linux操作系統原理與應用

❶ linux驅動程序結構框架及工作原理分別是什麼

一、Linux device driver 的概念x0dx0ax0dx0a系統調用是操作系統內核和應用程序之間的介面，設備驅動程序是操作系統內核和機器硬體之間的介面。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬體的細節，這樣在應用程序看來，硬體設備只是一個設備文件，應用程序可以象操作普通文件一樣對硬體設備進行操作。設備驅動程序是內核的一部分，它完成以下的功能:x0dx0ax0dx0a1、對設備初始化和釋放；x0dx0ax0dx0a2、把數據從內核傳送到硬體和從硬體讀取數據；x0dx0ax0dx0a3、讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據；x0dx0ax0dx0a4、檢測和處理設備出現的錯誤。x0dx0ax0dx0a在Linux操作系統下有三類主要的設備文件類型，一是字元設備，二是塊設備，三是網路設備。字元設備和塊設備的主要區別是:在對字元設備發出讀/寫請求時，實際的硬體I/O一般就緊接著發生了，塊設備則不然，它利用一塊系統內存作緩沖區，當用戶進程對設備請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數據，如果不能，就調用請求函數來進行實際的I/O操作。塊設備是主要針對磁碟等慢速設備設計的，以免耗費過多的CPU時間來等待。x0dx0ax0dx0a已經提到，用戶進程是通過設備文件來與實際的硬體打交道。每個設備文件都都有其文件屬性(c/b)，表示是字元設備還是塊設備?另外每個文件都有兩個設備號，第一個是主設備號，標識驅動程序，第二個是從設備號，標識使用同一個設備驅動程序的不同的硬體設備，比如有兩個軟盤，就可以用從設備號來區分他們。設備文件的的主設備號必須與設備驅動程序在登記時申請的主設備號一致，否則用戶進程將無法訪問到驅動程序。x0dx0ax0dx0a最後必須提到的是，在用戶進程調用驅動程序時，系統進入核心態，這時不再是搶先式調度。也就是說，系統必須在你的驅動程序的子函數返回後才能進行其他的工作。如果你的驅動程序陷入死循環，不幸的是你只有重新啟動機器了，然後就是漫長的fsck。x0dx0ax0dx0a二、實例剖析x0dx0ax0dx0a我們來寫一個最簡單的字元設備驅動程序。雖然它什麼也不做，但是通過它可以了解Linux的設備驅動程序的工作原理。把下面的C代碼輸入機器，你就會獲得一個真正的設備驅動程序。x0dx0ax0dx0a由於用戶進程是通過設備文件同硬體打交道，對設備文件的操作方式不外乎就是一些系統調用，如 open，read，write，close?， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系統調用和驅動程序關聯起來呢?這需要了解一個非常關鍵的數據結構：x0dx0ax0dx0aSTruct file_operatiONs {x0dx0ax0dx0aint (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);x0dx0ax0dx0aint (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);x0dx0ax0dx0aint (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);x0dx0ax0dx0aint (*readdir) (struct inode * ，struct file *， struct dirent * ，int);x0dx0ax0dx0aint (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *);x0dx0ax0dx0aint (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long);x0dx0ax0dx0aint (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *);x0dx0ax0dx0aint (*open) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*release) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*fsync) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int);x0dx0ax0dx0aint (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*revalidate) (dev_t dev);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a這個結構的每一個成員的名字都對應著一個系統調用。用戶進程利用系統調用在對設備文件進行諸如read/write操作時，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然後讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。這是linux的設備驅動程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設備驅動程序的主要工作就是編寫子函數，並填充file_operations的各個域。x0dx0ax0dx0a下面就開始寫子程序。x0dx0ax0dx0a#include 基本的類型定義x0dx0ax0dx0a#include 文件系統使用相關的頭文件x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0aunsigned int test_major = 0;x0dx0ax0dx0astatic int read_test(struct inode *inode，struct file *file，char *buf，int count)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aint left; 用戶空間和內核空間x0dx0ax0dx0aif (verify_area(VERIFY_WRITE，buf，count) == -EFAULT )x0dx0ax0dx0areturn -EFAULT;x0dx0ax0dx0afor(left = count ; left > 0 ; left--)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0a__put_user(1，buf，1);x0dx0ax0dx0abuf++;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0areturn count;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a這個函數是為read調用准備的。當調用read時，read_test()被調用，它把用戶的緩沖區全部寫1。buf 是read調用的一個參數。它是用戶進程空間的一個地址。但是在read_test被調用時，系統進入核心態。所以不能使用buf這個地址，必須用__put_user()，這是kernel提供的一個函數，用於向用戶傳送數據。另外還有很多類似功能的函數。請參考，在向用戶空間拷貝數據之前，必須驗證buf是否可用。這就用到函數verify_area。為了驗證BUF是否可以用。