Linux内核编程实验指南

"Linux内核实验教材1" 在深入学习Linux内核的过程中，了解其特性、编译方法以及调试技术是至关重要的。本教材主要针对初学者，旨在通过一系列实验来帮助读者掌握Linux内核的基本概念和操作。 首先，内核编程具有独特的特点。使用GNU C语言进行内核程序开发是因为GNU C提供了对底层硬件访问的支持，同时内核编程不依赖标准C函数库，因为这些库在内核模式下不可用。没有内存保护机制意味着内核程序员必须自行确保内存安全，避免导致系统崩溃。内核中不建议使用浮点数，因为它们处理速度较慢且消耗更多资源。内核栈的容量有限，一般较小，因此要谨慎管理内存分配。此外，由于内核需要处理多任务和并发，编程时需考虑同步和并发控制。最后，考虑到Linux内核的跨平台性，内核代码需要具有良好的可移植性。 在编译内核时，需要配置内核编译参数以满足特定需求，生成内核映像和模块文件。完成编译后，还需正确安装和启动内核，这通常涉及到引导加载器的配置。内核的调试技术包括配置内核调试选项，如启用printk()函数进行内核级别的日志打印，以及理解内核错误报告机制——oops机制，它用于记录和分析内核错误。 教材的实验内容丰富多样，涵盖多个关键主题： 1. PROC文件系统实验：介绍PROC文件系统，它是Linux内核与用户空间交互的一种方式，通过PROC文件系统可以查看和修改内核状态。实验将涉及PROC目录结构、进程目录以及如何创建PROC文件系统的实验程序。 2. SHELL命令解释系统设计实验：引导学生理解并实现自己的简单shell，涉及管道功能，以及如何处理各种shell命令。 3. 内核定时机制实验：讲解内核如何进行定时操作，包括获取系统时间、设置定时器，并给出实际应用示例，帮助学生理解内核定时器的工作原理。 4. 动态模块设计实验：探讨内核动态模块的用途，讲解如何编写、编译和管理动态模块，以及如何利用/proc接口在模块中实现功能。 5. 新系统调用设计实验：指导学生添加新的系统调用到内核中，并在用户空间调用这些自定义的系统调用。 6. 构造新内核同步机制实验：涉及同步原语的设计，如互斥锁、信号量等，帮助学生理解并实现内核级别的同步机制。 每个实验都包含实验问题，旨在促进学生深入思考和实践，从而加深对内核工作的理解。通过这些实验，学生不仅可以掌握Linux内核的基础知识，还能提升解决问题和动手能力。