一文教你搞懂Linux內(nèi)核

在操作系統(tǒng)的世界里，Linux內(nèi)核層就如同脈搏一樣，維持著系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。相當(dāng)于一座橋梁，內(nèi)核層的首要任務(wù)是確保硬件和軟件如同兩條交匯的河流順暢溝通。此外，它還得操控著系統(tǒng)中一些至關(guān)重要的資源，就像指揮一場(chǎng)交響樂(lè)，讓各個(gè)樂(lè)器得以協(xié)調(diào)演奏。

關(guān)于Linux內(nèi)核的結(jié)構(gòu)，可以把它簡(jiǎn)單分成三個(gè)層次，就像一個(gè)三層蛋糕，頂層是應(yīng)用程序，中間是系統(tǒng)調(diào)用，而底層則是內(nèi)核本身。每一層都有其獨(dú)特的角色，卻又緊密相連，使整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

Linux內(nèi)核的底蘊(yùn)可不簡(jiǎn)單，它既有輕巧的特點(diǎn)，又擁有強(qiáng)大的能力。它的靈活性讓開(kāi)發(fā)者們能根據(jù)不同需求進(jìn)行裁剪和修改，仿佛是一件千變?nèi)f化的服裝，能適應(yīng)各種場(chǎng)合。

Linux內(nèi)核預(yù)備工作

理解Linux內(nèi)核最好預(yù)備的知識(shí)點(diǎn)：

懂C語(yǔ)言

懂一點(diǎn)操作系統(tǒng)的知識(shí)

熟悉少量相關(guān)算法

懂計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

Linux內(nèi)核的特點(diǎn)：

結(jié)合了unix操作系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)概念

Linux內(nèi)核的任務(wù)：

1.從技術(shù)層面講，內(nèi)核是硬件與軟件之間的一個(gè)中間層。作用是將應(yīng)用層序的請(qǐng)求傳遞給硬件，并充當(dāng)?shù)讓域?qū)動(dòng)程序，對(duì)系統(tǒng)中的各種設(shè)備和組件進(jìn)行尋址。

2.從應(yīng)用程序的層面講，應(yīng)用程序與硬件沒(méi)有聯(lián)系，只與內(nèi)核有聯(lián)系，內(nèi)核是應(yīng)用程序知道的層次中的最底層。在實(shí)際工作中內(nèi)核抽象了相關(guān)細(xì)節(jié)。

3.內(nèi)核是一個(gè)資源管理程序。負(fù)責(zé)將可用的共享資源(CPU時(shí)間、磁盤(pán)空間、網(wǎng)絡(luò)連接等)分配得到各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)程。

4.內(nèi)核就像一個(gè)庫(kù)，提供了一組面向系統(tǒng)的命令。系統(tǒng)調(diào)用對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，就像調(diào)用普通函數(shù)一樣。

內(nèi)核實(shí)現(xiàn)策略：

1.微內(nèi)核。最基本的功能由中央內(nèi)核(微內(nèi)核)實(shí)現(xiàn)。所有其他的功能都委托給一些獨(dú)立進(jìn)程，這些進(jìn)程通過(guò)明確定義的通信接口與中心內(nèi)核通信。

2.宏內(nèi)核。內(nèi)核的所有代碼，包括子系統(tǒng)(如內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序)都打包到一個(gè)文件中。內(nèi)核中的每一個(gè)函數(shù)都可以訪問(wèn)到內(nèi)核中所有其他部分。目前支持模塊的動(dòng)態(tài)裝卸(裁剪)。Linux內(nèi)核就是基于這個(gè)策略實(shí)現(xiàn)的。

哪些地方用到了內(nèi)核機(jī)制?

