android 內核態

android 內核態,今天,簡單講講android的內核態的知識。

一。內核態(Kernel Mode)與用戶態(User Mode)

內核態: CPU可以訪問內存所有數據, 包括外圍設備, 例如硬盤, 網卡. CPU也可以將自己從一個程序切換到另一個程序

用戶態: 隻能受限的訪問內存, 且不允許訪問外圍設備. 占用CPU的能力被剝奪, CPU資源可以被其他程序獲取

為什麼要有用戶態和內核態

由於需要限制不同的程序之間的訪問能力, 防止他們獲取別的程序的內存數據, 或者獲取外圍設備的數據, 並發送到網絡, CPU劃分出兩個權限等級 — 用戶態內核態

用戶態與內核態的切換

所有用戶程序都是運行在用戶態的, 但是有時候程序確實需要做一些內核態的事情, 例如從硬盤讀取數據, 或者從鍵盤獲取輸入等. 而唯一可以做這些事情的就是操作系統, 所以此時程序就需要先操作系統請求以程序的名義來執行這些操作.

這時需要一個這樣的機制: 用戶態程序切換到內核態, 但是不能控制在內核態中執行的指令

這種機制叫系統調用, 在CPU中的實現稱之為陷阱指令(Trap Instruction)

他們的工作流程如下:

用戶態程序將一些數據值放在寄存器中, 或者使用參數創建一個堆棧(stack frame), 以此表明需要操作系統提供的服務.用戶態程序執行陷阱指令CPU切換到內核態, 並跳到位於內存指定位置的指令, 這些指令是操作系統的一部分, 他們具有內存保護, 不可被用戶態程序訪問這些指令稱之為陷阱(trap)或者系統調用處理器(system call handler). 他們會讀取程序放入內存的數據參數, 並執行程序請求的服務系統調用完成後, 操作系統會重置CPU為用戶態並返回系統調用的結果

二.Android系統和linux內核的關系詳解

雖然Android基於Linux內核,但是它與Linux之間還是有很大的差別,比如Android在Linux內核的基礎上添加瞭

自己所特有的驅動程序。下面我們就來分析一下它們之間究竟有什麼關系?

一、Android為什麼會選擇Linux

成熟的操作系統有很多,但是Android為什麼選擇采用Linux內核呢?這就與Linux的一些特性有關瞭,這也是很多

教材反復講到的linux的重要特點。比如:

1、強大的內存管理和進程管理方案

2、基於權限的安全模式

3、支持共享庫

4、經過認證的驅動模型

5、Linux本身就是開源項目

更多關於上述特性的信息可以參考Linux 2.6版內核的官方文檔,這便於我們在後面的學習中更好地理解Android

所特有的功能特性。接下來分析Android與Linux的關系。其實實際上選擇linux內核的手機系統很多,記得前幾年

就見過三星的一款linux內核的手機,並且那款手機保持瞭linux系統的大部分特征,所以用起來感覺就像一個小巧

的linux系統。

二、Android對Linux的改動

原文作者說是“Android不是Linux”,關於這個觀點,要看讀者自己怎麼看瞭,如果說Linux是說的內核,那

Android自然不是Linux。如果Linux是指Linux發行版,那Android當然是Linux,否則ubuntu,Fedora等都不是

linux瞭。

Android對linux系統的改動主要有以下幾個方面:

