Linux操作系統(tǒng)是UNIX操作系統(tǒng)的一種克隆系統(tǒng)个束，誕生于1991年10月5日（第一次正式向外公布的時(shí)間）。Linux操作系統(tǒng)的誕生渣叛、發(fā)展和成長過程依賴者5個(gè)重要支柱：UNIX操作系統(tǒng)丈探、Minix操作系統(tǒng)、GNU計(jì)劃桦卒、Posix標(biāo)準(zhǔn)和Internet立美。

一、Linux內(nèi)核的組成

1.1 Linux內(nèi)核源碼目錄結(jié)構(gòu)

本書范例程序基于Linux 2.6.28.6內(nèi)核源碼方灾，其目錄結(jié)構(gòu)如下：

• arch：包含和硬件體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼建蹄，每種平臺(tái)占一個(gè)相應(yīng)的目錄，如i386裕偿、arm洞慎、powerpc、mips等嘿棘；
• block：塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序I/O調(diào)度劲腿；
• crypto：常用加密和散列算法（如AES、SHA等）鸟妙，還有一些壓縮和CRC校驗(yàn)算法焦人；
• Documentation：內(nèi)核各部分的通用解釋和注釋；
• drivers：設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序重父，每個(gè)不同的驅(qū)動(dòng)占用一個(gè)子目錄花椭，如char、block房午、net矿辽、mtd、i2c等郭厌；
• fs：支持的各種文件系統(tǒng)袋倔，如EXT、FAT折柠、NTFS宾娜、JFFS2等；
• include：頭文件液走，與系統(tǒng)相關(guān)的頭文件被放置在include/linux子目錄下碳默；
• init：內(nèi)核初始化代碼；
• ipc：進(jìn)程間通信的代碼缘眶；
• kernel：內(nèi)核的最核心部分嘱根，包括進(jìn)程調(diào)度、定時(shí)器等巷懈，而和平臺(tái)相關(guān)的一部分代碼放在arch/*/kernel目錄下该抒；
• lib：庫文件代碼；
• mm：內(nèi)存管理代碼顶燕，和平臺(tái)相關(guān)的一部分代碼放在arch/*/mm目錄下凑保；
• net：網(wǎng)絡(luò)相關(guān)代碼冈爹，實(shí)現(xiàn)了各種常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；
• scripts：用于配置內(nèi)核的腳本文件欧引；
• security：主要是一個(gè)SELinux的模塊频伤；
• sound：ALSA、OSS音頻設(shè)備的驅(qū)動(dòng)核心代碼和常用設(shè)備驅(qū)動(dòng)芝此；
• usr：實(shí)現(xiàn)了用于打包和壓縮的cpio等憋肖；

1.2 Linux內(nèi)核的組成部分

如圖1.1所示，Linux內(nèi)核主要由進(jìn)程調(diào)度（SCHED）婚苹、內(nèi)存管理（MM）岸更、虛擬文件系統(tǒng)（VFS）、網(wǎng)絡(luò)接口（NET）和進(jìn)程間通信（IPC）5個(gè)子系統(tǒng)組成膊升。

圖1.1 Linux內(nèi)核的組成部分與關(guān)系

image

1.2.1 進(jìn)程調(diào)度

進(jìn)程調(diào)度控制系統(tǒng)中的多個(gè)進(jìn)程對(duì)CPU的訪問怎炊，使得多個(gè)進(jìn)程能在CPU中“微觀串行，宏觀并行”地執(zhí)行廓译。進(jìn)程調(diào)度處于系統(tǒng)的重心位置评肆，內(nèi)核中其他子系統(tǒng)都依賴它，因?yàn)槊總€(gè)子系統(tǒng)都需要掛起或恢復(fù)進(jìn)程责循。

圖1.2 Linux進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換

image

如圖1.2所示糟港，Linux的進(jìn)程在幾個(gè)狀態(tài)間進(jìn)行切換，在設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程中院仿，當(dāng)請(qǐng)求的資源不能得到滿足時(shí)，驅(qū)動(dòng)一般會(huì)調(diào)度其他進(jìn)程執(zhí)行速和，并使本進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)歹垫，直到它請(qǐng)求的資源被釋放，才會(huì)被喚醒而進(jìn)入就緒態(tài)颠放，睡眠分成可被打斷的睡眠和不可被打斷的睡眠排惨，兩者的區(qū)別在于可被打斷的睡眠在收到信號(hào)的時(shí)候會(huì)醒。

在設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程中碰凶，當(dāng)請(qǐng)求的資源不能得到滿足時(shí)暮芭，驅(qū)動(dòng)一般會(huì)調(diào)度其他進(jìn)程執(zhí)行，其對(duì)應(yīng)進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)欲低，直到它請(qǐng)求的資源被釋放辕宏，才會(huì)被喚醒而進(jìn)入就緒態(tài)。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)中砾莱，如果需要幾個(gè)并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)瑞筐，可以啟動(dòng)內(nèi)核線程，啟動(dòng)內(nèi)核線程的函數(shù)為：

pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags);

1.2.2 內(nèi)存管理

內(nèi)存管理的主要作用是控制多個(gè)進(jìn)程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域腊瑟。當(dāng)CPU提供內(nèi)存管理單元（MMU）時(shí)聚假，Linux內(nèi)存管理完成為每個(gè)進(jìn)程進(jìn)行虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的轉(zhuǎn)換块蚌。Linux 2.6引入了對(duì)無MMU CPU的支持。

一般而言膘格，Linux的每個(gè)進(jìn)程享有4GB的內(nèi)存空間峭范，0_{3GB屬于用戶空間，3}4GB屬于內(nèi)核空間瘪贱，內(nèi)核空間對(duì)常規(guī)內(nèi)存纱控、I/O設(shè)備內(nèi)存以及高端內(nèi)存存在不同的處理方式。

1.2.3 虛擬文件系統(tǒng)

如圖1.3所示政敢，Linux虛擬文件系統(tǒng)（VFS）隱藏了各種硬件的具體細(xì)節(jié)其徙，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口。而且喷户，它獨(dú)立于各個(gè)具體的文件系統(tǒng)唾那，是對(duì)各種文件系統(tǒng)的一個(gè)抽象，它使用超級(jí)塊super block存放文件系統(tǒng)相關(guān)信息褪尝，使用索引節(jié)點(diǎn)inode存放文件的物理信息闹获，使用目錄項(xiàng)dentry存放文件的邏輯信息。

圖1.3 Linux文件系統(tǒng)

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1.2.4 網(wǎng)絡(luò)接口

網(wǎng)絡(luò)接口提供了對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持河哑。如圖1.4所示避诽，在Linux中網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議璃谨，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備通信沙庐，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

圖1.4 Linux網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

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1.2.5 進(jìn)程通信

進(jìn)程通信支持提供進(jìn)程之間的通信佳吞，Linux支持進(jìn)程間的多種通信機(jī)制拱雏，包含信號(hào)量、共享內(nèi)存底扳、管道等铸抑。這些機(jī)制可協(xié)助多個(gè)進(jìn)程、多資源的互斥訪問衷模、進(jìn)程間的同步和消息傳遞鹊汛。Linux內(nèi)核的5個(gè)組成部分之間的依賴關(guān)系如下：

