嵌入式Linux内核设计高级研修.doc

一、课程介绍Linux博大精深、代码量极大、复杂度极高。由于无法掌握内核开发的能力，以致有些观点认为，Linux内核不需要动，当成黑匣子就行了。 其实不然，我们需要在很多方面进行内核开发1、在嵌入式领域，由于有数不清处理器架构，所以内核在某些架构上就没有得到完全支持。2、在工控领域，我们常常希望获得高精确时钟，而在绝大多数架构上Linux内核通常只能提供机遇tick的时钟（1-10毫秒）3、在存储领域，我们常常要加密硬盘或则进行磁盘在线备份，这当然又要修改Linux内核。本课程针对以上问题，着重解剖Linux内核的深层架构，将博大精深的Linux内核精确、完整地架构展现在学员面前，还要教会学员如何自己独立的在工作中如何分析、开发Linux内核。亮点关键词：嵌入式Linux内核 / 高精度时钟 / 修改内核 / 掌握内核开发能力二、主办单位：中国高科技产业化研究会信号处理专家委员会北京中际赛威文化发展有限公司 ()北京中际孚歌科技有限公司三、研修时间：2009年09月10-13日(9日报到)四、研修地点：北 京（具体地点及路线图详见报到通知）五、培训对象 嵌入式相关领域的专业人士，具有开发和设计经验的硬件或软件开发工程师系统移植工程师。学员学习本课程应具备下列基础知识： 熟悉C语言； 熟悉汇编语言； 了解嵌入式系统的基本知识。五、授课内容：第一天1 前言1.1 Linux操作系统-linux内核linux内核骨架1.2 linux内核演进1.3 linux与嵌入式1.4 linux分支版本综述2 内存2.1 进程虚拟地址空间（用户进程角度看内存）2.1.1 进程虚拟地址种类与分布2.1.2 进程内存泄露的本质2.2 内核物理内存的管理2.2.1 三层内存管理结构 node/zone/page2.2.2 bootmem的构建，为什么需要bootmem ？2.2.3 page数组的作用与构建P 7-12.2.4 伙伴算法剖析2.2.5 slab 与kmalloc剖析2.2.7 内存池2.2.8 内核编程中如何灵活使用物理内存2.3 系统内存运作体系2.3.1 现代处理器对虚拟内存的支持2.3.2 内核态虚拟地址的映射2.3.3 内核对用户态虚拟内存的支持 堆的虚拟、物理内存的扩展与收缩 栈的虚拟、物理内存的扩展与收缩 可执行镜像的物理内存的扩展与收缩 文件map地址的物理内存的扩展与收缩2.3.4 swap 机制2.3.5 vmalloc、io端口虚拟地址2.3.6 page与页表的映射与反映射2.3.7 hack segment fault第二天3 进程与线程3.1 进程创建3.1.1 fork 准备新的内核栈 继承资源 新进程的内核运行轨迹3.1.2 exec 映射可执行镜像 映射ld.so 新进程的用户栈准备3.2新进程的如何得到执行3.2.1 新进程内核运行轨迹3.2.1 返回用户态第一条指令3.2.2 ld.so的工作3.3如何调试进入不到main的进程3.4 linux线程库实现原理3.5 linux内核中对线程的支持3.5.1 tid pid3.5.2线程局部存储3.6 内核线程4 中断P 7-24.1内核对中断管理的层次4.1.1 中断控制器的管理4.1.2 体系结构相关的中断管理4.1.3 体系结构无关的中断管理4.2 中断产生与中断进入4.2.1 发生在内核态的中断进入4.2.2 发生在用户态的中断进入4.3 中断与驱动的中断处理函数4.3.1 中断如何定位到驱动的中断处理函数4.3.2 中断处理函数要注意的问题4.3.3 中断处理函数得不到执行该如何调试4.4 中断退出4.2.1 中断退出到内核态需要进行的动作4.2.2 中断退出到用户态需要进行的动作4.5 软中断4.3.1 软中断概念4.3.2 软中断运行时机与softirqd4.3.3 内核中的软中断综诉4.3.4 tasklet与软中断的关系4.6 全局影响4.6.1 中断与实时性 4.6.2 中断与内核抢占 4.6.3 中断与信号第三天5 系统调用与异常5.1 用户进程、libc与系统调用的联系5.2 X86处理器4级模式5.3 X86处理器上系统调用的实现5.4 hack一个系统调用read5.5异常表的建立5.6异常的种类及内核相应的处理6时间与定时器6.1 linux内核中时间的管理6.2 定时器6.2.1 内核中定时器的实现6.2.2 决定定时器精度的因素P 7-36.3 新的时钟体系6.3.1 旧时钟体系的问题6.3.2 获得更精确定时的方法- high resolution timer6.4 时钟对电源管理的影响及其改进- dynamic timer 6.5 在内核编程中使用timer6.6 时钟中断丢失对时间、定时器的影响 7 信号7.1信号产生7.2信号递交7.3信号执行7.3.1 信号执行时机7.3.2 信号执行的关键特殊的用户栈7.4 linux2.6内核中对线程信号的支持7.5信号与系统调用的重进入7.6信号与内核线程8 调度与抢占8.1内核的脉搏 tick8.1.1 tick的产生8.1.2 tick与时间片8.1.3扩展：没有tick，linux内核是否还能工作？ 