2.4 核心開發的特點
相對於使用者空間內應用程式的開發，核心開發有一些獨特之處。儘管這些差異並不會使開發核心的難點超過開發使用者**，但依然有很大不同。
核心程式設計時既不能訪問c庫也不能訪問標準的c標頭檔案。
核心程式設計時必須使用gnu c。
核心程式設計時缺乏像使用者空間那樣的記憶體保護機制。
核心程式設計時難以執行浮點運算。
核心給每個程序只有乙個很小的定長堆疊。
由於核心支援非同步中斷、搶占和smp，因此必須時刻注意同步和併發。
要考慮可移植性的重要性。
1、無libc庫抑或無標準標頭檔案
與使用者空間的應用程式不同，核心不能鏈結使用標準c函式庫-或者其他的那些庫也不行。造成這種情況的原因有許多，最主要的原因還是速度和大小。對核心來說，完整的c庫-哪怕是它的乙個子集，都太大且太低效了。
大部分常用的c庫函式在核心中都已經得到實現。比如操作字串的函式組就位於lib/string.c檔案中。只要包含標頭檔案，就可以使用它們。
標頭檔案：指的是組成核心源**樹的核心標頭檔案，核心源**檔案不能包含外部標頭檔案。基本的標頭檔案位於核心源**樹頂級目錄下的include目錄中。例如，標頭檔案對應核心源**樹的include/linux/inotify.h。
體系結構相關的標頭檔案位於核心源**樹的arc//include/asm目錄下。例如，如果編譯的是x86體系結構，則體系結構相關的標頭檔案是arch/x86/include/asm。核心**通過以asm/為字首的方式包含這些標頭檔案，例如。
在所有沒有實現的函式中，最著名的就是printf()函式。核心**雖然無法呼叫printf()，但核心提供的printk()函式幾乎與printf()相同。printk()函式負責把格式化好的字串拷貝到核心日誌緩衝區上，syslog程式可以通過讀取該緩衝區來獲取核心資訊。
printk(kern_info "bus unregister\n");
printk()和printf()之間的乙個顯著區別在於，printk()允許通過指定乙個標誌來設定優先順序。syslogd會根據這個優先順序標誌來決定在什麼地方顯示這條系統訊息。
備註：在kern_info和要列印的訊息之間沒有逗號。優先順序標誌是預處理程式定義的乙個描述性字串，在編譯時優先順序標誌就與要列印的訊息繫結在一起處理。
2、gnu c
linux核心是用c語言編寫的，核心並不完全符號ansi c標準。只要有可能，核心開發者總是要用到gcc提供的許多語言擴充套件部分。
核心開發者使用的c語言涵蓋iso c99標準和gnu c擴充套件特性。
1）內聯函式
c99和gnu c均支援內聯函式。inline可以反映出它的工作方式，函式會在它所呼叫的位置上展開。這麼做可以消除函式呼叫和返回所帶來的開銷（暫存器儲存和恢復）。而且，由於編譯器會把呼叫函式的**和函式本身放在一起進行優化，所以也有進一步優化**的可能。這麼做是有代價的，**會變長，也就意味著占用更多的記憶體空間或者占用更多的指令快取。核心開發者通常把那些對時間要求比較高，而本身長度又比較短的函式定義成內聯函式。如果乙個函式較大，會被反覆呼叫，且沒有特別的時間上的限制，不贊成把它做成內聯函式。
定義內聯函式時，需要使用static關鍵字，並且用inline來限定。例如：
static inline int memory_dev_init(void)
內聯函式必須在使用之前就定義好，否則編譯器就沒法把這個函式展開。一般在標頭檔案中定義內聯函式。由於使用了static作為關鍵字限制，所以編譯時不會為內聯函式單獨建立乙個函式體。如果乙個內聯函式僅僅在某個原始檔中使用，也可以把它定義在該檔案開始的地方。
在核心中，為了型別安全和易讀性，優先使用內聯函式而不是複雜的巨集。
2）內聯彙編
gcc編譯器支援在c函式中嵌入彙編指令。在核心程式設計時，只有知道對應的體系結構，才能使用這個功能。通常使用asm()指令嵌入彙編**。linux核心混合使用了c語言和組合語言。在偏近體系結構的底層或對執行時間要求嚴格的地方，一般使用的是組合語言。而核心其它部分的大部分**是用c語言編寫的。