1.進(jìn)程(在cpu的虛擬內(nèi)存中分配地址空間，各個(gè)進(jìn)程的地址空間完全獨(dú)立;同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程數(shù)最多不超過(guò)cpu數(shù)目)之間進(jìn)行通 信，需要使用特定的內(nèi)核機(jī)制。

2.進(jìn)程間切換(同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程數(shù)最多不超過(guò)cpu數(shù)目)，也需要用到內(nèi)核機(jī)制。

進(jìn)程切換也需要像FreeRTOS任務(wù)切換一樣保存狀態(tài)，并將進(jìn)程置于閑置狀態(tài)/恢復(fù)狀態(tài)。

3.進(jìn)程的調(diào)度。確認(rèn)哪個(gè)進(jìn)程運(yùn)行多長(zhǎng)的時(shí)間。

Linux進(jìn)程

1.采用層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)進(jìn)程都依賴于一個(gè)父進(jìn)程。內(nèi)核啟動(dòng)init程序作為第一個(gè)進(jìn)程。該進(jìn)程負(fù)責(zé)進(jìn)一步的系統(tǒng)初始化操作。init進(jìn)程是進(jìn)程樹(shù)的根，所有的進(jìn)程都直接或者間接起源于該進(jìn)程。

2.通過(guò)pstree命令查詢。實(shí)際上得系統(tǒng)第一個(gè)進(jìn)程是systemd，而不是init(這也是疑問(wèn)點(diǎn))

3.系統(tǒng)中每一個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符(ID),用戶(或其他進(jìn)程)可以使用ID來(lái)訪問(wèn)進(jìn)程。

Linux內(nèi)核源代碼的目錄結(jié)構(gòu)

Linux內(nèi)核源代碼包括三個(gè)主要部分：

1. 內(nèi)核核心代碼，包括第3章所描述的各個(gè)子系統(tǒng)和子模塊，以及其它的支撐子系統(tǒng)，例如電源管理、Linux初始化等

2. 其它非核心代碼，例如庫(kù)文件(因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核是一個(gè)自包含的內(nèi)核，即內(nèi)核不依賴其它的任何軟件，自己就可以編譯通過(guò))、固件集合、KVM(虛擬機(jī)技術(shù))等

3. 編譯腳本、配置文件、幫助文檔、版權(quán)說(shuō)明等輔助性文件

使用ls命令看到的內(nèi)核源代碼的頂層目錄結(jié)構(gòu)，具體描述如下。

include/ ---- 內(nèi)核頭文件，需要提供給外部模塊(例如用戶空間代碼)使用。kernel/ ---- Linux內(nèi)核的核心代碼，包含了3.2小節(jié)所描述的進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)，以及和進(jìn)程調(diào)度相關(guān)的模塊。mm/ ---- 內(nèi)存管理子系統(tǒng)(3.3小節(jié))。fs/ ---- VFS子系統(tǒng)(3.4小節(jié))。net/ ---- 不包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(3.5小節(jié))。ipc/ ---- IPC(進(jìn)程間通信)子系統(tǒng)。arch// ---- 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼，例如arm, x86等等。

arch//mach- ---- 具體的machine/board相關(guān)的代碼。

arch//include/asm ---- 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的頭文件。

arch//boot/dts ---- 設(shè)備樹(shù)(Device Tree)文件。init/ ---- Linux系統(tǒng)啟動(dòng)初始化相關(guān)的代碼。

block/ ---- 提供塊設(shè)備的層次。

sound/ ---- 音頻相關(guān)的驅(qū)動(dòng)及子系統(tǒng)，可以看作“音頻子系統(tǒng)”。

drivers/ ---- 設(shè)備驅(qū)動(dòng)(在Linux kernel 3.10中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)占了49.4的代碼量)。lib/ ---- 實(shí)現(xiàn)需要在內(nèi)核中使用的庫(kù)函數(shù)，例如CRC、FIFO、list、MD5等。

crypto/ ----- 加密、解密相關(guān)的庫(kù)函數(shù)。

security/ ---- 提供安全特性(SELinux)。

virt/ ---- 提供虛擬機(jī)技術(shù)(KVM等)的支持。

usr/ ---- 用于生成initramfs的代碼。

firmware/ ---- 保存用于驅(qū)動(dòng)第三方設(shè)備的固件。samples/ ---- 一些示例代碼。

tools/ ---- 一些常用工具，如性能剖析、自測(cè)試等。Kconfig, Kbuild, Makefile, scripts/ ---- 用于內(nèi)核編譯的配置文件、腳本等。COPYING ---- 版權(quán)聲明。