• 進(jìn)程調(diào)度與內(nèi)存管理之間的關(guān)系：這兩個(gè)子系統(tǒng)互相依賴。在多道程序環(huán)境下阱冶，程序要運(yùn)行必須為之創(chuàng)建進(jìn)程刁憋，而創(chuàng)建進(jìn)程的第一件事情，就是將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存熙揍；
• 進(jìn)程間通信與內(nèi)存管理的關(guān)系：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)制职祷，這種機(jī)制允許兩個(gè)進(jìn)程除了擁有自己的私有空間，還可以存取共同的內(nèi)存區(qū)域；
• 虛擬文件系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)接口之間的關(guān)系：虛擬文件系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)接口支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）有梆，利用內(nèi)存管理支持RAMDISK設(shè)備是尖；
• 內(nèi)存管理與虛擬文件系統(tǒng)之間的關(guān)系：內(nèi)存管理利用虛擬文件系統(tǒng)支持交換，交換進(jìn)程（swapd）定期由調(diào)度程序調(diào)度泥耀，這也是內(nèi)存管理依賴于進(jìn)程調(diào)度的唯一原因饺汹。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程存取的內(nèi)存映射被換出時(shí)，內(nèi)存管理向文件系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求痰催，同時(shí)兜辞，掛起當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。

除了這些依賴關(guān)系外夸溶，內(nèi)核中的所有子系統(tǒng)還要依賴于一些共同的資源逸吵。這些資源包括所有子系統(tǒng)都用到的例程，如分配和釋放內(nèi)存空間的函數(shù)缝裁、打印警告或錯(cuò)誤信息的函數(shù)及系統(tǒng)提供的調(diào)試?yán)痰取?/p>

1.3 Linux內(nèi)核空間與用戶空間

現(xiàn)代CPU內(nèi)部往往實(shí)現(xiàn)了不同的操作模式（級(jí)別）扫皱，不同的模式有不同的功能，高層程序往往不能訪問低級(jí)功能捷绑，而必須以某種方式切換到低級(jí)模式韩脑。

例如，ARM處理器分為7種工作模式：

• 用戶模式（usr）：大多數(shù)的應(yīng)用程序運(yùn)行在用戶模式下粹污，當(dāng)處理器運(yùn)行在用戶模式下時(shí)段多，某些被保護(hù)的系統(tǒng)資源是不能被訪問的；
• 快速中斷模式（fiq）：用于高速數(shù)據(jù)傳輸或通道處理壮吩；
• 外部中斷模式（irq）：用于通用的中斷處理进苍；
• 管理模式（svc）：操作系統(tǒng)使用的保護(hù)模式；
• 數(shù)據(jù)訪問終止模式（abt）：當(dāng)數(shù)據(jù)或指令預(yù)取終止時(shí)進(jìn)入該模式鸭叙，可用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保護(hù)琅捏；
• 系統(tǒng)模式（sys）：運(yùn)行具有特權(quán)的操作系統(tǒng)任務(wù)；
• 未定義指令中止模式（und）：當(dāng)未定義的指令執(zhí)行時(shí)進(jìn)入該模式递雀，可用于支持硬件協(xié)處理器的軟件仿真。

ARM Linux的系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)原理是采用swi軟中斷從用戶態(tài)usr模式轉(zhuǎn)入內(nèi)核態(tài)svc模式蚀浆。

又如缀程，X86處理器包含4個(gè)不同的特權(quán)級(jí)，稱為Ring0~Ring3市俊。Ring0下杨凑，可以執(zhí)行特權(quán)級(jí)指令，對(duì)任何I/O設(shè)備都有訪問權(quán)等摆昧，而Ring3則被限制很多操作撩满。 Linux系統(tǒng)充分利用CPU這一硬件特性，但它只使用了兩級(jí)。在Linux系統(tǒng)中伺帘，內(nèi)核可進(jìn)行任何操作昭躺，而應(yīng)用程序則被禁止對(duì)硬件的直接訪問和對(duì)內(nèi)存的未授權(quán)訪問。例如伪嫁，若使用X86處理器领炫，則用戶代碼運(yùn)行在特權(quán)級(jí)3，而系統(tǒng)內(nèi)核代碼則運(yùn)行在特權(quán)級(jí)0张咳。

內(nèi)核空間和用戶空間這兩個(gè)名詞被用來區(qū)分程序執(zhí)行的這兩種不同狀態(tài)帝洪，他們使用不同的地址空間。Linux只能通過系統(tǒng)調(diào)用和硬件中斷完成從用戶空間到內(nèi)核空間的控制轉(zhuǎn)移脚猾。

二葱峡、Linux內(nèi)核的編譯及引導(dǎo)

2.1 Linux內(nèi)核的編譯

Linux驅(qū)動(dòng)工程師需要牢固地掌握Linux內(nèi)核的編譯方法以為嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建可運(yùn)行的Linux操作系統(tǒng)映像。在編譯Linux內(nèi)核時(shí)龙助，需要配置內(nèi)核砰奕，可以使用下面的命令中的一個(gè)來配置：

# make config  (基于文本的最為傳統(tǒng)的配置界面，不推薦使用)
# make menuconfig  (基于文本菜單的配置界面)
# make xconfig  (要求QT被安裝)
# make gconfig  (要求GTK+被安裝)

在配置Linux 2.6內(nèi)核所使用的make config泌参、make menuconfig脆淹、make xconfig和make gconfig這4重方式中，最值得推薦的是make menuconfig沽一，它不依賴于QT或GTK+盖溺，且非常直觀。輸入make menuconfig命令后進(jìn)入配置界面如圖3.5所示铣缠。

內(nèi)核配置包含的項(xiàng)目相當(dāng)多烘嘱，在arch/arm/configs/目錄中包含了ARM芯片不同的demo板的默認(rèn)配置。因此蝗蛙，在內(nèi)核頂層目錄下輸入make board_defconfig就可以為demo配置內(nèi)核蝇庭，如輸入：make smdk2410_defconfig就可以為SMDK2410配置默認(rèn)內(nèi)核。

圖 1.5 Linux內(nèi)核編譯配置

image

編譯內(nèi)核和模塊的方法是：

# make zImage
# make modules

執(zhí)行完上述命令后捡硅，在源代碼的根目錄下會(huì)得到==未壓縮的內(nèi)核映像vmlinux和內(nèi)核符號(hào)表文件System.map==哮内，在arch/arm/boot/目錄會(huì)得到壓縮的內(nèi)核映像zImage，在內(nèi)核各對(duì)應(yīng)目錄得到選中的內(nèi)核模塊壮韭。

Linux 2.6內(nèi)核的配置系統(tǒng)由以下3個(gè)部分組成：

• Makefile：分布在Linux內(nèi)核源代碼中的Makefile北发，定義Linux內(nèi)核的編譯規(guī)則；
• 配置文件（Kconfig）：給用戶提供配置選擇的功能喷屋；
• 配置工具：包括配置命令解釋器（對(duì)配置腳本中使用的配置命令進(jìn)行解釋）和配置用戶界面（提供基于字符界面和圖形界面）琳拨。這些配置工具都是使用腳本語言，如Tcl/TK屯曹、Perl等編寫狱庇。

使用make config惊畏、make menuconfig等命令后，會(huì)生成一個(gè).config配置文件密任，記錄哪些部分被編譯入內(nèi)核颜启、哪些部分被編譯為內(nèi)核模塊。