3）分支宣告
對於條件選擇語句，gcc內建了一條指令用於優化，在乙個條件經常出現，或者該條件很少出現時，編譯器根據這條指令對條件分支選擇進行優化。核心把這條指令封裝成了巨集，比如likely()和unlikely()，這樣使用起來比較方便。例如，下面是乙個條件選擇語句：
if(error){
/*......*/
如果要把這個選擇標記成絕少發生的分支：
if(unlikely(error)){//error絕大多數時間都會為0
/*......*/
如果把乙個分支標記為通常為真的選擇：
if(likely(success)){//success通常都不會為0
/*......*/
在想要對某個條件選擇語句進行優化之前，一定要搞清楚其中是不是存在這麼乙個條件，在絕大多數情況下都會成立。這點十分重要：如果判斷正確，確實是這個條件佔壓倒性的地位，那麼效能就會提公升；如果搞錯了，效能反而會下降。通常在對一些錯誤條件進行判斷時使用likely()或unlikely()。unlikely()在核心中會得到更廣泛的應用，因為if語句往往判斷一種特殊情況。
3、沒有記憶體保護機制
如果乙個使用者程式檢視進行一次非法的記憶體訪問，核心會發現這個錯誤，傳送sigsegv（段錯誤）訊號，並結束整個程序。如果是核心自己非法訪問了記憶體，後果很難控制。核心中發生的記憶體錯誤會導致oops，這是核心中出現的最常見的一類錯誤。在核心中，不應該去做訪問非法的記憶體位址，引用空指標之類的事情，否則它可能會導致死掉。
此外，核心中的記憶體都不分頁。也就是說，每用掉乙個位元組，物理記憶體就減少乙個位元組。所以，往核心中加入新功能時，要記住這一點。
4、不要輕易在核心中使用浮點數
在使用者空間的程序內進行浮點操作時，核心會完成從整數操作到浮點數操作的模式轉換。在執行浮點指令時到底會做些什麼，因體系結構不同，核心的選擇也不同，但是，核心通常捕獲陷阱並著手於整數到浮點方式的轉變。
與使用者空間程序不同，核心並不能完美地支援浮點操作，因為它本身不能陷入。在核心中使用浮點數時，除了要人工儲存和恢復浮點暫存器，還有其他一些瑣碎的事情要做。除了一些極少的情況，不要在核心中使用浮點操作。
5、容積小而固定的棧
使用者空間的程式可以從棧上分配大量的空間來存放變數，甚至巨大的結構體或者是包含數以千計的資料項的陣列都沒有問題。之所以可以這麼做，是因為使用者空間的棧本身比較大，而且還能動態地增長。
核心棧的準確大小隨體系結構而變。在x86上，棧的大小在編譯時配置，可以是4kb也可以是8kb。從歷史上說，核心棧的大小是兩頁，這意味著，32位機的核心棧是8kb，而64位機的核心棧是16kb，這是固定不變的。每個處理器都有自己的棧。
6、同步和併發
核心很容易產生競爭條件。和單執行緒的使用者空間程式不同，核心的許多特性都要求能夠併發地訪問共享資料，這就要求有同步機制以保證不出現競爭條件，特別是：
linux是搶占多工作業系統。核心的程序排程程式即對程序進行排程和重新排程。核心必須和這些任務同步。
linux核心支援對稱多處理器系統smp。如果沒有適當的保護，同時在兩個或兩個以上的處理器上執行的核心**很可能會同時訪問共享的同乙個資源。
中斷是非同步到來的，完全不顧及當前正在執行的**。如果不加以適當的保護，中斷完全有可能在**訪問資源的時候到來，中斷處理程式就有可能訪問同一資源。
linux核心可以搶占。如果不加以適當的保護，核心中一段正在執行的**可能會被另一段**搶占，從而有可能導致幾段**同時訪問相同的資源。
常用的解決競爭的辦法是自旋鎖和訊號量。
7、可移植性的重要性
儘管使用者空間的應用程式不太注意移植問題，然而linux是乙個可移植的作業系統。大部分c**應該與體系結構無關，在許多不同體系結構的計算機上都能編譯和執行，因此，必須把與體系結構相關的**從核心**樹的特定目錄中適當地分離出來。
例如保持位元組序、64位對齊、不假定字長和頁面長度等一系列準則都有助於移植性。
第二章 核心C
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