Linux内核分析 - 蜗窝科技

Linux电源管理(2)_Generic PM之基本概念和软件架构

作者：wowo 发布于：2014-5-13 19:24 分类：电源管理子系统

这里的Generic PM，是蜗蜗自己起的名字，指Linux系统中那些常规的电源管理手段，包括关机（Power off）、待机（Standby or Hibernate）、重启（Reboot）等。这些手段是在嵌入式Linux普及之前的PC或者服务器时代使用的。在那个计算机科学的蛮荒时代，人类在摩尔定律的刺激下，孜孜追求的是计算机的计算能力、处理性能，因此并不特别关心Power消耗。

在这种背景下发展出来的Linux电源管理机制，都是粗放的、静态的、被动的，具体请参考下面的介绍。

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标签: Linux PM suspend hibernate sleep

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Linux电源管理(1)_整体架构

作者：wowo 发布于：2014-5-7 19:21 分类：电源管理子系统

在这个世界中，任何系统的运转都需要能量。如树木依靠光能生长，如马儿依靠食物奔跑，如计算机系统依靠电能运行。而能量的获取是有成本的，因此如果能在保证系统运转的基础上，尽量节省对能量的消耗，就会大大提升该系统的生存竞争力。这方面，大自然已经做的很好了，如植物的落叶，如动物的冬眠，等等。而在计算机的世界里（这里以运行Linux OS的嵌入式系统为例），称作电源管理（Power Management）。

通俗的讲，电源管理就是：“想让马儿跑，不想马吃草”。不过，从能量守恒的角度，想让马儿跑多快、跑多久，就一定要让它吃相应数量的草。那么我们就退而求其次：“只在需要马儿跑时，才让它吃草”。这就是电源管理的核心思想。那方法呢？

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标签: Kernel management PM Power Architecture

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Process Creation（二）

作者：linuxer 发布于：2014-4-28 15:40 分类：进程管理

本文是Process Creation（一）的延续，主要内容包括：

1、进程描述符中Realtime Mutex相关数据结构的初始化

2、子进程如何复制父进程的credentials

3、per-task delay accounting的处理

4、子进程如何复制父进程的flag

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标签: process management do_fork

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Linux设备模型(8)_platform设备

作者：wowo 发布于：2014-4-28 10:24 分类：统一设备模型

在Linux设备模型的抽象中，存在着一类称作“Platform Device”的设备，内核是这样描述它们的（Documentation/driver-model/platform.txt）：

Platform devices are devices that typically appear as autonomous entities in the system. This includes legacy port-based devices and host bridges to peripheral buses, and most controllers integrated into system-on-chip platforms. What they usually have in common is direct addressing from a CPU bus. Rarely, a platform_device will be connected through a segment of some other kind of bus; but its registers will still be directly addressable.

概括来说，Platform设备包括：基于端口的设备（已不推荐使用，保留下来只为兼容旧设备，legacy）；连接物理总线的桥设备；集成在SOC平台上面的控制器；连接在其它bus上的设备（很少见）。等等。

这些设备有一个基本的特征：可以通过CPU bus直接寻址（例如在嵌入式系统常见的“寄存器”）。因此，由于这个共性，内核在设备模型的基础上（device和device_driver），对这些设备进行了更进一步的封装，抽象出paltform bus、platform device和platform driver，以便驱动开发人员可以方便的开发这类设备的驱动。

可以说，paltform设备对Linux驱动工程师是非常重要的，因为我们编写的大多数设备驱动，都是为了驱动plaftom设备。本文我们就来看看Platform设备在内核中的实现。

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标签: Linux Kernel 设备模型 platform设备

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Linux设备模型(7)_Class

作者：wowo 发布于：2014-4-23 15:17 分类：统一设备模型

在设备模型中，Bus、Device、Device driver等等，都比较好理解，因为它们对应了实实在在的东西，所有的逻辑都是围绕着这些实体展开的。而本文所要描述的Class就有些不同了，因为它是虚拟出来的，只是为了抽象设备的共性。

举个例子，一些年龄相仿、需要获取的知识相似的人，聚在一起学习，就构成了一个班级（Class）。这个班级可以有自己的名称（如295），但如果离开构成它的学生（device），它就没有任何存在意义。另外，班级存在的最大意义是什么呢？是由老师讲授的每一个课程！因为老师只需要讲一遍，一个班的学生都可以听到。不然的话（例如每个学生都在家学习），就要为每人请一个老师，讲授一遍。而讲的内容，大多是一样的，这就是极大的浪费。