MAINTAINERS ----維護(hù)者名單。

CREDITS ---- Linux主要的貢獻(xiàn)者名單。

REPORTING-BUGS ---- Bug上報(bào)的指南。Documentation, README ---- 幫助、說(shuō)明文檔。

Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析 簡(jiǎn)析

最上面是用戶(或應(yīng)用程序)空間。這是用戶應(yīng)用程序執(zhí)行的地方。用戶空間之下是內(nèi)核空間，Linux 內(nèi)核正是位于這里。GNU C Library (glibc)也在這里。它提供了連接內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用接口，還提供了在用戶空間應(yīng)用程序和內(nèi)核之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的機(jī)制。這點(diǎn)非常重要，因?yàn)閮?nèi)核和用戶空間的應(yīng)用程序使用的是不同的保護(hù)地址空間。每個(gè)用戶空間的進(jìn)程都使用自己的虛擬地址空間，而內(nèi)核則占用單獨(dú)的地址空間。

Linux 內(nèi)核可以進(jìn)一步劃分成 3 層。最上面是系統(tǒng)調(diào)用接口，它實(shí)現(xiàn)了一些基本的功能，例如 read 和 write。系統(tǒng)調(diào)用接口之下是內(nèi)核代碼，可以更精確地定義為獨(dú)立于體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)核代碼。這些代碼是 Linux 所支持的所有處理器體系結(jié)構(gòu)所通用的。在這些代碼之下是依賴于體系結(jié)構(gòu)的代碼，構(gòu)成了通常稱為 BSP(Board Support Package)的部分。這些代碼用作給定體系結(jié)構(gòu)的處理器和特定于平臺(tái)的代碼。

Linux 內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了很多重要的體系結(jié)構(gòu)屬性。在或高或低的層次上，內(nèi)核被劃分為多個(gè)子系統(tǒng)。Linux 也可以看作是一個(gè)整體，因?yàn)樗鼤?huì)將所有這些基本服務(wù)都集成到內(nèi)核中。這與微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)不同，后者會(huì)提供一些基本的服務(wù)，例如通信、I/O、內(nèi)存和進(jìn)程管理，更具體的服務(wù)都是插入到微內(nèi)核層中的。每種內(nèi)核都有自己的優(yōu)點(diǎn)，不過(guò)這里并不對(duì)此進(jìn)行討論。

隨著時(shí)間的流逝，Linux 內(nèi)核在內(nèi)存和 CPU 使用方面具有較高的效率，并且非常穩(wěn)定。但是對(duì)于 Linux 來(lái)說(shuō)，最為有趣的是在這種大小和復(fù)雜性的前提下，依然具有良好的可移植性。Linux 編譯后可在大量處理器和具有不同體系結(jié)構(gòu)約束和需求的平臺(tái)上運(yùn)行。一個(gè)例子是 Linux 可以在一個(gè)具有內(nèi)存管理單元(MMU)的處理器上運(yùn)行，也可以在那些不提供 MMU 的處理器上運(yùn)行。 Linux 內(nèi)核的 uClinux 移植提供了對(duì)非 MMU 的支持。

Linux內(nèi)核的主要組件有：系統(tǒng)調(diào)用接口、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)堆棧、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、硬件架構(gòu)的相關(guān)代碼。

(1)系統(tǒng)調(diào)用接口

SCI 層提供了某些機(jī)制執(zhí)行從用戶空間到內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用。正如前面討論的一樣，這個(gè)接口依賴于體系結(jié)構(gòu)，甚至在相同的處理器家族內(nèi)也是如此。SCI 實(shí)際上是一個(gè)非常有用的函數(shù)調(diào)用多路復(fù)用和多路分解服務(wù)。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的實(shí)現(xiàn)，并在 ./linux/arch 中找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分。