8.2 导致调度的几种时机8.3 调度策略8.3.1 linux的几种调度策略8.3.2 扩展：调度策略与实时性8.4 调度器结构8.5 切换8.5.1 context的加载与保存8.5.2 进程虚拟地址空间的切换8.5.3 同一进程内线程切换时的地址空间如何保持一致8.5.4 与内核线程的切换8.6 线程第一次被调度8.7抢占8.7.1 用户态抢占8.7.2 内核态抢占8.7.3 linux内核抢占的实现8.7.4 抢占与实时性P 7-48.7.5 内核中的抢占检查点8.8 如何保证特定线程的实时性8.9 hack一个中断导致抢占的场景8.10 新的内核tick机制第四天9 内核编程用到的若干互持同步机制9.1 信号量9.2 自旋锁9.3 关中断9.4 原子操作9.5 rcu9.6 禁止抢占10 虚拟文件系统10.1 虚拟文件系统地位与架构10.2 虚拟文件系统的抽象10.2.1 对文件系统实体的抽象10.2.2 对文件系统操作的抽象10.3 虚拟文件系统提供的文件系统实体的cache机制10.4 虚拟文件系统提供的通用例程10.5 rootfs文件系统的始祖11 块设备驱动11.1 块设备驱动的层次11.2 文件系统与块设备交互11.3 底层驱动与块设备交互12 基于块设备的ext2文件系统12.1 ext2文件系统磁盘格式12.2 ext2文件系统与虚拟文件系统的交互12.3 文件逻辑地址与磁盘物理地址的转换12.4 ext2的目录查找、读写分析 13 基于mtd的jffs2文件系统13.1 nand上的jffs2文件系统格式13.2 jffs2的加载13.3 jffs2的磨损均衡与垃圾回收jffs2的13.4 jffs2 的目录查找、读写分析P 7-514 cache机制14.1 page cache里有哪些数据14.2 何时向page cache里增加page14.3 磁盘文件与page cache14.4 page cache的收缩与收缩时机14.5 buffer_head与page cache的关系14.6 读文件与page cache的交互14.7写文件与page cache的交互15 关于实时性的讨论15.1 RTlinux实时性的实现15.2 MontaVista 实时性的实现15.3 标准linux下获得精确定时的简单方法六、授课专家周老师：首席讲师，10年以上嵌入式技术从业经验，主持开发过多个大型嵌入式项目，涉及网络通讯，消费电子，工业控制，信息终端 等行业。对计算机体系结构有深入研究，熟悉电子工程和嵌入式领域技术发展趋势。熟悉ARMPPCMIPS等通用嵌入式平台，对应用优化的ASSP方 案，如OmapDavincii.MXPowerQUICCXscale更有独到见解。活跃于开源Linux社区，主持ZIX嵌入式开发环境项目，精通Mista Linux。为很多客户提供了最优解决方案。对系统移植有很强的经验，在X86/ARM/XSCALE/PowerPC/MIPS等各种体系结构平台上移植Linux内核；对于嵌入式Linux的实时性和CELinux的特点有深入研究。七、授课方法： 采用理论与上机实践同步的专题讲解，结合交流、讨论、案例分析等互动的方式，学习后由中国高科技产业化研究会向经考核合格的学员颁发证书。并为学员与专家、学员与学员之间建立广阔的交流平台，使学员在学习后也可以与专家共同解决在自己工作实践中碰到的困惑与难题。八、收费标准：2600元/人，3人以上9.5折优惠，（含资料午餐课时费证书） 北京中际赛威文化发展有限公司 2009年07月20日 P 7-6 报 名 回 执 表 序号： 填表日期： 年 月 日 单位名称发票抬头通信地址邮编联 系 人手 机电话参加人数人费用共计传真住 宿 间(标准间)汇款时间邮箱参加人员姓名、所任工作及关注的重点内容：（可另附页）注：请及时将参会回执传真至会务组，会务组将在正式开班前一周将具体报到通知回传。参会的学员可将自己关注或急需解决的问题，在开课两周前以书面提纲形式通过传真或邮件至会务组！通信地址：北京市北四环东