1.它沒有glibc支持

由於Android最初用於一些便攜的移動設備上,所以,可能出於效率等方面的考慮,Android並沒有采用glibc作為

C庫,而是Google自己開發瞭一套Bionic Libc來代替glibc。

2.它並不包括一整套標準的Linux使用程序

Android並沒有完全照搬Liunx系統的內核,除瞭修正部分Liunx的Bug之外,還增加瞭不少內容,比如:它基於ARM

構架增加的Gold-Fish平臺,以及yaffs2 FLASH文件系統(如果學習瞭嵌入式的話就會知道yaffs2 FLASH文件系

統已經在基於linux的很多嵌入式設備上采用瞭,技術已經非常成熟)等。

3.它沒有本地基於X服務的窗口系統

什麼是本地窗口系統呢?本地窗口系統是指GNU/Linux上的X窗口系統,或者Mac OX X的Quartz等。不同的操作系統

的窗口系統可能不一樣,Android並沒有使用(也不需要使用)Linux的X窗口系統(對原作者的這個觀點不是很贊

同,原文章這一點放在第一條,並說“這是Android不是Linux的一個基本原因”,這個不敢茍同,由於作者 沒有

指明android用的什麼顯示系統,我也不好說)。

4.Android專有的驅動程序

除瞭上面這些不同點之外,Android還對Linux設備驅動進行瞭增強,主要如下所示。

1)Android Binder 基於OpenBinder框架的一個驅動,用於提供 Android平臺的進程間通信(InterProcess

Communication,IPC)功能。源代碼位於drivers/staging/android/binder.c。

2)Android電源管理(PM) 一個基於標準Linux電源管理系統的輕量級Android電源管理驅動,針對嵌入式設備做

瞭很多優化。源代碼位於:

kernel/power/earlysuspend.c

kernel/power/consoleearlysuspend.c

kernel/power/fbearlysuspend.c

kernel/power/wakelock.c

kernel/power/userwakelock.c

3)低內存管理器(Low Memory Killer) 比Linux的標準的OOM(Out Of Memory)機制更加靈活,它可以根據需要

殺死進程以釋放需要的內存。源代碼位於 drivers/staging/ android/lowmemorykiller.c。

4)匿名共享內存(Ashmem) 為進程間提供大塊共享內存,同時為內核提供回收和管理這個內存的機制。源代碼位於

mm/ashmem.c。

5)Android PMEM(Physical) PMEM用於向用戶空間提供連續的物理內存區域,DSP和某些設備隻能工作在連續的物

理內存上。源代碼位於drivers/misc/pmem.c。

6)Android Logger 一個輕量級的日志設備,用於抓取Android系統的各種日志。源代碼位於

drivers/staging/android/logger.c。

7)Android Alarm 提供瞭一個定時器,用於把設備從睡眠狀態喚醒,同時它還提供瞭一個即使在設備睡眠時也會

運行的時鐘基準。源代碼位於drivers/rtc/alarm.c。

8)USB Gadget驅動 一個基於標準 Linux USB gadget驅動框架的設備驅動,Android的USB驅動是基於gaeget框

架的。源代碼位於drivers/usb/gadget/。

9)Android Ram Console 為瞭提供調試功能,Android允許將調試日志信息寫入一個被稱為RAM Console的設備

裡,它是一個基於RAM的Buffer。源代碼位於drivers/staging/android / ram_console.c。

10)Android timed device 提供瞭對設備進行定時控制的功能,目前支持vibrator和LED設備。源代碼位於

drivers/staging/android /timed_output.c(timed_gpio.c)。

11)Yaffs2 文件系統 Android采用Yaffs2作為MTD nand flash文件系統,源代碼位於fs/yaffs2/目錄下。

Yaffs2是一個快速穩定的應用於NAND和NOR Flash的跨平臺的嵌入式設備文件系統,同其他Flash文件系統相比,

Yaffs2能使用更小的內存來保存其運行狀態,因此它占用內存小。Yaffs2的垃圾回收非常簡單而且快速,因此能表

現出更好的性能。Yaffs2在大容量的NAND Flash上的性能表現尤為突出,非常適合大容量的Flash存儲。

上面這些要點足以說明Android不是Linux。學習應用Android一般圍繞Android的這些特有的部分展開,建議大傢先復習一下Linux內核的基本知識。在具體學習之前,先來總體瀏覽一下

Android對Linux內核進行瞭哪些改動,在移植時就需要對這些改動加以調整

android 內核態就講完瞭。

就這麼簡單。

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