(2)進(jìn)程管理

進(jìn)程管理的重點(diǎn)是進(jìn)程的執(zhí)行。在內(nèi)核中，這些進(jìn)程稱為線程，代表了單獨(dú)的處理器虛擬化(線程代碼、數(shù)據(jù)、堆棧和 CPU 寄存器)。在用戶空間，通常使用進(jìn)程 這個(gè)術(shù)語(yǔ)，不過(guò) Linux 實(shí)現(xiàn)并沒(méi)有區(qū)分這兩個(gè)概念(進(jìn)程和線程)。內(nèi)核通過(guò) SCI 提供了一個(gè)應(yīng)用程序編程接口(API)來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程(fork、exec 或 Portable Operating System Interface [POSIX] 函數(shù))，停止進(jìn)程(kill、exit)，并在它們之間進(jìn)行通信和同步(signal 或者 POSIX 機(jī)制)。

進(jìn)程管理還包括處理活動(dòng)進(jìn)程之間共享 CPU 的需求。內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了一種新型的調(diào)度算法，不管有多少個(gè)線程在競(jìng)爭(zhēng) CPU，這種算法都可以在固定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行操作。這種算法就稱為 O(1) 調(diào)度程序，這個(gè)名字就表示它調(diào)度多個(gè)線程所使用的時(shí)間和調(diào)度一個(gè)線程所使用的時(shí)間是相同的。O(1) 調(diào)度程序也可以支持多處理器(稱為對(duì)稱多處理器或 SMP)。您可以在 ./linux/kernel 中找到進(jìn)程管理的源代碼，在 ./linux/arch 中可以找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的源代碼。

(3)內(nèi)存管理

內(nèi)核所管理的另外一個(gè)重要資源是內(nèi)存。為了提高效率，如果由硬件管理虛擬內(nèi)存，內(nèi)存是按照所謂的內(nèi)存頁(yè) 方式進(jìn)行管理的(對(duì)于大部分體系結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)都是 4KB)。Linux 包括了管理可用內(nèi)存的方式，以及物理和虛擬映射所使用的硬件機(jī)制。不過(guò)內(nèi)存管理要管理的可不止 4KB 緩沖區(qū)。Linux 提供了對(duì) 4KB 緩沖區(qū)的抽象，例如 slab 分配器。這種內(nèi)存管理模式使用 4KB 緩沖區(qū)為基數(shù)，然后從中分配結(jié)構(gòu)，并跟蹤內(nèi)存頁(yè)使用情況，比如哪些內(nèi)存頁(yè)是滿的，哪些頁(yè)面沒(méi)有完全使用，哪些頁(yè)面為空。這樣就允許該模式根據(jù)系統(tǒng)需要來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)存使用。為了支持多個(gè)用戶使用內(nèi)存，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)可用內(nèi)存被消耗光的情況。由于這個(gè)原因，頁(yè)面可以移出內(nèi)存并放入磁盤(pán)中。這個(gè)過(guò)程稱為交換，因?yàn)轫?yè)面會(huì)被從內(nèi)存交換到硬盤(pán)上。內(nèi)存管理的源代碼可以在 ./linux/mm 中找到。

(4)虛擬文件系統(tǒng)

虛擬文件系統(tǒng)(VFS)是 Linux 內(nèi)核中非常有用的一個(gè)方面，因?yàn)樗鼮槲募到y(tǒng)提供了一個(gè)通用的接口抽象。VFS 在 SCI 和內(nèi)核所支持的文件系統(tǒng)之間提供了一個(gè)交換層。