x0dx0ax0dx0astatic int write_test(struct inode *inode，struct file *file，const char *buf，int count)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0areturn count;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0astatic int open_test(struct inode *inode，struct file *file )x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aMOD_INC_USE_COUNT; 模塊計數加以，表示當前內核有個設備載入內核當中去x0dx0ax0dx0areturn 0;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0astatic void release_test(struct inode *inode，struct file *file )x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aMOD_DEC_USE_COUNT;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a這幾個函數都是空操作。實際調用發生時什麼也不做，他們僅僅為下面的結構提供函數指針。x0dx0ax0dx0astruct file_operations test_fops = {?x0dx0ax0dx0aread_test，x0dx0ax0dx0awrite_test，x0dx0ax0dx0aopen_test，x0dx0ax0dx0arelease_test，x0dx0ax0dx0a};x0dx0ax0dx0a設備驅動程序的主體可以說是寫好了。現在要把驅動程序嵌入內核。驅動程序可以按照兩種方式編譯。一種是編譯進kernel，另一種是編譯成模塊(moles)，如果編譯進內核的話，會增加內核的大小，還要改動內核的源文件，而且不能動態的卸載，不利於調試，所以推薦使用模塊方式。x0dx0ax0dx0aint init_mole(void)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aint result;x0dx0ax0dx0aresult = register_chrdev(0， "test"， &test_fops); 對設備操作的整個介面x0dx0ax0dx0aif (result < 0) {x0dx0ax0dx0aprintk(KERN_INFO "test: can't get major number\n");x0dx0ax0dx0areturn result;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0aif (test_major == 0) test_major = result; /* dynamic */x0dx0ax0dx0areturn 0;x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a在用insmod命令將編譯好的模塊調入內存時，init_mole 函數被調用。在這里，init_mole只做了一件事，就是向系統的字元設備表登記了一個字元設備。register_chrdev需要三個參數，參數一是希望獲得的設備號，如果是零的話，系統將選擇一個沒有被佔用的設備號返回。參數二是設備文件名，參數三用來登記驅動程序實際執行操作的函數的指針。x0dx0ax0dx0a如果登記成功，返回設備的主設備號，不成功，返回一個負值。x0dx0ax0dx0avoid cleanup_mole(void)x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aunregister_chrdev(test_major，"test");x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a在用rmmod卸載模塊時，cleanup_mole函數被調用，它釋放字元設備test在系統字元設備表中佔有的表項。x0dx0ax0dx0a一個極其簡單的字元設備可以說寫好了，文件名就叫test.c吧。x0dx0ax0dx0a下面編譯 :x0dx0ax0dx0a$ gcc -O2 -DMODULE -D__KERNEL__ -c test.c _c表示輸出制定名，自動生成.o文件x0dx0ax0dx0a得到文件test.o就是一個設備驅動程序。x0dx0ax0dx0a如果設備驅動程序有多個文件，把每個文件按上面的命令行編譯，然後x0dx0ax0dx0ald ?-r ?file1.o ?file2.o ?-o ?molename。x0dx0ax0dx0a驅動程序已經編譯好了，現在把它安裝到系統中去。x0dx0ax0dx0a$ insmod ?_f ?test.ox0dx0ax0dx0a如果安裝成功，在/proc/devices文件中就可以看到設備test，並可以看到它的主設備號。要卸載的話，運行 :x0dx0ax0dx0a$ rmmod testx0dx0ax0dx0a下一步要創建設備文件。x0dx0ax0dx0amknod /dev/test c major minorx0dx0ax0dx0ac 是指字元設備，major是主設備號，就是在/proc/devices里看到的。x0dx0ax0dx0a用shell命令x0dx0ax0dx0a$ cat /proc/devicesx0dx0ax0dx0a就可以獲得主設備號，可以把上面的命令行加入你的shell script中去。x0dx0ax0dx0aminor是從設備號，設置成0就可以了。x0dx0ax0dx0a我們現在可以通過設備文件來訪問我們的驅動程序。寫一個小小的測試程序。x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0a#include x0dx0ax0dx0amain()x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aint testdev;x0dx0ax0dx0aint i;x0dx0ax0dx0achar buf[10];x0dx0ax0dx0atestdev = open("/dev/test"，O_RDWR);x0dx0ax0dx0aif ( testdev == -1 )x0dx0ax0dx0a{x0dx0ax0dx0aprintf("Cann't open file \n");x0dx0ax0dx0aexit(0);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0aread(testdev，buf，10);x0dx0ax0dx0afor (i = 0; i < 10;i++)x0dx0ax0dx0aprintf("%d\n"，buf[i]);x0dx0ax0dx0aclose(testdev);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a編譯運行，看看是不是列印出全1 x0dx0ax0dx0a以上只是一個簡單的演示。真正實用的驅動程序要復雜的多，要處理如中斷，DMA，I/O port等問題。這些才是真正的難點。上述給出了一個簡單的字元設備驅動編寫的框架和原理，更為復雜的編寫需要去認真研究LINUX內核的運行機制和具體的設備運行的機制等等。希望大家好好掌握LINUX設備驅動程序編寫的方法。

