http://www.dss.cn/Article/embed_system/200511/792.html
Linux內核/模塊開發常見問題集(FAQ)
轉載自水木清華
歡迎大家補充
1. 請推薦一些好的Linux內核參考書？
2. 源代碼問題
2.1 如何得到某一版本的Linux內核源代碼?
2.2 請問xx命令、xx庫的源碼是哪個文件？
2.3 linux-2.x.x.tar.gz.sign 文件有什麼用途？
2.4 請推薦一些源代碼查看工具？
2.5 內核patch如patch-2.6.3怎麼用？
2.6 如何統計linux內核有多少行代碼?
2.7 xx結構的定義在哪個內核源文件中？
2.8 volatile和__volatile__是什麼意思？
2.9 do{ ... } while(0)是什麼意思？
2.10 list_entry的定義是怎麼回事？
2.11 校內查看linux 內核源代碼地址
3. 模塊編程問題
3.1 模塊編程需要注意什麼？
3.2 爲什麼insmod一個模塊時顯示版本不匹配？
3.3 爲什麼出現Unresolved Symbol錯誤？
3.4 爲什麼出現no license錯誤？
3.5 爲什麼看不到用printk打印的信息？
4. 內核開發問題
4.1 怎麼製作、使用patch文件？
4.2 在內核中可以使用系統調用嗎？
4.3 在內核中怎麼打開並操作一個文件？
4.4 在內核中讀寫文件時爲什麼會出現EFAULT(-14)錯誤？
4.5 怎麼在系統中增加一個自己的系統調用？
4.6 怎麼在內核中加入我自己的驅動程序？
4.7 怎麼通過程序得到cpu和mem使用率？
4.8 如何獲得高精度的系統時間？
4.9 怎麼進行系統性能調諧？
4.10 內核中怎麼進行互斥？
5. 其它問題
5.1 如何學習Linux內核？
5.2 如何下載精華區？
5.3 init進程是核心進程嗎？init與初始進程是不是一回事？
5.4 initrd(.img)有什麼用？
6. 關於本FAQ
7. Changelog
1. 請推薦一些好的Linux內核參考書？
a.《Linux Device Drivers, 2nd Edition》，有中文譯本
b.《Understanding the Linux Kernel, 2nd Edition》
c.《Linux內核源代碼情景分析》，分上下兩冊
d.《邊幹邊學－Linux內核指導》
e.《Linux內核2.4版源代碼分析大全》
f.《Linux Kernel Development》
g.《IA-64 Linux Kernel: Design and Implementation》
注：a電子版可在http://www.oreilly.com/catalog/linuxdrive2/
下載；
f和g比較新，在國內比較難買到。
也可以版面查詢文章標題 "Linux內核書籍推薦&介紹"
2. 源代碼問題
2.1 如何得到某一版本的Linux內核源代碼?