運(yùn)行make menuconfig等時(shí)批什，配置工具首先分析與體系結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的/arch/xxx/Kconfig文件（xxx即為傳入的ARCH參數(shù)）农曲，/arch/xxx/Kconfig文件中除本身包含一些與體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的配置項(xiàng)和配置菜單以外，還通過source語句引入了一系列Kconfig文件驻债，而這些Kconfig又可能再次通過source引入下一層的Kconifg乳规，配置工具依據(jù)這些Kconfig包含的菜單和項(xiàng)目即可描繪出一個(gè)如圖3.6所示的分層結(jié)構(gòu)。例如合呐，/arch/arm/Kconfig文件的結(jié)構(gòu)如下：

   1 #
   2 # For a description of the syntax of this configuration file,
   3 # see Documentation/kbuild/kconfig-language.txt.
   4 #
   5 
   6 mainmenu "Linux Kernel Configuration"
   7 
   8 config ARM
   9         bool
  10         default y
  11         select HAVE_AOUT
  12         select HAVE_IDE
  13         select RTC_LIB
  14         select SYS_SUPPORTS_APM_EMULATION
  15         select HAVE_OPROFILE
  16         select HAVE_ARCH_KGDB
  17         select HAVE_KPROBES if (!XIP_KERNEL)
  18         select HAVE_KRETPROBES if (HAVE_KPROBES)
  19         select HAVE_FUNCTION_TRACER if (!XIP_KERNEL)
  20         select HAVE_GENERIC_DMA_COHERENT
  21         help
  22           The ARM series is a line of low-power-consumption RISC chip designs
  23           licensed by ARM Ltd and targeted at embedded applications and
  24           handhelds such as the Compaq IPAQ.  ARM-based PCs are no longer
  25           manufactured, but legacy ARM-based PC hardware remains popular in
  26           Europe.  There is an ARM Linux project with a web page at
  27           <http://www.arm.linux.org.uk/>.
……
 198 config MMU
 199         bool "MMU-based Paged Memory Management Support"
 200         default y
 201         help
 202           Select if you want MMU-based virtualised addressing space
 203           support by paged memory management. If unsure, say 'Y'.
……
 614 config ARCH_S3C64XX
 615         bool "Samsung S3C64XX"
 616         select GENERIC_GPIO
 617         select HAVE_CLK
 618         select ARCH_HAS_CPUFREQ
 619         help
 620           Samsung S3C64XX series based systems
……

2.2 Kconfig和Makefile

在Linux內(nèi)核中增加程序需要完成以下3項(xiàng)工作：

• 將編寫的源代碼拷入Linux內(nèi)核源代碼的相應(yīng)目錄暮的；
• 在目錄的Kconfig文件中增加關(guān)于新源代碼對(duì)應(yīng)的編譯配置選項(xiàng)；
• 在目錄的Makefile文件中增加對(duì)新代碼的編譯條目淌实。

一般而言冻辩，驅(qū)動(dòng)工程師只會(huì)在內(nèi)核源代碼的drivers目錄的相應(yīng)子目錄中增加新設(shè)備驅(qū)動(dòng)的源代碼，并增加或修改Kconfig配置腳本和Makefile腳本即可拆祈。接下來就講解一下Kconfig和Makefile的語法恨闪。

1.Makefile

這里主要對(duì)內(nèi)核源代碼各級(jí)子目錄中的kbuild（內(nèi)核的編譯系統(tǒng)）Makefile進(jìn)行簡單介紹，這部分是內(nèi)核模塊或設(shè)備驅(qū)動(dòng)的開發(fā)者最常接觸到的放坏。Makefile的語法包括如下幾個(gè)方面：

（1）目標(biāo)定義

目標(biāo)定義就是用來定義哪些內(nèi)容要作為模塊編譯咙咽，哪些要編譯并鏈接進(jìn)內(nèi)核。例如：

obj-y += foo.o

表示要由foo.c或者foo.s文件編譯得到foo.o并鏈接進(jìn)內(nèi)核淤年，而obj-m則表示該文件要作為模塊編譯钧敞。除了y、m以外的obj-x形式的目標(biāo)都不會(huì)被編譯麸粮。

而更常見的做法是根據(jù).config文件的CONFIG_變量來決定文件的編譯方式溉苛，如：

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

除了obj-形式的目標(biāo)以外，還有l(wèi)ib-y library庫弄诲，hostprogs-y主機(jī)程序等目標(biāo)愚战，但是基本都應(yīng)用在特定的目錄和場合下。

（2）多文件模塊的定義

最簡單的Makefile如前面的一句話的形式就夠了齐遵，如果一個(gè)模塊由多個(gè)文件組成凤巨，會(huì)稍微復(fù)雜一些，這時(shí)候應(yīng)采用模塊名加-y或-objs后綴的形式來定義模塊的組成文件洛搀，如下面的例子：

#
# Makefile for the linux ext2-filesystem routines.
#
obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2.o
ext2-y := balloc.o dir.o file.o fsync.o ialloc.o inode.o \
        ioctl.o namei.o super.o symlink.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XATTR) += xattr.o xattr_user.o xattr_trusted.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL) += acl.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_SECURITY) += xattr_security.o
ext2-$(CONFIG_EXT2_FS_XIP) += xip.o

模塊的名字為ext2，由balloc.o佑淀、dir.o留美、file.o等多個(gè)目標(biāo)文件最終鏈接生成ext2.o直至ext2.ko文件，并且是否包括xattr.o、acl.o等則取決于內(nèi)核配置文件的配置情況谎砾。例如逢倍，如果CONFIG_EXT2_FS_POSIX_ACL被選擇，則編譯acl.c得到acl.o并最終鏈接進(jìn)ext2景图。

（3）目錄層次的迭代

如下例：

obj-$(CONFIG_EXT2_FS) += ext2/

當(dāng)CONFIG_EXT2_FS的值為y或m時(shí)较雕，kbuild將會(huì)把ext2目錄列入向下迭代的目標(biāo)中。

2.Kconfig

內(nèi)核配置腳本文件的語法也比較簡單挚币，主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）菜單入口

大多數(shù)的內(nèi)核配置選項(xiàng)都對(duì)應(yīng)Kconfig中的一個(gè)菜單入口：

 614 config ARCH_S3C64XX
 615         bool "Samsung S3C64XX"
 616         select GENERIC_GPIO
 617         select HAVE_CLK
 618         select ARCH_HAS_CPUFREQ
 619         help
 620           Samsung S3C64XX series based systems

“config”關(guān)鍵字定義新的配置選項(xiàng)亮蒋，之后的幾行定義了該配置選項(xiàng)的屬性。配置選項(xiàng)的屬性包括類型妆毕、數(shù)據(jù)范圍慎玖、輸入提示、依賴關(guān)系笛粘、選擇關(guān)系及幫助信息和默認(rèn)值等趁怔。

每個(gè)配置選項(xiàng)都必須指定類型，類型包括bool薪前、tristate润努、string、hex和int示括，其中tristate和string是兩種基本的類型铺浇，其他類型都基于這兩種基本類型。類型定以后可以緊跟輸入提示例诀，下面的兩段腳本是等價(jià)的：

bool “Networking support”

和

bool
prompt “Networking support”

輸入提示的一般格式如下随抠，其中可選的if用來表示該提示的依賴關(guān)系：

prompt <prompt> [if <expr>]

默認(rèn)值的格式為：

default <expr> [if <expr>]

一個(gè)配置選項(xiàng)可以存在任意多個(gè)默認(rèn)值，這種情況下繁涂，只有第一個(gè)被定義的值是可用的拱她。如果用戶不設(shè)置對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)，配置選項(xiàng)的值就是默認(rèn)值扔罪。