在 VFS 上面，是對(duì)諸如 open、close、read 和 write 之類的函數(shù)的一個(gè)通用 API 抽象。在 VFS 下面是文件系統(tǒng)抽象，它定義了上層函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。它們是給定文件系統(tǒng)(超過(guò) 50 個(gè))的插件。文件系統(tǒng)的源代碼可以在 ./linux/fs 中找到。文件系統(tǒng)層之下是緩沖區(qū)緩存，它為文件系統(tǒng)層提供了一個(gè)通用函數(shù)集(與具體文件系統(tǒng)無(wú)關(guān))。這個(gè)緩存層通過(guò)將數(shù)據(jù)保留一段時(shí)間(或者隨即預(yù)先讀取數(shù)據(jù)以便在需要是就可用)優(yōu)化了對(duì)物理設(shè)備的訪問(wèn)。緩沖區(qū)緩存之下是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它實(shí)現(xiàn)了特定物理設(shè)備的接口。

(5)網(wǎng)絡(luò)堆棧

網(wǎng)絡(luò)堆棧在設(shè)計(jì)上遵循模擬協(xié)議本身的分層體系結(jié)構(gòu)?；叵胍幌?，Internet Protocol (IP) 是傳輸協(xié)議(通常稱為傳輸控制協(xié)議或 TCP)下面的核心網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。TCP 上面是 socket 層，它是通過(guò) SCI 進(jìn)行調(diào)用的。socket 層是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) API，它為各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了一個(gè)用戶接口。從原始幀訪問(wèn)到 IP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元(PDU)，再到 TCP 和 User Datagram Protocol (UDP)，socket 層提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)管理連接，并在各個(gè)終點(diǎn)之間移動(dòng)數(shù)據(jù)。內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)源代碼可以在 ./linux/net 中找到。

(6)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

Linux 內(nèi)核中有大量代碼都在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，它們能夠運(yùn)轉(zhuǎn)特定的硬件設(shè)備。Linux 源碼樹(shù)提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序子目錄，這個(gè)目錄又進(jìn)一步劃分為各種支持設(shè)備，例如 Bluetooth、I2C、serial 等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的代碼可以在 ./linux/drivers 中找到。

(7)依賴體系結(jié)構(gòu)的代碼

盡管 Linux 很大程度上獨(dú)立于所運(yùn)行的體系結(jié)構(gòu)，但是有些元素則必須考慮體系結(jié)構(gòu)才能正常操作并實(shí)現(xiàn)更高效率。./linux/arch 子目錄定義了內(nèi)核源代碼中依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分，其中包含了各種特定于體系結(jié)構(gòu)的子目錄(共同組成了 BSP)。對(duì)于一個(gè)典型的桌面系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，使用的是 x86 目錄。每個(gè)體系結(jié)構(gòu)子目錄都包含了很多其他子目錄，每個(gè)子目錄都關(guān)注內(nèi)核中的一個(gè)特定方面，例如引導(dǎo)、內(nèi)核、內(nèi)存管理等。這些依賴體系結(jié)構(gòu)的代碼可以在 ./linux/arch 中找到。

如果 Linux 內(nèi)核的可移植性和效率還不夠好，Linux 還提供了其他一些特性，它們無(wú)法劃分到上面的分類中。作為一個(gè)生產(chǎn)操作系統(tǒng)和開(kāi)源軟件，Linux 是測(cè)試新協(xié)議及其增強(qiáng)的良好平臺(tái)。Linux 支持大量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括典型的 TCP/IP，以及高速網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展(大于 1 Gigabit Ethernet [GbE] 和 10 GbE)。Linux 也可以支持諸如流控制傳輸協(xié)議(SCTP)之類的協(xié)議，它提供了很多比 TCP 更高級(jí)的特性(是傳輸層協(xié)議的接替者)。 Linux 還是一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)核，支持動(dòng)態(tài)添加或刪除軟件組件。被稱為動(dòng)態(tài)可加載內(nèi)核模塊，它們可以在引導(dǎo)時(shí)根據(jù)需要(當(dāng)前特定設(shè)備需要這個(gè)模塊)或在任何時(shí)候由用戶插入。 Linux 最新的一個(gè)增強(qiáng)是可以用作其他操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)(稱為系統(tǒng)管理程序)。最近，對(duì)內(nèi)核進(jìn)行了修改，稱為基于內(nèi)核的虛擬機(jī)(KVM)。這個(gè)修改為用戶空間啟用了一個(gè)新的接口，它可以允許其他操作系統(tǒng)在啟用了 KVM 的內(nèi)核之上運(yùn)行。除了運(yùn)行 Linux 的其他實(shí)例之外， Microsoft Windows也可以進(jìn)行虛擬化。惟一的限制是底層處理器必須支持新的虛擬化指令。