a. http://www.kernel.org
或ftp://ftp.kernel.org
，這是Linux內核版本的發佈
網站。
b. 很多鏡像或本地網站也提供部分Linux內核版本的下載，多用ftp搜索引擎。
linuxaid.com提供的mirror:
ftp://ftp.linuxaid.lkams.kernel.org/pub/mirrors/kernel/linux/kernel
c. 一般的Linux發行版如Redhat之類會隨盤提供相應的內核源代碼，不過這個源代
碼往往是改動過的，與標準Linux內核有差異。
2.2 請問xx命令、xx庫的源碼是哪個文件？
a. 一個系統除了內核以外，還需要有shell、gcc等一系列工具和命令以及C庫等一
系列庫，這些作爲應用程序其源代碼都不在內核中，需要另外下載相應的源代碼。
b. 對於Redhat系統，可以用rpm -qf命令來查找某一命令所在的軟件包，然後再找
相應的源代碼包安裝。
c. gnu.org有很多軟件源代碼如bash/glibc/binutils/make/gcc的源代碼。
d. 可在http://www.rpmfind.net
或http://www.google.com
去搜一搜。
2.3 linux-2.x.x.tar.gz.sign 文件有什麼用途？
這是一個數字簽名文件，用來校驗linux-2.x.x.tar.gz這個文件在簽名後是沒有
被第三方修改過,更詳細的信息參考http://www.kernel.org/signature.html
。
2.4 請推薦一些源代碼查看工具？
a. Windows系統可以用Source Insight，Linux系統可以用Source Navigator。
b. vim或emacs編輯器，配合cscope、ctags、etags等交叉索引工具。
c. vim或emacs編輯器，配合grep、egrep等文本搜索工具，不過最好要對源代碼目
錄結構有所熟悉
d. LXR，以網頁的形式通過瀏覽器瀏覽，安裝複雜(debian下安裝容易，請版面
搜尋lxr)
校外：可以直接訪問http://lxr.linux.no/source/
在線閱讀Linux內核源代碼。
校內：可以訪問http://10.214.14.127/lxr/http/source/
,如果需要特定版本
可以聯繫vatano，只有空間足夠就放上去。
e. GNU global,可以在命令行用，也可以生成hypertext，類似lxr，但更省事。
2.5 內核patch如patch-2.6.3怎麼用？
a. 內核patch一般是針對前一個版本，如patch-2.6.3是針對2.6.2的內核。
b. 內核patch一般是和ChangeLog對應，如patch-2.6.3對應於ChangeLog-2.6.3。
c. 在內核patch中查找Makefile關鍵字可得到相關信息，如在patch-2.6.0中有：
diff -Nru a/Makefile b/Makefile
--- a/Makefile Wed Dec 17 19:00:07 2003
+++ b/Makefile Wed Dec 17 19:00:07 2003
@@ -1,7 +1,7 @@
VERSION = 2
PATCHLEVEL = 6
SUBLEVEL = 0
-EXTRAVERSION = -test11
+EXTRAVERSION =
d. 找到了針對的內核就可以用patch來升級內核了。
2.6 如何統計linux內核有多少行代碼?
嘗試以下shell命令：
find /usr/src/linux-2.x.x -name "*.[chS]" | xargs cat | wc -l
2.7 xx結構的定義在哪個內核源文件中？
a. 請使用源碼查看工具，見問題2.4。
b. 如果用grep等文本搜索工具，主要在include/linux和include/asm兩個目錄下
搜索。
2.8 volatile和__volatile__是什麼意思？
a. volatile是C語言定義的關鍵字，gcc爲了需要又定義了__volatile__，它和
volatile表達的是同一意思。
b. volatile的本意是"易變的"，由於訪問寄存器的速度快於訪存，所以編譯器一般
都會作優化以減少訪存。如果變量加上volatile修飾，則編譯器就不會對此變量
的讀寫操作進行優化，即不通過寄存器緩衝而直接訪存。
c. __asm__ __volatile__一起指示編譯器不要改動優化後面的彙編語句。
2.9 do{ ... } while(0)是什麼意思？
a. 主要是爲了避免宏在不同情況展開可能會出現的一些錯誤。
b. 在http://www.kernelnewbies.org/faq/
上有詳細介紹。
2.10 list_entry的定義是怎麼回事？
a. list_entry的定義在內核源文件include/linux/list.h中：
#define list_entry(ptr, type, member) /
((type *)((char *)(ptr)-(unsigned long)(&((type *)0)->member)))
b. 其功能是根據list_head型指針ptr換算成其宿主結構的起始地址，該宿主結構是
type型的，而ptr在其宿主結構中定義爲member成員。如下圖：
req-->|type型對象起始地址
|
|... ...
ptr-->|ptr指針所指的member成員地址
|
|... ...