依賴關(guān)系的格式為：

depends on(或者requires) <expr>

如果定義了多重依賴關(guān)系秉沼，他們之間用“&&”間隔。依賴關(guān)系也可以應(yīng)用到該菜單中所有的其他選項(xiàng)（同樣接受if表達(dá)式）矿酵，下面的兩段腳本是等價(jià)的：

bool “foo” if BAR
default y if BAR

和

depends on BAR
bool “foo”
default y

選擇關(guān)系（也稱為反向依賴關(guān)系）的格式為：

select <symbol> [if <expr>]

A如果選擇了B唬复，則在A被選中的情況下，B自動(dòng)被選中全肮。

kbuild Makefile中的expr（表達(dá)式）定義為：

<expr> ::= <symbol>
             <symbol> ‘=’ <symbol>
             <symbol> ‘!=’ <symbol>
             ‘(’ <expr> ‘)’
             ‘!’ <expr>
             <expr> ‘&&’ <expr>
             <expr> ‘||’ <expr>

也就是說expr是由symbol敞咧、兩個(gè)symbol相等、兩個(gè)symbol不等以及expr的賦值辜腺、非休建、與或運(yùn)算構(gòu)成乍恐。而symbol分為兩類，一類是由菜單入口定義配置選項(xiàng)定義的非常數(shù)symbol测砂，另一類是作為expr組成部分的常數(shù)symbol茵烈。

數(shù)據(jù)范圍的格式為：

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

為int和hex類型的選項(xiàng)設(shè)置可以接受輸入值范圍，用戶只能輸入大于等于第一個(gè)symbol砌些，小于等于第二個(gè)symbol的值呜投。
幫助信息的格式為：

help(或---help---)
      開始
      ……
      結(jié)束

幫助信息完全靠文本縮進(jìn)識(shí)別結(jié)束〈媪В“---help---”和“help”在作用上沒有區(qū)別仑荐，設(shè)計(jì)“---help---”的初衷在于將文本中的配置邏輯與給開發(fā)人員的提示分開。

menuconfig關(guān)鍵字的作用與config類似有巧，但它在config的基礎(chǔ)上要求所有的子選項(xiàng)作為獨(dú)立的行顯示释漆。

（2）菜單結(jié)構(gòu)

菜單入口在菜單樹結(jié)構(gòu)中的位置可由兩種方法決定，第一種方式為：

menu “Network device support”
      depends on NET
config NETDEVICES
   …
endmenu

所有處于“menu”和“endmenu”之間的菜單入口都會(huì)成為“Network device support”的子菜單篮迎。而且男图，所有子菜單選項(xiàng)都會(huì)繼承父菜單的依賴關(guān)系，比如“Network device support”對(duì)“NET”的依賴會(huì)被加到了配置選項(xiàng)NETDEVICES的依賴列表中甜橱。

注意menu后面跟的“Network device support”項(xiàng)目僅僅是1個(gè)菜單逊笆，沒有對(duì)應(yīng)真實(shí)的配置選項(xiàng)，也不具備3種不同的狀態(tài)岂傲。這是它和config的區(qū)別难裆。

另一種方式是通過分析依賴關(guān)系生成菜單結(jié)構(gòu)。如果菜單選項(xiàng)在一定程度上依賴于前面的選項(xiàng)镊掖，它就能成為該選項(xiàng)的子菜單乃戈。如果父選項(xiàng)為“N”，子選項(xiàng)不可見亩进；如果父選項(xiàng)可見症虑，子選項(xiàng)才能見。例如：

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

MODVERSIONS直接依賴MODULES归薛，只有MODULES不為“n”時(shí)谍憔，該選項(xiàng)才可見。

除此之外主籍，Kconfig中還可能使用“choices…endchoice”习贫、“comment”、“if…endif”這樣的語法結(jié)構(gòu)千元，其中“choices…endchoice”的結(jié)構(gòu)為：

  choice
  <choice options>
  <choice block>
  endchoice

它定義一個(gè)選擇群苫昌，其接受的選項(xiàng)（choice options）可以是前面描述的任何屬性，例如S3C6410芯片設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的VGA輸出分辨率可以是1024768或者800600幸海，在drivers/video/Samsung/Kconfig就定義了如下的choice：

  choice
  depends on FB_S3C_VGA
  prompt “Select VGA Resolution for S3C Framebuffer”
  default FB_S3C_VGA_1024_768
  config FB_S3C_VGA_1024_768
      bool “1024*768@60Hz”
      ---help---
      TBA
  config FB_S3C_VGA_640_480
      bool “640*480@60Hz”
      ---help---
      TBA
  endchoice

Kconfig配置腳本和Makefile腳本編寫更詳細(xì)的信息蜡歹，可分別查看內(nèi)核溫昂Documentation目錄的kbuild子目錄下的Kconfig-language.txt和Makefiles.txt文件屋厘。

3.應(yīng)用實(shí)例：在內(nèi)核中新增驅(qū)動(dòng)代碼目錄和子目錄

下面來看一個(gè)綜合實(shí)例，假設(shè)我們要在內(nèi)核源代碼drivers目錄下為ARM體系結(jié)構(gòu)新增如下用于test driver的樹形目錄：

   | -- test
      | -- cpu
         | -- cpu.c
      | -- test.c
      | -- test_client.c
      | -- test_ioctl.c
      | -- test_proc.c
      | -- test_queue.c

在內(nèi)核中增加目錄和子目錄月而，我們需為相應(yīng)的新增目錄創(chuàng)建Makefile和Kconfig文件，而新增目錄的父目錄中的Kconfig和Makefile也許修改议纯，以便新增的Kconfig和Makefile能被引用父款。

在新增的test目錄下，應(yīng)該包含如下的Kconfig文件：

# drivers/test/Kconfig
# TEST driver configuration
# 
menu “TEST Driver”
comment “ TEST Driver”
  
config CONFIG_TEST
      bool “TEST support”
config CONFIG_TEST_USER
      tristate “TEST user-space interface”
      depends on CONFIG_TEST
endmenu

由于test driver對(duì)于內(nèi)核來說是新的功能瞻凤，所以需首先創(chuàng)建一個(gè)菜單TEST Driver憨攒。然后，顯示“TEST support”阀参，等待用戶選擇肝集；接下來判斷用戶是否選擇了TEST Driver，如果是（CONFIG_TEST=y）蛛壳，則進(jìn)一步顯示子功能：用戶接口與CPU功能支持杏瞻；由于用戶接口功能可以被編譯成內(nèi)核模塊，所以這里的詢問語句使用了tristate衙荐。

為了使這個(gè)Kconfig能起作用捞挥，修改arch/arm/Kconfig文件，在對(duì)應(yīng)位置增加：

source “driver/test/Kconfig”

腳本中的source意味著引用新的Kconfig文件忧吟。

在新增的test目錄下砌函，應(yīng)該包含如下Makefile文件：

# driver/test/Makefile
# Makefile for the TEST
#
obj-$(CONFIG_TEST) += test.o test_queue.o test_client.o
obj-$(CONFIG_TEST_USER) += test_ioctl.o
obj-$(CONFIG_PROC_FS) += test_proc.o
obj-$(CONFIG_TEST_CPU) += cpu/

該腳本根據(jù)配置變量的取值，構(gòu)建obj-*列表溜族，由于test目錄中包含一個(gè)子目錄cpu讹俊，當(dāng)CONFIG_TEST_CPU=y時(shí)一屋，需要將cpu目錄加入列表促绵。

