如何调试内核代码和外核代码信息

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一、怎么读Linux内核代码?

一般在Linux系统中的/usr/src/linux*.*.*（*.*.*代表的是内核版本，如2.4.23）目录下就是内核源代码（如果没有类似目录，是因为还没安装内核代码）。另外还可从互连网上免费下载。注意，不要总到http://www.kernel.org/去下载，最好使用它的镜像站点下载。请在http://www.kernel.org/mirrors/里找一个合适的下载点，再到pub/linux/kernel/v2.6/目录下去下载2.4.23内核。

代码目录结构

在阅读源码之前，还应知道Linux内核源码的整体分布情况。现代的操作系统一般由进程管理、内存管理、文件系统、驱动程序和网络等组成。Linux内核源码的各个目录大致与此相对应，其组成如下（假设相对于Linux-2.4.23目录）：

1.arch目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。它下面的每一个子目录都代表一种Linux支持的体系结构，例如i386就是IntelCPU及与之相兼容体系结构的子目录。PC机一般都基于此目录。

2.include目录包括编译核心所需要的大部分头文件，例如与平台无关的头文件在include/linux子目录下。

3.init目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码），有main.c和Version.c两个文件。这是研究核心如何工作的好起点。

4.mm目录包含了所有的内存管理代码。与具体硬件体系结构相关的内存管理代码位于arch/*/mm目录下。

5.drivers目录中是系统中所有的设备驱动程序。它又进一步划分成几类设备驱动，每一种有对应的子目录，如声卡的驱动对应于drivers/sound。

6.ipc目录包含了核心进程间的通信代码。

7.modules目录存放了已建好的、可动态加载的模块。

8.fs目录存放Linux支持的文件系统代码。不同的文件系统有不同的子目录对应，如ext3文件系统对应的就是ext3子目录。

Kernel内核管理的核心代码放在这里。同时与处理器结构相关代码都放在arch/*/kernel目录下。

9.net目录里是核心的网络部分代码，其每个子目录对应于网络的一个方面。

10.lib目录包含了核心的库代码，不过与处理器结构相关的库代码被放在arch/*/lib/目录下。

11.scripts目录包含用于配置核心的脚本文件。

12.documentation目录下是一些文档，是对每个目录作用的具体说明。

一般在每个目录下都有一个.depend文件和一个Makefile文件。这两个文件都是编译时使用的辅助文件。仔细阅读这两个文件对弄清各个文件之间的联系和依托关系很有帮助。另外有的目录下还有Readme文件，它是对该目录下文件的一些说明，同样有利于对内核源码的理解。

二、笔记本电脑如何修改内核

修改笔记本电脑的内核需要具备一定的计算机知识和技能。在修改内核之前，需要备份好原有的内核，以防修改出现问题。下面是修改笔记本电脑内核的步骤：

1.下载所需的工具和内核代码。要开始修改内核，你需要下载适当的工具和源代码。通常，你可以从操作系统厂商的网站下载官方的内核源代码，例如Linux内核。你还需要一个texteditor和编译器（如GCC）来编译内核。

2.安装软件。安装所需的软件，如texteditor和编译器到你的计算机上。如果使用Linux操作系统，很可能不需要安装额外的软件。如果你是Windows用户，则需要安装Cygwin，以便使用类Unix工具。

3.编辑内核配置文件。在开始编译内核之前，你需要编辑内核配置文件以指定你需要启用或禁用哪些选项。可以使用makemenuconfig命令编辑文件，并选择适当的选项。这些选项可以影响内核的功能和性能。

4.编译内核。当你编辑完内核配置文件后，使用make命令编译内核。编译过程可能需要一些时间，具体取决于你的计算机性能和代码大小。

5.安装新内核。安装新内核之前，首先备份好现有的内核。然后，可以使用makeinstall命令安装新内核。安装完毕后，重新启动计算机以让新内核生效。

6.测试新内核。启动计算机，测试新内核是否正常工作。如果有问题，可以还原到原有的内核。

微内核与外核操作系统

内核的作用：

1、直接控制CPU和内存：

计算机可以同时运行很多软件做很多事，这叫做多进程（Multi-process）或者多任务（Multi-tasking），那么操作系统就要能够实现多个任务的管理和安排，还要负责多个任务之间的协作通信。一般的，主要包含：

