android 内核态

释放双眼,带上耳机,听听看~!

今天,简单讲讲android的内核态的知识。

 

一。内核态(Kernel Mode)与用户态(User Mode)

内核态: CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序

用户态: 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取

 

为什么要有用户态和内核态

由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 —
用户态
内核态

用户态与内核态的切换

所有用户程序都是运行在用户态的, 但是有时候程序确实需要做一些内核态的事情, 例如从硬盘读取数据, 或者从键盘获取输入等. 而唯一可以做这些事情的就是操作系统, 所以此时程序就需要先操作系统请求以程序的名义来执行这些操作.

这时需要一个这样的机制: 用户态程序切换到内核态, 但是不能控制在内核态中执行的指令

这种机制叫系统调用, 在CPU中的实现称之为陷阱指令(Trap Instruction)

他们的工作流程如下:

  1. 用户态程序将一些数据值放在寄存器中, 或者使用参数创建一个堆栈(stack frame), 以此表明需要操作系统提供的服务.
  2. 用户态程序执行陷阱指令
  3. CPU切换到内核态, 并跳到位于内存指定位置的指令, 这些指令是操作系统的一部分, 他们具有内存保护, 不可被用户态程序访问
  4. 这些指令称之为陷阱(trap)或者系统调用处理器(system call handler). 他们会读取程序放入内存的数据参数, 并执行程序请求的服务
  5. 系统调用完成后, 操作系统会重置CPU为用户态并返回系统调用的结果

 

二.Android系统和linux内核的关系详解

虽然Android基于Linux内核,但是它与Linux之间还是有很大的差别,比如Android在Linux内核的基础上添加了
自己所特有的驱动程序。下面我们就来分析一下它们之间究竟有什么关系?
一、Android为什么会选择Linux
成熟的操作系统有很多,但是Android为什么选择采用Linux内核呢?这就与Linux的一些特性有关了,这也是很多
教材反复讲到的linux的重要特点。比如:
1、强大的内存管理和进程管理方案
2、基于权限的安全模式
3、支持共享库
4、经过认证的驱动模型
5、Linux本身就是开源项目
更多关于上述特性的信息可以参考Linux 2.6版内核的官方文档,这便于我们在后面的学习中更好地理解Android
所特有的功能特性。接下来分析Android与Linux的关系。其实实际上选择linux内核的手机系统很多,记得前几年
就见过三星的一款linux内核的手机,并且那款手机保持了linux系统的大部分特征,所以用起来感觉就像一个小巧
的linux系统。
二、Android对Linux的改动
原文作者说是“Android不是Linux”,关于这个观点,要看读者自己怎么看了,如果说Linux是说的内核,那
Android自然不是Linux。如果Linux是指Linux发行版,那Android当然是Linux,否则ubuntu,Fedora等都不是
linux了。
Android对linux系统的改动主要有以下几个方面:
1.它没有glibc支持
由于Android最初用于一些便携的移动设备上,所以,可能出于效率等方面的考虑,Android并没有采用glibc作为
C库,而是Google自己开发了一套Bionic Libc来代替glibc。
2.它并不包括一整套标准的Linux使用程序
Android并没有完全照搬Liunx系统的内核,除了修正部分Liunx的Bug之外,还增加了不少内容,比如:它基于ARM
构架增加的Gold-Fish平台,以及yaffs2 FLASH文件系统(如果学习了嵌入式的话就会知道yaffs2 FLASH文件系
统已经在基于linux的很多嵌入式设备上采用了,技术已经非常成熟)等。
3.它没有本地基于X服务的窗口系统
什么是本地窗口系统呢?本地窗口系统是指GNU/Linux上的X窗口系统,或者Mac OX X的Quartz等。不同的操作系统
的窗口系统可能不一样,Android并没有使用(也不需要使用)Linux的X窗口系统(对原作者的这个观点不是很赞
同,原文章这一点放在第一条,并说“这是Android不是Linux的一个基本原因”,这个不敢苟同,由于作者 没有
指明android用的什么显示系统,我也不好说)。
4.Android专有的驱动程序
除了上面这些不同点之外,Android还对Linux设备驱动进行了增强,主要如下所示。
1)Android Binder 基于OpenBinder框架的一个驱动,用于提供 Android平台的进程间通信(InterProcess
Communication,IPC)功能。源代码位于drivers/staging/android/binder.c。
2)Android电源管理(PM) 一个基于标准Linux电源管理系统的轻量级Android电源管理驱动,针对嵌入式设备做
了很多优化。源代码位于:
kernel/power/earlysuspend.c
kernel/power/consoleearlysuspend.c
kernel/power/fbearlysuspend.c
kernel/power/wakelock.c
kernel/power/userwakelock.c
3)低内存管理器(Low Memory Killer) 比Linux的标准的OOM(Out Of Memory)机制更加灵活,它可以根据需要
杀死进程以释放需要的内存。源代码位于 drivers/staging/ android/lowmemorykiller.c。
4)匿名共享内存(Ashmem) 为进程间提供大块共享内存,同时为内核提供回收和管理这个内存的机制。源代码位于
mm/ashmem.c。
5)Android PMEM(Physical) PMEM用于向用户空间提供连续的物理内存区域,DSP和某些设备只能工作在连续的物
理内存上。源代码位于drivers/misc/pmem.c。
6)Android Logger 一个轻量级的日志设备,用于抓取Android系统的各种日志。源代码位于
drivers/staging/android/logger.c。
7)Android Alarm 提供了一个定时器,用于把设备从睡眠状态唤醒,同时它还提供了一个即使在设备睡眠时也会
运行的时钟基准。源代码位于drivers/rtc/alarm.c。
8)USB Gadget驱动 一个基于标准 Linux USB gadget驱动框架的设备驱动,Android的USB驱动是基于gaeget框
架的。源代码位于drivers/usb/gadget/。
9)Android Ram Console 为了提供调试功能,Android允许将调试日志信息写入一个被称为RAM Console的设备
里,它是一个基于RAM的Buffer。源代码位于drivers/staging/android / ram_console.c。
10)Android timed device 提供了对设备进行定时控制的功能,目前支持vibrator和LED设备。源代码位于
drivers/staging/android /timed_output.c(timed_gpio.c)。
11)Yaffs2 文件系统 Android采用Yaffs2作为MTD nand flash文件系统,源代码位于fs/yaffs2/目录下。
Yaffs2是一个快速稳定的应用于NAND和NOR Flash的跨平台的嵌入式设备文件系统,同其他Flash文件系统相比,
Yaffs2能使用更小的内存来保存其运行状态,因此它占用内存小。Yaffs2的垃圾回收非常简单而且快速,因此能表
现出更好的性能。Yaffs2在大容量的NAND Flash上的性能表现尤为突出,非常适合大容量的Flash存储。
上面这些要点足以说明Android不是Linux。学习应用Android一般围绕Android的这些特有的部分展开,建议大家先复习一下Linux内核的基本知识。在具体学习之前,先来总体浏览一下
Android对Linux内核进行了哪些改动,在移植时就需要对这些改动加以调整

 

android 内核态就讲完了。

 

就这么简单。

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