# drivers/test/cpu/Makefile
# Makefile for the TEST CPU
#
obj-$(CONFIG_TEST_CPU) += cpu.o

為了使得整個(gè)test目錄能夠被編譯命令作用到界阁，test目錄父目錄中的Makefile也需新增如下腳本才能夠進(jìn)入test目錄：

obj-$(CONFIG_TEST) += test/

增加了Kconfig和Makefile之后的新的test樹型目錄為：

   | -- test
      | -- cpu
         | -- cpu.c
         | -- Makefile
      | -- test.c
      | -- test_client.c
      | -- test_ioctl.c
      | -- test_proc.c
      | -- test_queue.c
      | -- Makefile
      | -- Config

2.3 Linux內(nèi)核的引導(dǎo)

引導(dǎo)Linux系統(tǒng)的過程包括很多階段沦泌，這里將以引導(dǎo)X86 PC為例進(jìn)行講解骄酗。引導(dǎo)X86 PC上的Linux的過程和引導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)上的Linux的過程基本類似拌夏。不過在X86 PC上有一個(gè)BIOS（基本輸入/輸出系統(tǒng)）轉(zhuǎn)移到Bootloader的過程稚新，而嵌入式系統(tǒng)往往復(fù)位后就直接運(yùn)行Bootloader盆顾；在X86 PC上的Bootloader一般為GRUB诬像，而在嵌入式系統(tǒng)中的Bootloader一般為U-Boot屋群。

圖1.6所示為X86 PC上電/復(fù)位到運(yùn)行Linux用戶空間初始化進(jìn)程的流程，在進(jìn)入與Linux相關(guān)代碼之間坏挠，會(huì)經(jīng)歷如下階段芍躏。

圖1.6 X86 PC上的Linux引導(dǎo)流程

image

1. 當(dāng)系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)，CPU會(huì)將PC指針賦值為一個(gè)特定的地址0xFFFF0并執(zhí)行該地址處的指令降狠。在PC機(jī)中对竣，該地址位于BIOS中庇楞，它保存在主板上的ROM或Flash中。
2. BIOS運(yùn)行時(shí)按照CMOS的設(shè)置定義的啟動(dòng)設(shè)備順序來搜索處于活動(dòng)狀態(tài)并且可以引導(dǎo)的設(shè)備否纬。若從硬盤啟動(dòng)吕晌，BIOS會(huì)將硬盤MBR（主引導(dǎo)記錄）中的內(nèi)容加載到RAM。MBR是一個(gè)512字節(jié)大小的扇區(qū)临燃，位于磁盤上的第一個(gè)扇區(qū)中（0道0柱面1扇區(qū)）睛驳。當(dāng)MBR被加載到RAM中之后，BIOS就會(huì)將控制權(quán)交給MBR膜廊。
3. 主引導(dǎo)加載程序查找并加載次引導(dǎo)加載程序乏沸。它在分區(qū)表中查找活動(dòng)分區(qū)，當(dāng)找到一個(gè)活動(dòng)分區(qū)時(shí)爪瓜，掃描分區(qū)表中的其他分區(qū)蹬跃，以確保他們都不是活動(dòng)的。當(dāng)這個(gè)過程驗(yàn)證完成之后铆铆，就將活動(dòng)分區(qū)的引導(dǎo)記錄從這個(gè)設(shè)備中讀入RAM中并執(zhí)行它蝶缀。
4. 次引導(dǎo)加載程序加載Linux內(nèi)核和可選的初始RAM磁盤，將控制權(quán)交給Linux內(nèi)核源代碼算灸。
5. 運(yùn)行被加載的內(nèi)核扼劈，并啟動(dòng)用戶空間應(yīng)用程序。

嵌入式系統(tǒng)中的Linux引導(dǎo)過程與之類似菲驴，但一般更加簡潔荐吵。不論具體以怎樣的方式實(shí)現(xiàn)，只要具備如下特性就可以稱其為Bootloader：

• 可以在系統(tǒng)上電或復(fù)位的時(shí)候以某種方式執(zhí)行赊瞬，這些方式包括被BIOS引導(dǎo)執(zhí)行先煎、直接在Nor Flash中執(zhí)行、Nand Flash中的代碼被MCU自動(dòng)拷入內(nèi)部或外部RAM執(zhí)行等巧涧；
• 能將U盤薯蝎、磁盤、光盤谤绳、NOR/NAND Flash占锯、ROM、SD卡等存儲(chǔ)介質(zhì)缩筛，甚或網(wǎng)口消略、串口中的操作系統(tǒng)加載到RAM并把控制權(quán)交給操作系統(tǒng)源代碼執(zhí)行。

完成上述功能的Bootloader的實(shí)現(xiàn)方式非常多樣化瞎抛，甚至本身也可以是一個(gè)簡化版的操作系統(tǒng)艺演。著名的Linux Bootloader包括應(yīng)用于PC的LILO和GRUB，應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)的U-Boot、Redboot等胎撤。

U-Boot的定位為“Universal Bootloader”晓殊，其功能比較強(qiáng)大，涵蓋了包括PowerPC伤提、ARM巫俺、MIPS和X86在內(nèi)的絕大部分處理器架構(gòu)，提供網(wǎng)卡肿男、串口识藤、Flash等外設(shè)驅(qū)動(dòng)，提供必要的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（BOOT次伶、DHCP、TFTP等）稽穆，能識(shí)別多種文件系統(tǒng)（cramfs冠王、fat、jffs2和registerfs等）舌镶，并附帶了調(diào)試柱彻、腳本、引導(dǎo)等工具餐胀，應(yīng)用十分廣泛哟楷。

Redboot是Redhat公司隨eCos發(fā)布的Bootloader開源項(xiàng)目，處理包含U-Boot類似的強(qiáng)大功能外否灾，它還包含GDB stub（插樁）卖擅，因此能通過串口或網(wǎng)卡與GDB進(jìn)行通信，調(diào)試GCC產(chǎn)生的任何程序（包括內(nèi)核）墨技。

我們有必要對(duì)上述流程的第5個(gè)階段進(jìn)行更詳細(xì)的分析惩阶，它完成啟動(dòng)內(nèi)核并運(yùn)行用戶空間的init進(jìn)程。

當(dāng)內(nèi)核映像被加載到RAM之后扣汪，Bootloader的控制權(quán)被釋放断楷，內(nèi)核階段就開始了。內(nèi)核映像并不是完全可直接執(zhí)行的目標(biāo)代碼崭别，而是一個(gè)壓縮過的zImage（小內(nèi)核）或bzImage（大內(nèi)核冬筒，bzImage中的b是“big”的意思）。但是茅主，并非zImage和bzImage映像中的一切都被壓縮了舞痰，否則Bootloader把控制權(quán)交給這個(gè)內(nèi)核映像它就“傻”了。實(shí)際上暗膜，映像中包含未被壓縮的部分匀奏，這部分中包含解壓縮程序，解壓縮程序會(huì)解壓映像中被壓縮的部分学搜。zImage和bzImage都是用gzip壓縮的娃善，他們不僅是一個(gè)壓縮文件论衍，而且在這兩個(gè)文件的開頭部分內(nèi)嵌有g(shù)zip解壓縮代碼聚磺。

