));
};

有哪些特殊屬性？

• noreturn 屬性作用於函式，表示該函式從不返回。這會讓編譯器優化程式碼，並消除不必要的警告資訊
• format屬性也用於函式，表示該函式使用printf、scanf 或strftime 風格的引數，指定format屬性可以讓編譯器根據格式串檢查引數型別
• unused屬性作用於函式和變數，表示該函式或變數可能不會被用到，這個屬性可以避免編譯器產生警告資訊。
• aligned屬性用於變數、結構體或聯合體，指定變數、結構體或聯合體的對界方式，以位元組為單位，
• packed屬性作用於變數和型別，用於變數或結構體成員時表示使用最小可能的對界，用於列舉、結構體或聯合體型別時表示該型別使用最小的記憶體

do{}while(0)有什麼作用？

保證巨集定義的使用者能無編譯錯誤地使用巨集，它不對其使用者做任何假設。

用於錯誤處理的goto使用時需要注意什麼？

需保證在錯誤處理時登出、資源釋放的順序與正常的註冊、釋放申請的順序相反。