ptr指向圖中所示的位置，通過(unsigned long)(&((type*)0)->member)得到ptr
和req之間的差值，ptr減去這個差值就得到了type型宿主結構的指針req，返回
類型爲(type*)。
2.11 校內查看Linux內核源代碼的地址
http://10.214.14.127/lxr/http/source/
3. 模塊編程問題
3.1 模塊編程需要注意什麼？
a. 在gcc編譯選項中增加-c
b. 在gcc編譯選項中定義兩個宏：-DMODULE -D__KERENL__
或直接在源文件中定義這兩個宏：
#define MODULE
#define __KERNEL__
c. 在源文件中包括module.h文件：
#include <linux/module.h>
d. 假定你現在運行的內核的源碼目錄絕對路徑是MyKernelSrcPath，在gcc編譯時
增加選項：
-I $MyKernelSrcPath/include (如-I /usr/src/linux/include)
注意MyKernelSrcPath必須是指向與當前運行的系統內核匹配的（版本一致）、
能編譯成功的(保證源代碼目錄的完整性)、已經config過的(保證有.config和
include/linux/autoconf.h文件)內核源碼目錄
注意：通常不要 -I /usr/include/linux
e. 如果要用inline功能，需要在gcc編譯選項中增加-O2
f. init_module()函數必須return 0，否則會出現Device or resource busy錯誤。
3.2 爲什麼insmod一個模塊時顯示版本不匹配？
a. 見上面3.1->d
b. 某些時候用insmod -f能夠成功加載，但需謹慎使用。
3.3 爲什麼出現Unresolved Symbol錯誤？
a. 首先查看文件/proc/ksyms，看內核有沒有輸出這個符號，不同的內核版本如
2.2和2.4輸出的符號會有些變化。
b. 如果內核輸出的符號帶有版本控制信息如符號printk_R12345678，則性質同
問題3.2。
c. 注意：現在有很多版本都不輸出sys_call_table了，另想辦法吧！
3.4 爲什麼出現no license錯誤？
在源文件加入下面一行（加在文件頭部，尾部均可）：
MODULE_LICENSE("GPL");
3.5 爲什麼看不到用printk打印的信息？
a. 打印消息受級別的限制,消息級別可以通過printk設置,如:
printk("<n>something"); /* 其中0<=n<=7 */
假設控制檯的消息級別爲m, 當n<m時消息打印到控制檯,否則不打印。
這樣一方面可以提高要打印消息本身的級別（數字越小級別越高），
另一方面可以改變控制檯的消息級別(可從1到8),如改爲8可用以下命令:
# echo "8" > /proc/sys/kernel/printk
b. 用dmesg命令看。
c. 當系統運行klogd和syslogd時，內核消息就會由klogd分發到syslogd，
syslogd會根據配置文件/etc/syslog.conf作相應處理，具體可以查看syslogd
和syslog.conf的man頁。
4. 內核開發問題
4.1 怎麼製作、使用patch文件？
a. patch文件是由diff命令生成的,使用patch文件用patch命令，具體可查看diff
和patch的man頁和info。
b. diff命令的常用選項組合是urN，如：
diff -urN linux/ my_linux/ >mypatch.diff
4.2 在內核中可以使用系統調用嗎？
a. 可以。內核源代碼中就有使用系統調用的例子，如open()、execve()等。
b. 在內核中使用系統調用必須要在源文件中包括以下兩行：
#define __KERNEL_SYSCALLS__
#include <linux/unistd.h>
c. 內核中使用系統調用的相關定義可查看文件include/asm/unistd.h。
如果要用的系統調用該文件中沒有定義，可以按照其格式自行添加。
d. 如果要在模塊中使用系統調用，必須要自己定義errno如：
int errno;
內核在lib/errno.c中定義了errno，但該符號不導出，所以模塊編程時需要自己
定義errno，用以存放系統調用出錯號。
4.3 在內核中怎麼打開並操作一個文件？
a. 直接用open()、read()等系統調用，見問題4.2。
b. 用filp_open()函數打開文件，得到struct file *的指針fp。
使用指針fp進行相應操作，如讀文件可以用fp->f_ops->read。