❷ Linux操作系統原理及應用的內容提要：

本書介紹操作系統的基本原理及應用,並以Linux操作系統作為具體實例加以說明。全書共9章,主要內容包括操作系統的基本概念、功能、操作系統的發展史及Linux操作系統概述,進程的概念、進程描述、進程式控制制、進程的同步與互斥、進程通信及線程,作業調度及進程調度、死鎖的概念與產生原因以及解決死鎖的方法,各種內存管理及分配方法的思想、數據結構、重定位及實現原理,文件的邏輯結構、物理結構及文件系統的構成,操作系統對設備的控制、分配、緩沖區的管理等,Linux系統的網路功能,現代流行的UNIX、Windows2000操作系統的特點、原理以及分布式操作系統的概況,操作系統的安全性。本書例題及課後習題豐富,便於初學者對操作系統原理進行理解、掌握並運用;在配套教材《操作系統原理及應用——學習指導與題解》中,為各章提供了內容要點復習、教材習題解答、新增習題及解答,並為各部分原理提供了一些實訓內容。
本書內容全面,選材適當,結構合理,理論結合實際,可作為應用型本科、成人高校、高職高專院校計算機及相關專業的操作系統課程的教材,也可以作為相關專業的師生及專業技術人員的參考書。
本書所配電子教案可以從中國水利水電

❸ linux操作系統的用處以及它是用來幹嘛的,還有它跟其他的操作系統有什麼不一樣

一個嵌入式軟體分為內核，架構和應用等幾個層次。任何外設和應用層軟體都將被以文件形式調用。
從底層來講，linux是屬於模仿unix，（unix也就是蘋果用的內核寫的開源系統），linux除部分小型機上用，一些小眾的手持設備如工控設備，測試設備，游戲機，電子閱讀器等也用得很好，它有穩定，高效，功耗低等優點，還有大量的開源程序可供「搭積木」，根據硬體和產品功能不同，系統可大可小，豐檢由人。
而android 系統由於有谷歌這個big boy號召，主要打算用在手持移動設備上，應用程序將潛力巨大，但安卓的出現到底是否會導致linux開發者失業，答案是否定的，android還在面紗之下，除非高手，還沒有人有精力徹底弄懂它的源程序，但linux則可以被很多產品商做到非常節省cpu資源，非常省電，針對某一個行業來說，支持程序也足夠。
android的各個產品的CPU型號千變萬化，一個廠家一個架構。 而且手機跟PC的硬體也不同。 必然導致其內核的不同，從底層來講，linux與android的內核支持架構有很大區別。 即便同樣是android系統本身，由於不同型號的手機，使用的硬體也不同，所以使用的內核也就不同，這也是為什麼普遍的， 沒一款手機幾乎都有自己的底包，不能像PC那樣互通。 關鍵是由於現在的手機和平板的CPU，硬體架構沒有一個同一的標准。

架構上，安卓雖說自己寫了部分架構程序，但其實還是抄襲了linux的思路，兩家正在打口水仗，因為成熟的安卓還沒有完全亮相，linux的老祖宗們，以及谷歌的對手們都眼裡閃著綠光在等著呢。 linux的lib也是可以隨便定製的。即，架構層android和linux原理是一樣的，其lib是要依賴底包。

應用的區別，主要指lib之上是各種應用。如果將每一個linux分支比作一棵樹，安卓屬於linux體系下的其中一棵樹，安卓這棵樹明顯的優勢是集團作戰，理論上說，其應用非常豐富，無所不能。 而一般linux由於不同的樹長上去面對的應用對象不同，無法體現這一優勢。

總體來說呢，android採用了linux系統的開發思想跟工作原理。 lib這個中間層很多都是照搬linux核心lib重新定製開發的。 所以，說android是一種嵌入式定製的linux系統也是可以的，並列於任何一個linux系統下的小眾設備系統。