如圖1.7所示，當(dāng)bzImage（用于i386映像）被調(diào)用時(shí)蜒蕾，它從/arch/i386/boot/head.S的start匯編例程開始執(zhí)行。這個(gè)程序執(zhí)行一些基本的硬件設(shè)置焕阿，并調(diào)用/arch/i386/boot/compressed/head.S中的startup_32例程咪啡。startup_32程序設(shè)置一些基本的運(yùn)行環(huán)境（如堆棧）后，清除BSS段暮屡，調(diào)用/arch/i386/boot/compressed/misc.c中的decompress_kernel() C函數(shù)解壓內(nèi)核撤摸。內(nèi)核被解壓到內(nèi)存中之后，會(huì)再調(diào)用/arch/i386/kernel/head.S文件中的startup_32例程褒纲，這個(gè)新的startup_32例程（稱為清除程序或進(jìn)程0）會(huì)初始化頁表准夷，并啟動(dòng)內(nèi)存分頁機(jī)制，接著為任何可選的浮點(diǎn)單元（FPU）檢測CPU的類型莺掠，并將其存儲(chǔ)起來供以后使用衫嵌。這些都昨晚之后，/init/main.c中的start_kernel()函數(shù)被調(diào)用彻秆，進(jìn)入與體系結(jié)構(gòu)無關(guān)的Linux內(nèi)核部分楔绞。

圖1.7 X86 PC上的Linux內(nèi)核初始化
[圖片上傳失敗...(image-76a602-1551370457159)]

start_kernel()會(huì)調(diào)用一系列初始化函數(shù)來設(shè)置終端，執(zhí)行進(jìn)一步的內(nèi)存配置掖棉。之后墓律，/arch/i386/kernel/process.c中的kernel_thread()被調(diào)用以啟動(dòng)第一個(gè)核心線程，該線程執(zhí)行init()函數(shù)幔亥，而原執(zhí)行序列會(huì)調(diào)用cpu_idle()等待調(diào)度耻讽。

作為核心線程的init()函數(shù)完成外設(shè)及驅(qū)動(dòng)程序的加載和初始化，掛載根文件系統(tǒng)帕棉。init()打開/dev/console設(shè)備针肥，重定向stdin、stdout和stderr到控制臺(tái)慰枕。之后具帮，它搜索文件系統(tǒng)中的init程序（也可以由“init=”命令參數(shù)指定init程序）蜂厅，并使用execve()系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行init程序病游。搜索init程序的順序?yàn)椋?sbin/init衬衬、/etc/init滋尉、/bin/init和/bin/sh兼砖。在嵌入式系統(tǒng)中，多數(shù)情況下丸冕，可以給內(nèi)核傳入一個(gè)簡單的shell腳本來啟動(dòng)必須的嵌入式應(yīng)用程序胖烛。

至此佩番，漫長的Linux內(nèi)核應(yīng)道和啟動(dòng)過程就此結(jié)束趟畏，而init()對(duì)應(yīng)的這個(gè)由start_kernel()創(chuàng)建的第一個(gè)線程也進(jìn)入用戶模式。

三律想、Linux下的C編程特點(diǎn)

3.1 Linux編碼風(fēng)格

Linux程序的命名習(xí)慣和Windows程序的命名習(xí)慣及著名的匈牙利命名法有很大的不同技即。在Windows程序中身笤，習(xí)慣以如下方式命名宏展鸡、變量和函數(shù)：

#define PI 2.141592653  /* 用大寫字母代表宏 */
int minValue, maxValue;  /* 變量：第一個(gè)單詞全小寫涤久，其后的單詞第一個(gè)字母大寫 */
void SendData(vodi);   /* 函數(shù)：所有單詞第一個(gè)字母都大寫定義 */

這種命名方式在程序員中非常盛行响迂，意思表達(dá)清晰且避免了匈牙利法的臃腫蔗彤，單詞之間通過首字母大寫來區(qū)分然遏。通過第1個(gè)單詞的首字母是否大寫可以區(qū)分名稱屬于變量還是屬于函數(shù)待侵，而看到整串的大寫字母可以斷定為宏秧倾。實(shí)際上，Windows的命名習(xí)慣并非僅限于Windows編程售淡，大多數(shù)領(lǐng)域的程序開發(fā)都遵照此習(xí)慣勋又。

但是Linux不以這種習(xí)慣命名楔壤，對(duì)應(yīng)于上面的一段程序蹲嚣，在Linux中會(huì)被命名為：

#define PI 3.141592653
int min_value, max_value;
void send_data(void);

上述命名方式中抖部，下劃線大行其道慎颗，不依照Windows所采用的首字母大寫以區(qū)分單詞的方式俯萎。Linux的命名習(xí)慣與Windows命名習(xí)慣各有千秋夫啊，但是既然本書和本書的讀者立足于編寫Linux程序，代碼風(fēng)格理應(yīng)保持與Linux開發(fā)社區(qū)的一致性熊榛。

Linux的代碼縮進(jìn)使用“TAB”（8個(gè)字符）来候；Linux的代碼括號(hào)“{”和“}”的使用原則如下：

• 對(duì)于結(jié)構(gòu)體、if/for/while/switch語句梆砸，“{”不另起一行帖世，例如：

struct var_data {
        int len;  /* 一個(gè)TAB日矫，8個(gè)字符 */
        char data[0];
};
if ( a == b ) {
        a = c;
        d = a;
}
for ( i = 0; i < 10; i++ ) {
        a = c;
        d = a;
}

• 如果if、for循環(huán)后只有1行翔怎，不要加“{”和“}”，例如：

for ( i = 0; i < 10; i++ )
        a = c;

• if和else混用的情況下珊膜，else語句不另起一行车柠，例如：

if ( x == y ) {
        ……
} else if ( x > y ) {
        ……
} else {
        ……
}

對(duì)于函數(shù)，“{”另起一行溶褪，譬如：

int add(int a, int b)
{
        return a + b;
}

在switch/case語句方面猿妈，Linux建議switch和case對(duì)齊彭则，例如：

switch (suffix) {
case ‘G’:
case ‘g’:
        mem <<= 30;
        break;
case ‘M’:
case ‘m’:
        mem <<= 20;
        break;
case ‘K’:
case ‘k’:
        mem <<= 10;
        /* fall through */
default:
        break;
}

內(nèi)核下的==Documentation/CodingStyle==描述了Linux內(nèi)核對(duì)編碼風(fēng)格的要求，內(nèi)核下的==scripts/checkpatch.pl==提供了1個(gè)檢查代碼風(fēng)格的腳本芬萍。如果我們使用script/checkpatch.pl檢查包含如下代碼塊的源程序：

for ( i = 0; I < 10; i++ ) {
        a = c;
}

就會(huì)產(chǎn)生“WARNING: braces {} are not necessary for single statement blocks”的警告柬祠。另外漫蛔，==請(qǐng)注意代碼中空格的應(yīng)用==。

3.2 GNU C與ANSI C

Linux上可用的C編譯器是GNU C編譯器锨天，它建立在自由軟件基金會(huì)的編程許可證的基礎(chǔ)上奶镶，因此可以自由發(fā)布。GNU C對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C進(jìn)行一系列擴(kuò)展纤壁，以增強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)C的功能酌媒。

1.零長度和變量長度數(shù)組

GNU C允許使用零長度數(shù)組，在定義變長對(duì)象的頭結(jié)構(gòu)時(shí)雨席，這個(gè)特性非常有用陡厘，例如：

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

char data[0]僅僅意味著程序中通過var_data結(jié)構(gòu)體實(shí)例的data[index]成員可以訪問len之后的第index個(gè)地址糙置，它并沒有為data[]數(shù)組分配內(nèi)存，因此sizeof(struct var_data) = sizeof(int)揉抵。假設(shè)struct var_data的數(shù)據(jù)域就保存在struct var_data緊接著的內(nèi)存區(qū)域冤今，則通過如下代碼可以遍歷這些數(shù)據(jù)：

struct var_data s;
…
for ( i = 0; i < s.len; i++ )
        printf(“%02x”, s.data[i]);

