【正文】 《嵌入式 Linux內(nèi)核詳細(xì)設(shè)計(jì)說明書》 擬制： 校對(duì)： 審核： 湖南計(jì)算機(jī)股份有限公司 嵌入式系統(tǒng)研究所 目錄 1. 引言 ......................................................................2 參考資料 ....................................................................... 2 術(shù)語和縮寫詞 ................................................................... 2 2. 設(shè)計(jì)概覽 ...................................................................5 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)因素以及各自重要性的排序（例如，功能、性能、可靠性、硬件、內(nèi)存考 慮等等） ......................................................................... 5 不同設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià) ............................................................. 5 對(duì)所選設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)圖示及討論 ............................................... 5 開發(fā)環(huán)境（如開發(fā)語言、硬件、外設(shè)等等） ......................................... 6 3. 設(shè)計(jì)描述 ...................................................................7 全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ................................................................... 7 進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng) ................................................................ 25 模塊功能概覽 ............................................................ 25 詳細(xì)輸入、輸出及處理描述 ................................................ 25 內(nèi)存管理子系統(tǒng) ................................................................ 31 模塊功能概覽 ............................................................ 31 詳細(xì)輸入、輸出及處理描述 ................................................ 31 虛擬文件子系統(tǒng) ................................................................ 34 模塊功能概覽 ............................................................ 34 詳細(xì)輸入、輸出及處理描述 ................................................ 34 進(jìn) 程間通信（ IPC）子系統(tǒng) ....................................................... 51 模塊功能概覽 ............................................................ 51 詳細(xì)輸入、輸出及處理描述 ................................................ 51 網(wǎng)絡(luò)模塊（ NET）子系統(tǒng) ......................................................... 60 模塊功能概覽 ............................................................ 60 詳細(xì)輸入、輸出及處理描述 ................................................ 60 1. 引言 參考資料 無 術(shù)語和縮寫詞 Argument 參數(shù)，函數(shù)和例程中可以帶入?yún)?shù)進(jìn)行處理。 ARP 地址轉(zhuǎn)換協(xié)議。被用來將 IP 地址轉(zhuǎn)換成物理硬件地址，如網(wǎng)卡地址。ARP 是 TCP/IP 協(xié)議族中一個(gè)非常重要的協(xié)議。 Ascii Ascii 代表著 American Standard Code for Information Interchange. 字母表中的每個(gè)字母代表一個(gè) 8 位的編碼。 Ascii 被用來存儲(chǔ)”可寫“的字符。 Bit 值域?yàn)?0 或 1 的一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。 Bottom Half Handler 核心里在隊(duì)列中的任務(wù)的句柄或指針。 Byte 字節(jié)， 8 位數(shù)據(jù)。 C 一種高級(jí)編程語言， Linux 基本上是用 C 編寫的。 CPU Central Processing Unit(中央處理單元 )。 Data Structure 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 Device Driver 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。用來控制一個(gè)特定設(shè)備類的軟件。例如， NCR 810 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序控制 NCR 810 SCSI 設(shè)備。 DMA Direct Memory Access(直接內(nèi)存存取 ) ELF Executable and Linkable Format(可執(zhí)行與可連接格式 ). EIDE 擴(kuò)展 IDE. Executable image 可執(zhí)行映象。一個(gè)含有指令和數(shù)據(jù)的文件?？梢员徽{(diào)進(jìn)虛擬內(nèi)存而執(zhí)行。 Function 函數(shù) IDE Integrated Disk Electronics. Image 參閱可執(zhí)行映象。 IP Inter Protocol(網(wǎng)際協(xié)議 ). IPC Interprocess Communiction(進(jìn)程間通訊 ) Interface 接口。接口是一個(gè)抽象的概念。實(shí)現(xiàn)中，通常指一些函數(shù)或例程接口。 IRQ Interrupt Request Queue(中斷申請(qǐng)隊(duì)列 ). ISA Industry Standard Architecture. This is a standard, although now rather dated, data bus interface for system ponents such as floppy disk drivers. Kernel Module 一個(gè)可以動(dòng)態(tài)地被裝載的核心部份，如文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)序。 Kilobyte 1024 字節(jié)。 Megabyte 一兆字節(jié)或 1024K 字節(jié)。 