设备模型中的Class所提供的功能也一样了，例如一些相似的device（学生），需要向用户空间提供相似的接口（课程），如果每个设备的驱动都实现一遍的话，就会导致内核有大量的冗余代码，这就是极大的浪费。所以，Class说了，我帮你们实现吧，你们会用就行了。

这就是设备模型中Class的功能，再结合内核的注释：A class is a higher-level view of a device that abstracts out low-level implementation details(include/linux/device.h line326)，就容易理解了。

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标签: Linux Kernel 内核设备模型 class

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Process Creation（一）

作者：linuxer 发布于：2014-4-23 8:39 分类：进程管理

为什么要写一个关于进程如何创建的文档？其实用do_fork作为关键字进行索引，你会发现网上的相关文档数以万计。作为一个内核工程师，对进程以及进程相关的内容当然是非常感兴趣，但是网上的资料并不能令我非常满意（也许是我没有检索到好的文章），一个简单的例子如下：

static void copy_flags(unsigned long clone_flags, struct task_struct *p)
{
    unsigned long new_flags = p->flags;

    new_flags &= ~(PF_SUPERPRIV | PF_WQ_WORKER);
    new_flags |= PF_FORKNOEXEC;
    p->flags = new_flags;
}

上面的代码是进程创建过程的一个片段，网上的解释一般都是对代码逻辑的描述：清除PF_SUPERPRIV 和PF_WQ_WORKER这两个flag的标记，设定PF_FORKNOEXEC标记。坦率的讲，这样的代码解析没有任何意义，其实c代码都已经是非常清楚了。当然，也有的文章进行了进一步的分析，例如对PF_SUPERPRIV 被清除进行了这样的解释：表明进程是否拥有超级用户权限的PF_SUPERPRIV标志被清0。很遗憾，这样的解释不能令人信服，因为如果父进程是超级用户权限，其创建的子进程是要继承超级用户权限的。

正因为如此，我想对linux kernel中进程创建涉及的方方面面的系统知识进行梳理，在我的能力范围内对进程创建的source code进行逐行解析。一言以蔽之，do_fork的source code只是索引，重要的是与其相关的各个知识点。

由于进程创建是一个大工程，因此分成若干的部分。本文是第一部分，主要内容包括：

1、从用户空间看进程创建

2、系统调用层面看进程创建

3、trace的处理

4、参数检查

5、复制thread_info和task_struct

注：本文引用的内核代码来自3.14版本的linux kernel。

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标签: do_fork

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Linux设备模型(6)_Bus

作者：wowo 发布于：2014-4-15 19:21 分类：统一设备模型

在Linux设备模型中，Bus（总线）是一类特殊的设备，它是连接处理器和其它设备之间的通道（channel）。为了方便设备模型的实现，内核规定，系统中的每个设备都要连接在一个Bus上，这个Bus可以是一个内部Bus、虚拟Bus或者Platform Bus。

内核通过struct bus_type结构，抽象Bus，它是在include/linux/device.h中定义的。本文会围绕该结构，描述Linux内核中Bus的功能，以及相关的实现逻辑。最后，会简单的介绍一些标准的Bus（如Platform），介绍它们的用途、它们的使用场景。

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标签: Linux Kernel 内核设备模型 bus

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Linux设备模型(5)_device和device driver

作者：wowo 发布于：2014-4-2 19:28 分类：统一设备模型

device和device driver是Linux驱动开发的基本概念。Linux kernel的思路很简单：驱动开发，就是要开发指定的软件（driver）以驱动指定的设备，所以kernel就为设备和驱动它的driver定义了两个数据结构，分别是device和device_driver。因此本文将会围绕这两个数据结构，介绍Linux设备模型的核心逻辑，包括：

设备及设备驱动在kernel中的抽象、使用和维护；

设备及设备驱动的注册、加载、初始化原理；

设备模型在实际驱动开发过程中的使用方法。

注：在介绍device和device_driver的过程中，会遇到很多额外的知识点，如Class、Bus、DMA、电源管理等等，这些知识点都很复杂，任何一个都可以作为一个单独的专题区阐述，因此本文不会深入解析它们，而会在后续的文章中专门描述。

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标签: Linux 内核设备模型 Device driver

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