GNU C中也可以使用1個(gè)變量定義數(shù)組，例如下面代碼中定義的“double x[n]”：

int main(int argc, char *argv[])
{
        int i, n = argc;
        double x[n];
        for ( i = 0, i < n; i++ )
                x[i] = i;
        return 0;
}

2.case范圍

GNU C支持case x…y這樣的語法阱佛，區(qū)間[x,y]的數(shù)都會(huì)滿足這個(gè)case的條件凑术，請(qǐng)看下面的代碼：

switch (ch) {
case ‘0’… ‘9’ : c -= ‘0’;
        break;
case ‘a(chǎn)’… ‘f’ : c -= ‘a(chǎn)’ - 10;
        break;
case ‘A’… ‘F’ : c -= ‘A’ - 10;
        break;
}

代碼中的case ‘0’…‘9’等價(jià)于標(biāo)準(zhǔn)C中的：

case ‘0’: case ‘1’: case ‘2’: case ‘3’: case ‘4’: 
case ‘5’: case ‘6’: case ‘7’: case ‘8’: case ‘9’:

3.語句表達(dá)式

GNU C把包含在括號(hào)中的復(fù)合語句看做是一個(gè)表達(dá)式淮逊，稱為語句表達(dá)式泄鹏，它可以出現(xiàn)在任何允許表達(dá)式的地方舶治。我們可以在語句表達(dá)式中使用原本只能在復(fù)合語句中使用的循環(huán)霉猛、局部變量等惜浅，例如：

#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);

因?yàn)橹匦露x了__x和__y這兩個(gè)局部變量坛悉，所以上述方式定義的宏將不會(huì)有副作用吹散。在標(biāo)準(zhǔn)C中，對(duì)應(yīng)的如下宏則會(huì)產(chǎn)生副作用：

#define min(x,y) ( (x) < (y) ? (x) : (y) )

代碼min(++ia, ++ib)會(huì)被展開為((++ia) < (++ib) ? (++ia) : (++ib))界轩，傳入宏的“參數(shù)”被增加2次浊猾。

4.typeof關(guān)鍵字

typeof()語句可以獲得x的類型葫慎，因此，我們可以借助typeof重新定義min這個(gè)宏：

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

我們不需要像min_t(type,x,y)這個(gè)宏那樣把type傳入澄港，因?yàn)橥ㄟ^typeof(x)废岂、typeof(y)可以獲得type湖苞。代碼行(void) (&_x == &_y)的作用是檢查_x和_y的類型是否一致袒啼。

5.可變參數(shù)宏

標(biāo)準(zhǔn)C就支持可變參數(shù)函數(shù)滑肉，意味著函數(shù)的參數(shù)是不固定的靶庙，例如printf()函數(shù)的原型為：

int printf( const char *format [, argument]… );

而在GNU C中六荒，宏也可以接受可變數(shù)目的參數(shù)掏击，例如：

#define pr_debug(fmt, arg…) \
        printk(fmt, ##arg)

這里arg表示其余的參數(shù)砚亭，可以是零個(gè)或多個(gè)捅膘，這些參數(shù)以及參數(shù)之間的逗號(hào)構(gòu)成arg的值，在宏擴(kuò)展時(shí)替換arg署尤，例如下面代碼：

pr_debug(“%s:%d”, filename, line);

會(huì)被擴(kuò)展為：

printk(“%s:%d”, filename, line);

使用“##”的原因是處理arg不代表任何參數(shù)的情況曹体，這時(shí)候狐援，前面的逗號(hào)就變得多余了究孕。使用“##”之后，GNU C預(yù)處理器會(huì)丟棄前面的逗號(hào)微酬。這樣颗管，代碼：

pr_debug(“success!\n”);
    會(huì)被正確地?cái)U(kuò)展為：
printk (“success!\n”);
    而不是：
printk (“success!\n”,);

這正是我們希望看到的。

6.標(biāo)號(hào)元素

標(biāo)準(zhǔn)C要求數(shù)組或結(jié)構(gòu)體的初始化值必須以固定的順序出現(xiàn)比吭，在GNU C中衩藤，通過指定索引或結(jié)構(gòu)體成員名赏表，允許初始化值以任意順序出現(xiàn)底哗。

指定數(shù)組索引的方法是在初始化值錢添加“[INDEX] = ”跋选，當(dāng)然也可以用“[FIRST…LAST] = ”的形式指定一個(gè)范圍。例如炼列，下面的代碼定義一個(gè)數(shù)組俭尖，并把其中的所有元素賦值為0：

unsigned char data[MAX] = {[0…MAX-1] = 0};

下面的代碼借助結(jié)構(gòu)體成員名初始化結(jié)構(gòu)體：

struct file_operations ext2_file_operations = {
   llseek: generic_file_llseek,
   read: generic_file_read,
   write: generic_file_write,
   ioctl: ext2_ioctl,
   mmap: generic_file_mmap,
   open: generic_file_open,
   release: ext2_release_file,
   fsync: ext2_sync_file,
};

但是焰望，Linux 2.6推薦類似的代碼應(yīng)該盡量采用標(biāo)準(zhǔn)C的方式：

struct file_operations ext2_file_operations = {
   .llseek = generic_file_llseek,
   .read = generic_file_read,
   .write = generic_file_write,
   .aio_read = generic_file_aio_read,
   .aio_write = generic_file_aio_write,
   .ioctl = ext2_ioctl,
   .mmap = generic_file_mmap,
   .open = generic_file_open,
   .release = ext2_release_file,
   .fsync = ext2_sync_file,
   .writev = generic_file_writev,
   .sendfile = generic_file_sendfile,
};

7.當(dāng)前函數(shù)名

GNU C預(yù)定義了兩個(gè)標(biāo)志符保存當(dāng)前函數(shù)的名字，__FUNCTION__保存函數(shù)在源碼中的名字，__PRETTY_FUNCTION__保存帶語言特色的名字捆姜。在C函數(shù)中传趾，這兩個(gè)名字是相同的。

void example()
{
  printf(“This is function :%s”,__FUNCTION__);
}

代碼中的__FUNCTION__意味著字符串“example”泥技。C99已經(jīng)支持__func__宏墨缘，因此建議在Linux編程中不再使用__FUNCTION__，轉(zhuǎn)而使用__func__零抬。

8.特殊屬性聲明

GNU C允許聲明函數(shù)镊讼、變量和類型的特殊屬性，以便進(jìn)行手工的代碼優(yōu)化和定制代碼檢查的方法。要指定一個(gè)聲明的屬性，只需要在聲明后添加__attribute__(( ATTRIBUTE ))。其中ATTRIBUTE為屬性說明，如果存在多個(gè)屬性，則以逗號(hào)分隔。GNU C支持noreturn返劲、format、section痰娱、aligned、packed等十多個(gè)屬性。

noreturn屬性作用于函數(shù)，表示該函數(shù)從不返回。這會(huì)讓編譯器優(yōu)化代碼，并消除不必要的警告信息。例如：

#define ATTRIB_NORET __attribute__((noreturn)) …
asmlinkage NORET_TYPE void do_exit(long error_code) ATTRIB_NORET;

format屬性也用于函數(shù)，表示函數(shù)使用printf狗唉、scanf或strftime風(fēng)格的參數(shù)，指定format屬性也可以讓編譯器根據(jù)格式串檢查參數(shù)類型。例如：

asmlinkage int printk(const char * fmt, …) __attribute__ ((format (printf, 1, 2)));