Microprocessor 微處理器。 Module 模塊。一個(gè)含有指令的文件。 Object file 目標(biāo)文件?；?*.o 文件。指一個(gè)含有指令和數(shù)據(jù)的文件。但這個(gè)文件尚未與其所需要的其他目標(biāo)文件或庫相連接以形成一個(gè)可執(zhí)行文件。 Page 物理內(nèi)存被分成許多同樣大小的頁面。是虛擬內(nèi)存管理調(diào)度的最小單位。 Pointer 指針 Process 進(jìn)程。一個(gè)正在執(zhí)行的程序。 Processor 處理器的簡(jiǎn)稱。 PCI Peripheral Component Interconnect. 一個(gè)外設(shè)總線。 Peripheral 外圍設(shè)備 Program 程序。 Protocol 協(xié)議。通常指兩個(gè)實(shí)體間“對(duì)話”的一種事先格式約定。 Register 寄存器 Routine 例程。與函數(shù)類似，除了不返回值。 SCSI Small Computer Systems Interface(小型計(jì)算機(jī)接口 ). Shell mand shell。 Linux 缺省用的是 bash shell. SMP Symmetrical multiprocessing. Systems(對(duì)稱多處理系統(tǒng) )。 Socket 一個(gè) socket 代表著一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。 Linux 支 持 BSD Socket 接口。 Software 軟件 System V Unix 的一個(gè)版本，發(fā)布于 1983。這個(gè)版本中，引進(jìn)了著名的士 System V IPC 機(jī)制。 TCP Transmission Control Protocol(傳輸控制協(xié)議 ). Task Queue 任務(wù)隊(duì)列 UDP User Datagram Protocol(用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議 ). Virtual memory 虛擬內(nèi)存 2. 設(shè)計(jì)概覽 設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)因素以及各自重要性的排序（例如 ,功能、性能、可 靠性、硬件、內(nèi)存考慮等等） 在設(shè)計(jì)過程中，主要要考慮的有以下幾點(diǎn)：跨平臺(tái)的可移植性，在保證功能和不犧牲性能的前提下盡量減小核心的體積，為今后進(jìn)一步開發(fā)留下空間和便利。其中，最主要的就是可移植性，這是這個(gè)嵌入式系統(tǒng)的特色。減少核心的體積可以降低成本，但是隨著當(dāng)今硬件生產(chǎn)技術(shù)的提高完善，這一點(diǎn)已經(jīng)不像過去那樣重要了，所以在裁剪核心的同時(shí)要避免犧牲性能和功能。 不同設(shè)計(jì)方案的評(píng)價(jià) 內(nèi)核采用層次式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)似乎層次清晰，易于修改。但是它嚴(yán)重降低了內(nèi)核的效率。因?yàn)楫?dāng)高層次的函數(shù)調(diào)用底層提供的功能時(shí)，可 能需要跨越幾個(gè)層次，這樣會(huì)增加系統(tǒng)開銷。而且，在系統(tǒng)核心中，各個(gè)部分互相提供功能調(diào)用，如果嚴(yán)格按照層次式結(jié)構(gòu)組織將打破核心中各個(gè)功能部分的有機(jī)結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變的混亂。 內(nèi)核采用整體式結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是這個(gè)內(nèi)核由許多過程組成，但是不像在層次式結(jié)構(gòu)中那樣，每個(gè)過程只能被緊挨著它的上層調(diào)用。在整體式結(jié)構(gòu)中，每個(gè)過程獨(dú)立編譯后，連接程序?qū)⑵溥B接成為一個(gè)單獨(dú)的目標(biāo)程序，每個(gè)過程都對(duì)其它過程可見。這樣的結(jié)構(gòu)雖然在內(nèi)部關(guān)系上確實(shí)變的復(fù)雜了（各個(gè)模塊間是網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)），但是在調(diào)用關(guān)系和提供服務(wù)的角度來看變的簡(jiǎn)單清晰也更 直觀了，子系統(tǒng)間易于訪問，內(nèi)核工作效率較高。而且也有助于不同的人參與不同過程的開發(fā)。 所以對(duì)內(nèi)核的組織采用整體式結(jié)構(gòu)。 對(duì)所選設(shè)計(jì)方案總體結(jié)構(gòu)圖示及討論 內(nèi)核由 5個(gè)主要的子系統(tǒng)組成，它們之間的大致依賴關(guān)系如圖。 FS：文件系統(tǒng) IPC：進(jìn)程間通信 MM：內(nèi)存管理 NET：網(wǎng)絡(luò)模塊 SCHED：進(jìn)程調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)處于核心地位，其它子系統(tǒng)要完成操作都需要它來調(diào)度以占用系統(tǒng)資源完成自己的操作。文件系統(tǒng)需要利用網(wǎng)絡(luò)模塊支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)，也需要利用內(nèi)存管理支持 RAMDISK 設(shè)備。內(nèi)存管理利用文件系 統(tǒng)支持交換，交換進(jìn)程定期的由調(diào)度程序調(diào)度，這也是內(nèi)存管理依賴于進(jìn)程調(diào)度的原因。進(jìn)程間通信子系統(tǒng)要依賴內(nèi)存管理支持共享內(nèi)存通信機(jī)制。進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)需要內(nèi)存管理的支持來完成創(chuàng)建進(jìn)程等操作。 開發(fā)環(huán)境（如開發(fā)語言、硬件、外設(shè)等等） 內(nèi)核由 GNU C 語言及匯編語言開發(fā)。硬件平臺(tái)是 i386 嵌入式平臺(tái)。所支持的外設(shè)諸如標(biāo)準(zhǔn) PC 的外設(shè)，和一些基本的嵌入式系統(tǒng)的硬件設(shè)備。如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，顯示設(shè)備，外存，音頻設(shè)備，視頻設(shè)備等。 3. 設(shè)計(jì)描述 全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。 block_dev_struct 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來登記塊設(shè)備以被緩沖區(qū)使用。 struct blk_dev_struct { void (*request_fn)(void)。 struct request * current_request。 struct request plug。 struct tq_struct plug_tq。 }。 buffer_head 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來存放緩沖區(qū)中的一個(gè)數(shù)據(jù)塊的信息。 /* bh state bits */ define BH_Uptodate 0 /* 1 緩沖區(qū)里有數(shù)據(jù) */ define BH_Dirty 1 /* 1 緩沖區(qū)臟 */ define BH_Lock 2 /* 1 緩沖區(qū)被鎖 */ define BH_Req 3 /* 0 緩沖區(qū)無效 */ define BH_Touched 4 /* 1 緩沖區(qū)被重復(fù)訪問 */ define BH_Has_aged 5 /* 1 緩沖區(qū)過時(shí) */ define BH_Protected 6 /* 1 緩沖區(qū)處于保護(hù)狀態(tài) */ define BH_FreeO