Linux驱动开发必看详解神秘内核.docVIP

在开始步入Linux设备驱动程序的神秘世界之前，让我们从驱动程序开发人员的角度看几个内核构成要素，熟悉一些基本的内核概念。我们将学习内核定时器、同步机制以及内存分配方法。不过，我们还是得从头开始这次探索之旅。因此，本章要先浏览一下内核发出的启动信息，然后再逐个讲解一些有意思的点。 　　2.1　启动过程 　　图2-1显示了基于x86计算机Linux系统的启动顺序。第一步是BIOS从启动设备中导入主引导记录(MBR)，接下来MBR中的代码查看分区表并从活动分区读取GRUB、LILO或SYSLINUX等引导装入程序，之后引导装入程序会加载压缩后的内核映像并将控制权传递给它。内核取得控制权后，会将自身解压缩并投入运转。 　　基于x86的处理器有两种操作模式：实模式和保护模式。在实模式下，用户仅可以使用1 MB内存，并且没有任何保护。保护模式要复杂得多，用户可以使用更多的高级功能(如分页)。CPU必须中途将实模式切换为保护模式。但是，这种切换是单向的，即不能从保护模式再切换回实模式。 　　内核初始化的第一步是执行实模式下的汇编代码，之后执行保护模式下init/main.c文件(上一章修改的源文件)中的start_kernel()函数。start_kernel()函数首先会初始化CPU子系统，之后让内存和进程管理系统就位，接下来启动外部总线和I/O设备，最后一步是激活初始化(init)程序，它是所有Linux进程的父进程。初始化进程执行启动必要的内核服务的用户空间脚本，并且最终派生控制台终端程序以及显示登录(login)提示。 图2-1　基于x86硬件上的Linux的启动过程 　　本节内的3级标题都是图2-2中的一条打印信息，这些信息来源于基于x86的笔记本电脑的Linux启动过程。如果在其他体系架构上启动内核，消息以及语义可能会有所不同。 　　2.1.1　BIOS-provided physical RAM map 　　内核会解析从BIOS中读取到的系统内存映射，并率先将以下信息打印出来： 　　BIOS-provided physical RAM map: 　　BIOS-e820: 0000000000000000 - 000000000009f000 (usable) 　　... 　　BIOS-e820:f800000 - 0000000100000000 (reserved) 　　实模式下的初始化代码通过使用BIOS的int 0x15服务并执行0xe820号函数(即上面的BIOS-e820字符串)来获得系统的内存映射信息。内存映射信息中包含了预留的和可用的内存，内核将随后使用这些信息创建其可用的内存池。在附录B的B.1节，我们会对BIOS提供的内存映射问题进行更深入的讲解。 图2-2　内核启动信息 　　2.1.2　758MB LOWMEM available 　　896 MB以内的常规的可被寻址的内存区域被称作低端内存。内存分配函数kmalloc()就是从该区域分配内存的。高于896 MB的内存区域被称为高端内存，只有在采用特殊的方式进行映射后才能被访问。 　　在启动过程中，内核会计算并显示这些内存区内总的页数。 2.1.3　Kernel command line: ro root=/dev/hda1 　　Linux的引导装入程序通常会给内核传递一个命令行。命令行中的参数类似于传递给C程序中main()函数的argv[]列表，唯一的不同在于它们是传递给内核的。可以在引导装入程序的配置文件中增加命令行参数，当然，也可以在运行过程中修改引导装入程序的提示行[1]。如果使用的是GRUB这个引导装入程序，由于发行版本的不同，其配置文件可能是/boot/grub/grub.conf或者是/boot/grub/menu.lst。如果使用的是LILO，配置文件为/etc/lilo.conf。下面给出了一个grub.conf文件的例子(增加了一些注释)，看了紧接着title kernel 2.6.23的那行代码之后，你会明白前述打印信息的由来。 　　default 0 #Boot the 2.6.23 kernel by default 　　timeout 5 #5 second to alter boot order or parameters 　　title kernel 2.6.23 #Boot Option 1 　　#The boot image resides in the first partition of the first disk 　　#under the /boot/ directory and is named vmlinuz-2.6.23. ro 　　#indicates that the root