最後用filp_close()函數關閉文件。
filp_open()、filp_close()函數在fs/open.c定義，在include/linux/fs.h中
聲明。
c. 自己寫包裝函數，可參照文件fs/exec.c中的open_exec()和kernel_read()函數。
在http://www.linuxforum.net/forum/showflat.php?Cat=&Board=linuxK
&Number=363455&page=&view=&sb=&o=&vc=1上有些代碼可以參照。
4.4 在內核中讀寫文件時爲什麼會出現EFAULT(-14)錯誤？
a. 內核文件系統提供的read()和write()之類的函數，期望是對用戶態程序服務的，
所以它會驗證讀寫緩衝區不超過用戶空間的上限即0xC000 0000。但現在內核中
要讀寫文件，緩衝區在內核中即地址會超過0xC000 0000。
b. 在讀寫文件前先得到當前fs：mm_segment_t old_fs=get_fs();
並設置當前fs爲內核fs：set_fs(KERNEL_DS);
在讀寫文件後再恢復原先fs: set_fs(old_fs);
set_fs()、get_fs()等相關宏在文件include/asm/uaccess.h中定義。
4.5 怎麼在系統中增加一個自己的系統調用？
去http://www.linuxaid.com.cn/engineer/ideal/kernel/new_syscall.htm
和http://www.xenotime.net/linux/syscall_ex/
看看。
4.6 怎麼在內核中加入自己的驅動程序？
a. 去http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/kernel/l-kerconf/
index.shtml看看，瞭解一下整個內核的配置編譯系統。
b. 在相應位置建立自己的源碼目錄、文件、Makefile等。
c. 修改上層Makefile，把自己的程序加入到內核編譯系統中。
d. 修改上層Config.in，把自己的程序加入到內核配置系統中。
e. 確保自己的初始化函數被調用。有兩種方法，一是顯式調用，即在原來的系統
初始化函數中直接加入對自己的調用，如字符設備就在drivers/char/mem.c中的
chr_dev_init()函數中加入，塊設備就在drivers/block/ll_rw_blk.c中的
blk_dev_init()函數中加入。另一種方法是用initcall，用宏module_init來申
明你的初始化函數，操作系統在初始化到一定階段後會自動通過init/main.c中
的do_initcalls()函數來統一調用這些初始化函數。module_init宏在文件
include/linux/init.h中定義。
4.7 怎麼通過程序得到cpu和mem使用率？
a. 這些信息的最終來源都是/proc目錄下的文件，如/proc/stat等。
b. procps包下的命令如top、vmstat等實現了這些功能，可以參照其源代碼。
c. procps包可從Redhat發行版中得到，也可從http://www.surriel.com/procps/
處獲得。
4.8 如何獲得高精度的系統時間？
a. Linux中jiffy是時鐘的基本單位，對於一般的系統來說配置成10ms。大多數時
鐘相關的系統調用都是基於jiffy，所以精度不會太高。
b. 可以考慮使用TSC(time stamp counter)、rtc(real time clock)等寄存器來獲得
高精度時鐘，具體可查看相關的硬件手冊。
4.9 怎麼進行系統性能調諧？
a. IBM developworks:
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/l-kperf/index.shtml
http://www-900.ibm.com/developerWorks/cn/linux/management/tune/index.sht
ml
b. Linux Performance Tuning項目:http://linuxperf.nl.linux.org/
c. http://www.fixdown.com/article/article/724.htm
4.10 內核中怎麼進行互斥？
a. Linux內核中有兩種機制實現互斥：semaphore和spinlock。semaphore是讓進
程睡眠等待資源，這一般假設無法預測資源什麼時候可以獲得;spin_lock一般
用在SMP中，它假設所等待的資源馬上就會被釋放，所以循環等待資源。
semaphore只能用於非中斷環境（典型的中斷環境過程包括象timer之類的中斷