Virtualmemory，将内存虚拟化以供应用程序使用。

TaskSchedules，任务排程。

IPC，Inter-processcommunication，进程间通信。

2、服务功能：

应用程序可以调用这些服务来实现各种功能，比较基础的操作系统服务有：

lFileSystem，文件系统，保存和读取文件。

lNetwork，网络服务，让应用程序可以联网。

lGraphic，图形服务，提供屏幕上显示图形的能力。

lGUI，界面服务，提供界面工具按钮显示。

当然还有很多其他的，这里就不一一列举了。

3、支援更多设备驱动：

比如增加了一个摄像头，操作系统要确保这些设备能够被应用程序使用起来才行。其实就是要对各种硬件的驱动进行管理，就是Devicedriver设备启动服务。

微内核操作系统

微内核将传统宏内核中的驱动程序，甚至包括许多功能，比如文件系统，网络，GUI等等，都变成用户态的进程(服务)，而内核中只保留最重要的功能:进程管理，内存管理，进程间通信，以及硬件抽象层(HAL).

微内核的劣势：

l性能问题。Kernelmode和Usermode之间的切换更加耗时，比起把各种功能都打包在一起的宏内核，微内核需要太多的切换，这直接导致性能低下。当然现在无论是算法改进还是CPU支持都有了很大的进步，基本上可以说现在已经不是大问题了。

l极致原则。微内核一直努力遵循“内核应该极小化”的原则(minimality)，这让很多微内核研究者和开发者受到了束缚，在时代允许的硬件环境下难以对性能进行有效优化。

l缺乏大企业支持。当然这也和微内核当初性能不佳有关。

微内核的优势

l易于维护和升级。把众多的服务功能和设备驱动从内核代码中分离出来，如果只需要对某些功能进行改进，这样无论是改代码还是增加新功能，都不用去变动原来的核心代码，当然效率高。

l系统更加稳定。只要微内核的关键功能代码不出问题，系统就不会崩溃。比如说如果文件服务代码运行时候出了问题，宏内核因为文件服务代码是放在kernelmode的，直接就系统崩溃蓝屏了。而微内核的文件服务代码是放在usermode的，只要运行在kernelmode的代码直接把文件服务功能强行停止然后重启就可以继续使用了，系统不会蓝屏。

l系统更加安全。微内核除了把额外的功能划出kernelmode之外，还改变了任务之间的权限管理模式，它并不能像宏内核那样直接给用户安装的APP授权访问关键功能和各种服务、驱动，而是依赖于不断的传递带有授权信息的handle对象来实现授权，这虽然很繁琐，但安全性无疑要比宏内核高很多。

l系统更加可定制。宏内核把所有驱动和服务都打包在内核里难以拆分，如果需要开发一个不需要网络功能服务的操作系统就比较麻烦了。而微内核中各种服务都是单独的，直接去掉很容易。这对当前越来越多样化的小型智能硬件操作系统的开发非常有用。

l分布式计算。因为微内核把各种服务和驱动都单独开来，这就允许让各种系统服务运行在不同的芯片、不同电脑上面，让很多台计算机一起来运行同一个操作系统，这对分布式计算和云计算提供了更多可能。

可载入核心模块Loadablekernelmodule

为了减轻kernel内容，很多宏内核操作系统（windows、安卓等）直接把某些功能服务移到核心外面，只在需要使用的时候再加载进来，这些模块就称作可载入核心模块。

当前大部分类Unix操作系统（Unix-like）和微软操作系统都支持可载入核心模块。

保护环Protectionring

这里是指计算机CPU芯片在运行代码时候的权限控制机制。kernel核心代码运行在最高权限，Applications应用程序代码运行在最低权限。

学术界较为推崇但是目前还没有的操作系统内核：外核

外核

外核更小，比微内核还要小。外核的目标是让应用程序获得最多的控制硬件的自由，就是让开发者对硬件控制更深，以便于开发出性能更好的应用程序。

在外内核的基础之上，应用程序Program和库文件Lib一起直接实现应用程序+操作系统的功能，称之为库LibOS，它直接以最高权限运行，不存在kernelmode和usermode的区别，也去除了所有的冗余，体积小，性能强。

如果我们把应用程序program和库lib再深一步联合打包成操作系统，那么它甚至可以脱离外核而直接运行在物理硬件设备上，或者通过hypervisor超级管理员程序来激活运行，那么这样的系统我们叫做Unikernel。

外核操作系统减少传统概念，即操作系统必须提供构建应用程序的抽象内容。该方法实现了应用级资源管理，即由应用程序而不是操作系统管理硬件资源。这时，进程间通信、虚拟内存管理等抽象概念都是单个应用实现的。因此，可以将这些应用作为库操作系统（LibOS）使用。被称为外核的最小核心安全可靠的为多个LibOS提供了有用的硬件资源。

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