Linux體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)核結(jié)構(gòu)區(qū)別

1.當(dāng)被問(wèn)到Linux體系結(jié)構(gòu)(就是Linux系統(tǒng)是怎么構(gòu)成的)時(shí)，我們可以這么回答：從大的方面講，Linux體系結(jié)構(gòu)可以分為兩塊：

(1)用戶空間：用戶空間中又包含了，用戶的應(yīng)用程序，C庫(kù)

(2)內(nèi)核空間：內(nèi)核空間包括，系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核，以及與平臺(tái)架構(gòu)相關(guān)的代碼 2.Linux體系結(jié)構(gòu)要分成用戶空間和內(nèi)核空間的原因：

1)現(xiàn)代CPU通常都實(shí)現(xiàn)了不同的工作模式，

以ARM為例：ARM實(shí)現(xiàn)了7種工作模式，不同模式下CPU可以執(zhí)行的指令或者訪問(wèn)的寄存器不同：

(1)用戶模式 usr (2)系統(tǒng)模式 sys (3)管理模式 svc (4)快速中斷 fiq (5)外部中斷 irq (6)數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止 abt (7)未定義指令異常

以(2)X86為例：X86實(shí)現(xiàn)了4個(gè)不同級(jí)別的權(quán)限，Ring0—Ring3 ;Ring0下可以執(zhí)行特權(quán)指令，可以訪問(wèn)IO設(shè)備;Ring3則有很多的限制

2)所以，Linux從CPU的角度出發(fā)，為了保護(hù)內(nèi)核的安全，把系統(tǒng)分成了2部分;

3.用戶空間和內(nèi)核空間是程序執(zhí)行的兩種不同狀態(tài)，我們可以通過(guò)“系統(tǒng)調(diào)用”和“硬件中斷“來(lái)完成用戶空間到內(nèi)核空間的轉(zhuǎn)移

4.Linux的內(nèi)核結(jié)構(gòu)(注意區(qū)分LInux體系結(jié)構(gòu)和Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu))

Linux驅(qū)動(dòng)的platform機(jī)制

Linux的這種platform driver機(jī)制和傳統(tǒng)的device_driver機(jī)制相比，一個(gè)十分明顯的優(yōu)勢(shì)在于platform機(jī)制將本身的資源注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理，在驅(qū)動(dòng)程序中使用這些資源時(shí)通過(guò)platform_device提供的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行申請(qǐng)并使用。這樣提高了驅(qū)動(dòng)和資源管理的獨(dú)立性，并且擁有較好的可移植性和安全性。Linux中的SPI總線可理解為SPI控制器引出的總線：

和傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)一樣，platform機(jī)制也分為三個(gè)步驟：

1、總線注冊(cè)階段：

內(nèi)核啟動(dòng)初始化時(shí)的main.c文件中的kernel_init()→do_basic_setup()→driver_init()→platform_bus_init()→bus_register(&platform_bus_type)，注冊(cè)了一條platform總線(虛擬總線，platform_bus)。

2、添加設(shè)備階段：

設(shè)備注冊(cè)的時(shí)候Platform_device_register()→platform_device_add()→(pdev→dev.bus = &platform_bus_type)→device_add()，就這樣把設(shè)備給掛到虛擬的總線上。