上述代碼中的第1個(gè)參數(shù)是格式串，從第2個(gè)參數(shù)開始都會(huì)根據(jù)printf()函數(shù)的格式串規(guī)則檢查參數(shù)。

unused屬性作用于函數(shù)和變量，表示該函數(shù)或變量可能不會(huì)被用到浴滴，這個(gè)屬性可以避免編譯器產(chǎn)生警告信息降宅。

aligned屬性用于變量瘸恼、結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體靠闭，指定變量芬为、結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體的對(duì)齊方式，以字節(jié)為單位的圆，例如：

struct example_struct{
   char a;
   int b;
   long c;
}__attribute__((aligned(4)))

表示該結(jié)構(gòu)類型的變量以4字節(jié)對(duì)齊梅掠。

packed屬性作用于變量和類型且叁，用于變量或結(jié)構(gòu)體成員時(shí)表示使用最小可能的對(duì)界，用于枚舉、結(jié)構(gòu)體或聯(lián)合體類型時(shí)表示該類型使用最小的內(nèi)存。例如：

struct example_struct {
   char a;
   int b;
   long c __attribute__((packed));
};

編譯器對(duì)結(jié)構(gòu)體成員及變量對(duì)界的目的是為了更快地訪問結(jié)構(gòu)體成員及變量占據(jù)的內(nèi)存看尼。例如狰域，對(duì)于一個(gè)32位的整型變量小压，若以4字節(jié)方式存放（即低兩位地址為00），則CPU在一個(gè)總線周期內(nèi)就可以讀取32位镀娶；若不然闯捎，CPU需要兩次總線周期才能組合為一個(gè)32位整型祭犯。

9.內(nèi)建函數(shù)

GNU C提供了大量的內(nèi)建函數(shù)镰吵，其中大部分是標(biāo)準(zhǔn)C庫函數(shù)的GNU C編譯器內(nèi)建版本搓译，例如memcpy()等盆佣，它們與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)C庫函數(shù)功能相同。

不屬于庫函數(shù)的其他內(nèi)建函數(shù)的命名通常以__builtin開始屈暗，如下所示：

• 內(nèi)建函數(shù)__builtin_return_address(LEVEL)返回當(dāng)前函數(shù)或其調(diào)用者的返回地址，參數(shù)LEVEL指定調(diào)用棧的級(jí)數(shù)艰毒，如0表示當(dāng)前函數(shù)的返回地址狐榔，1表示當(dāng)前函數(shù)的調(diào)用者的返回地址届案；
• 內(nèi)建函數(shù)__builtin_constant_p(EXP)用于判斷一個(gè)值是否為編譯時(shí)常數(shù)，如果參數(shù)EXP的值是常數(shù)差凹，函數(shù)返回1，否則返回0凹髓；
• 內(nèi)建函數(shù)__builtin_expect(EXP, C)用于為編譯器提供分支預(yù)測信息，其返回值是整數(shù)表達(dá)式EXP的值锨络，C的值必須是編譯時(shí)常數(shù)赌躺。

例如，下面的檢測第1個(gè)參數(shù)是否為編譯時(shí)常數(shù)以確定采用參數(shù)版本還是非參數(shù)版本的代碼：

#define test_bit(nr, addr) \
(__builtin_constant_p(nr)) ? \
constant_test_bit((nr) , (addr)) : \
variable_test_bit((nr) , (addr))

在使用gcc編譯C程序的時(shí)候羡儿，如果使用“-ansi -pedantic”編譯選項(xiàng)寿谴，則會(huì)告訴編譯器不使用GNU擴(kuò)展語法。例如對(duì)于下面C程序test.c：

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

直接編譯可以通過：

gcc -c test.c

如果使用“-ansi -pedantic”編譯選項(xiàng)失受，編譯會(huì)報(bào)警：

gcc -ansi -pedantic -c test.c
test.c : 3 :warning: ISO C forbids zero-size array ‘data’

3.3 do{} while(0)

在Linux內(nèi)核中讶泰，經(jīng)常會(huì)看到do{} while(0)這樣的語句，許多人開始都會(huì)疑惑拂到，認(rèn)為do{} while(0)毫無意義痪署，因?yàn)樗粫?huì)執(zhí)行一次，加不加do{} while(0)效果是完全一樣的兄旬。其實(shí)do{} while(0)的用法主要用于宏定義中狼犯。

這里用一個(gè)簡單的宏來演示：

#define SAFE_FREE(P) do{ free(p); p = NULL;} while(0)

假設(shè)這里去掉do…while(0)，即定義SAFE_DELETE為：

#define SAFE_FREE(p) free(p);p = NULL;

那么以下代碼：

if(NULL != p)
    SAFE_DELETE(p)
else
    …/* do something */

會(huì)被展開為：

if(NULL != P)
    free(p); p = NULL;
else
    …/* do something */

展開的代碼中存在兩個(gè)問題：

• 因?yàn)閕f分支后面有兩個(gè)語句领铐，導(dǎo)致else分支沒有對(duì)應(yīng)的if悯森，編譯失敗绪撵；
• 假設(shè)沒有else分支瓢姻，則SAFE_FREE中的第二個(gè)語句無論if測試是否通過，都會(huì)執(zhí)行音诈。

的確幻碱，將SAFE_FREE的定義加上{}就可以解決上述問題了，即：

#define SAFE_FREE(P) { free(p); p = NULL; }
    這樣细溅，代碼展開為：
if(NULL != P)
    {free(p); p = NULL;}
else
    …/* do something */

但是褥傍，在C程序中，每個(gè)語句后面加分號(hào)是一種約定俗成的習(xí)慣喇聊，那么恍风，如下代碼：

if(NULL != p)
    SAFE_DELETE(p);
else
    …/* do something */

會(huì)被展開為：

if(NULL != P)
    {free(p); p = NULL;};
else
    …/* do something */

這樣，else分支就又沒有對(duì)應(yīng)的if了，編譯將無法通過朋贬。假設(shè)用了do{} while(0)鸥咖，情況就不一樣了，同樣的代碼會(huì)被展開為：

if(NULL != P)
    do{ free(p); p = NULL; }while(0);
else
    …/* do something */

不會(huì)再出現(xiàn)編譯問題兄世。do{} while(0)的使用完全是為了保證宏定義的使用者能無編譯錯(cuò)誤的使用宏啼辣，它不對(duì)其使用者做任何假設(shè)。

3.4 goto

用不用goto一直是一個(gè)著名的爭議話題御滩，Linux內(nèi)核源代碼中對(duì)goto的應(yīng)用非常廣泛鸥拧，但是一般只限于錯(cuò)誤處理中，其結(jié)構(gòu)如：

   if(register_a() != 0)
      goto err;
   if(register_b() != 0)
      goto err1;
   if(register_c() != 0)
      goto err2;
   if(register_d() != 0)
      goto err3;
……
   unregister_d();
err3:
   unregister_c();
err2:
   unregister_b();
err1:
   unregister_a();
err:
   return ret;

這種goto用于錯(cuò)誤處理的用法實(shí)在是簡單而高效削解，只需保證在錯(cuò)誤處理時(shí)注銷富弦、資源釋放等與正常的注冊(cè)、資源申請(qǐng)順序相反氛驮。