服務程序,softirq等）的進程間互斥,spinlock可以用於所有的進程間包括不同
cpu的進程間的互斥,spinlock主要用於保護短小的臨界區,使用時必須要特別注
意死鎖問題。
b. semaphore是通過進程調度來實現互斥的。進程請求獲取semaphore時,如果
semaphore空閒則該進程獲得semaphore，設置標誌並返回；如果semaphore忙
(其它用戶已經獲得semaphore)則系統構建等待隊列並通過進程調度機制讓本進
程睡眠。進程釋放semaphore時,系統按一定規則通過等待隊列喚醒一個睡眠進
程。對semaphore可執行up()和down()操作，詳見include/asm/semaphore.h文件。
c. spinlock主要是爲SMP互斥而引入的。在請求獲取spinlock時,如果空閒則獲得
spinlock,設置標誌並返回。如果spinlock已經被其它用戶獲得而處於忙狀態,
系統就會一直佔用CPU資源，不停查詢spinlock的狀態直到獲得spinlock。
5. 其它問題
5.1 如何學習Linux內核？
請先閱讀本版精華區內核學習目錄的相關文章。
5.2 如何下載精華區？
a. 除了88提供的下載，還可以通過腳本下載-_-
5.3 init進程是核心進程嗎？init與初始進程是不是一回事？
Linux操作系統在系統初始化之初就捏造了一個原始進程（原始進程在系統初始化
完畢後就演化成idle進程），當系統初始化進行到一定階段，原始進程會創建(通
過kernel_thread()函數)出來init進程，init進程繼續進行系統初始化工作並在最
後執行execve("/sbin/init",...)，這樣init就從原來的核心進程搖身一變成用戶
進程（用戶程序/sbin/init）了。init進程的pid爲1，原始進程（idle進程）的
pid爲0。所有其它的進程都由init進程派生，用ps或pstree命令可以看到這一點。
5.4 initrd(.img)有什麼用？
a. initrd(.img)是一個文件系統映像，裏面一般包含一些特殊的硬件模塊尤其是存
儲設備如scsi/raid/ext3模塊，以便在保持內核足夠小的同時又支持儘可能多的硬
件設備，常被安裝程序使用。
initrd(.img)也不是必需的，只要必要的模塊編譯進內核就可以不用initrd(.img)。
b. 在使用了initrd(.img)時，系統引導的大致過程如下：
1)Loader程序(如lilo和grub)加載內核和initrd(.img)
2)內核解壓縮initrd(.img)爲正常的RAM盤文件系統並掛接爲根分區
3)執行linuxrc，在此過程中會加載硬件模塊
4)在linuxrc終止後，真正的根文件系統被掛接
5)在根文件系統上完成正常的引導過程。對於正常的系統而言，執行/sbin/init，
這時控制就會轉到正常的大家所熟知的啓動過程。而對於安裝程序，只需將控制
轉到安裝過程的第一階段，由它完成後續的安裝環境的加載，設備的進一步初始
化等操作。
c. 要使用initrd(.img)首先內核必須配置成支持initrd：
CONFIG_BLK_DEV_RAM=y
CONFIG_BLK_DEV_INITRD=y
其次要在Loader腳本中增加相應指示。如在grub.conf中增加一行：
initrd /boot/initrd-2.4.20.img
d. 可用mkinitrd命令創建initrd(.img)文件：
mkinitrd imagefilename kernelversion
如對於2.4.20的內核可以：
mkinitrd /boot/initrd-2.4.20.img 2.4.20
e. 具體可查看Documentation/initrd.txt和man mkiinitrd。mkinitrd命令執行的詳
細過程可以直接查看/sbin/mkinitrd(shell腳本)文件。
6. 關於本FAQ
本FAQ主要根據本版以前的文章整理而成。
特別感謝mada、pepp等網友提出寶貴意見！
7. Changelog
2004/05/10 junky
--發佈FAQ 1.0
--調整了目錄結構
--增加了Q2.5,Q2.6,Q5.1,Q5.2,Q5.4
--Q1增加了2本新書
--Q2.2增加了gnu.org的鏈接
--Q3.1增加了init_module()返回0
--Q3.2增加了insmod -f
--Q4.2增加了errno的說明
--Q4.9改名並增加了IBM developworks的鏈接
2004/07/07 junky
--刪除Q2.11
--增加Q2.11
--修改Q1, Q2.4, Q5.2
2004/12/15 vatano