3、驅(qū)動(dòng)注冊(cè)階段：

Platform_driver_register()→driver_register()→bus_add_driver()→driver_attach()→bus_for_each_dev(), 對(duì)在每個(gè)掛在虛擬的platform bus的設(shè)備作__driver_attach()→driver_probe_device(),判斷drv→bus→match()是否執(zhí)行成功，此時(shí)通過(guò)指針執(zhí)行platform_match→strncmp(pdev→name , drv→name , BUS_ID_SIZE),如果相符就調(diào)用really_probe(實(shí)際就是執(zhí)行相應(yīng)設(shè)備的platform_driver→probe(platform_device)。)開(kāi)始真正的探測(cè)，如果probe成功，則綁定設(shè)備到該驅(qū)動(dòng)。

從上面可以看出，platform機(jī)制最后還是調(diào)用了bus_register() , device_add() , driver_register()這三個(gè)關(guān)鍵的函數(shù)。

下面看幾個(gè)結(jié)構(gòu)體：

struct platform_device (/include/linux/Platform_device.h){ const char * name; int id; struct device dev; u32 num_resources; struct resource * resource;};

Platform_device結(jié)構(gòu)體描述了一個(gè)platform結(jié)構(gòu)的設(shè)備，在其中包含了一般設(shè)備的結(jié)構(gòu)體struct device dev;設(shè)備的資源結(jié)構(gòu)體struct resource * resource;還有設(shè)備的名字const char * name。(注意，這個(gè)名字一定要和后面platform_driver.driver àname相同，原因會(huì)在后面說(shuō)明。)

該結(jié)構(gòu)體中最重要的就是resource結(jié)構(gòu)，這也是之所以引入platform機(jī)制的原因。

struct resource ( /include/linux/ioport.h){ resource_size_t start; resource_size_t end; const char *name; unsigned long flags; struct resource *parent, *sibling, *child;};

其中 flags位表示該資源的類型，start和end分別表示該資源的起始地址和結(jié)束地址(/include/linux/Platform_device.h)：

struct platform_driver { int (*probe)(struct platform_device *); int (*remove)(struct platform_device *); void (*shutdown)(struct platform_device *); int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state); int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state); int (*resume_early)(struct platform_device *); int (*resume)(struct platform_device *); struct device_driver driver;};

Platform_driver結(jié)構(gòu)體描述了一個(gè)platform結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。其中除了一些函數(shù)指針外，還有一個(gè)一般驅(qū)動(dòng)的device_driver結(jié)構(gòu)。

名字要一致的原因：

上面說(shuō)的驅(qū)動(dòng)在注冊(cè)的時(shí)候會(huì)調(diào)用函數(shù)bus_for_each_dev(), 對(duì)在每個(gè)掛在虛擬的platform bus的設(shè)備作__driver_attach()→driver_probe_device(),在此函數(shù)中會(huì)對(duì)dev和drv做初步的匹配，調(diào)用的是drv->bus->match所指向的函數(shù)。platform_driver_register函數(shù)中drv->driver.bus = &platform_bus_type，所以drv->bus->match就為platform_bus_type→match,為platform_match函數(shù)，該函數(shù)如下：

static int platform_match(struct device * dev, struct device_driver * drv) { struct platform_device *pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev); return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);}

是比較dev和drv的name，相同則會(huì)進(jìn)入really_probe()函數(shù)，從而進(jìn)入自己寫(xiě)的probe函數(shù)做進(jìn)一步的匹配。所以dev→name和driver→drv→name在初始化時(shí)一定要填一樣的。

不同類型的驅(qū)動(dòng)，其match函數(shù)是不一樣的，這個(gè)platform的驅(qū)動(dòng)，比較的是dev和drv的名字，還記得usb類驅(qū)動(dòng)里的match嗎?它比較的是Product ID和Vendor ID。

個(gè)人總結(jié)Platform機(jī)制的好處：

1、提供platform_bus_type類型的總線，把那些不是總線型的soc設(shè)備都添加到這條虛擬總線上。使得，總線——設(shè)備——驅(qū)動(dòng)的模式可以得到普及。

2、提供platform_device和platform_driver類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的device和driver數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嵌入其中，并且加入resource成員，以便于和Open Firmware這種動(dòng)態(tài)傳遞設(shè)備資源的新型bootloader和kernel 接軌。