之前在嵌入式Linux中，学习了U-Boot相关的知识，从本节开始就来学习一下Linux内核的知识。本篇文章主要介绍一下Linux内核的相关知识，让我们对Linux内核有一个入门的理解。
文章目录
1 Linux入门
1.1 简介
Linux是一种开源的类Unix操作系统内核，它由LinusTorvalds在1991年创建。Linux操作系统是基于Unix设计理念的，旨在提供一个稳定、可靠、安全且高度可定制的操作环境。以下是Linux的一些特点：
- 内核：Linux内核是操作系统的核心，负责管理系统的资源和提供基本的硬件控制。它是开源的，可以根据需要进行定制和修改。
- 开源：Linux采用开源模型，意味着其源代码是公开可用的。这使得用户可以自由查看、修改和分发系统的源代码。
- 多用户和多任务：Linux支持多用户环境，多个用户可以同时使用系统。它还是多任务的，能够同时运行多个程序。
- 文件系统：Linux使用类Unix的文件系统，文件和目录的管理遵循一种层次结构。文件系统被视为树状结构，以根目录(
/)为起点。 - 命令行界面：Linux通常提供强大的命令行界面(
CLI)，允许用户通过命令进行系统管理和配置。同时，也有图形用户界面(GUI)可用，如GNOME和KDE。 - 软件包管理：多数Linux发行版使用包管理系统，使用户能够方便地安装、更新和删除软件包。例如，Debian系使用
APT，RedHat系使用RPM。 - 网络功能：Linux内建了强大的网络功能，支持各种网络协议和服务。它可以用作服务器、路由器或桥接设备，也适用于各种网络应用。
- 移植性：Linux可以运行在多种硬件平台上，从个人计算机到嵌入式系统、服务器和超级计算机。
Linux有多个不同的发行版，每个发行版有其独特的特性和工具。常见的发行版包括Ubuntu、Fedora、Debian和CentOS。
1.2 源码下载
Linux官方提供了不同版本的Linux源码，官网仅提供最新版本的Linux源码和长期维护的一些Linux版本的源码。下载地址：The Linux Kernel Archives
如上图所示，mainline即最新版本的源码，stable即相对稳定的版本，longterm即Linux官方会长期维护的版本。我们可以点击tarball下载不同版本的源码。
与U-Boot一样，不同的半导体产商都有提供基于官方开发板移植好的Linux源码，比如我现在用的是基于NXP的I.MX系列的Linux开发板，我们就可以去下载NXP官方移植好的源码。下载地址：linux-imx。厂商提供的源码帮我们适配了不同的ARM架构，还有硬件平台的差异，所以我们优先使用厂商提供的源码。
1.3 目录结构
解压后，可以看到有如下的目录：
| Directory | 描述 |
|---|---|
| arch | 架构特定的源代码 |
| block | 块I/O层 |
| crypto | 加密API |
| Documentation | 内核源代码文档 |
| drivers | 设备驱动程序 |
| firmware | 用于使用特定驱动程序的设备固件 |
| fs | 虚拟文件系统和各个文件系统 |
| include | 内核头文件 |
| init | 内核引导和初始化 |
| ipc | 进程间通信代码 |
| kernel | 核心子系统，如调度程序 |
| lib | 辅助例程 |
| mm | 内存管理子系统和虚拟内存 |
| net | 网络子系统 |
| samples | 示例演示代码 |
| scripts | 用于构建内核的脚本 |
| security | Linux安全模块 |
| sound | 音频子系统 |
| usr | 早期用户空间代码（称为initramfs） |
| tools | 帮助开发Linux的工具 |
| virt | 虚拟化基础设施 |
这些目录代表了Linux内核源代码树中不同部分，包括硬件架构、设备驱动、文件系统、内存管理、网络、安全等，各自负责实现和维护内核的不同核心功能和子系统。
1.4 配置
与U-Boot的编译类似，参考U-Boot的文章：U-Boot编译和.config配置文件生成分析，因为U-Boot的源码编译就是仿照Linux来实现的。
在arch/arm/configs目录下有对应不同的配置文件，不同的配置文件对应不同的开发板，我们根据自己的需求选择一个配置文件进行make：
这里我就选择目录下的imx_v7_defconfig，现在我们就使用make imx_v7_defconfig来配置一下。同样地我们需要指定架构为arm，还有交叉编译工具的前缀。
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx_v7_defconfig
执行后会有一些警告，这里我们忽略，最后会提示：
同样地我们可以使用make menuconfig，在可视化菜单中添加或删除一些选项。
1.5 编译
接下来我们就可以编译Linux内核了：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j12
编译过程中提示以下错误：
我们需要安装一下lzop：
sudo apt-get install lzop
我们再次编译一下：
可以看到在arch/arm/boot文件夹下生成了Linux的内核文件zImage。
1.6 不同镜像格式
在 Linux 内核编译后，生成的 vmlinux、zImage 和 uImage 代表了不同的内核镜像格式，它们的主要区别可以总结如下：
- vmlinux:
- 类型： 未压缩内核镜像。
- 用途： 主要用于调试和分析，包含了完整的可执行二进制代码。
- 加载： 直接加载到指定的内存地址执行。
- zImage:
- 类型： 使用LZ77压缩算法压缩过的内核镜像。
- 用途： 用于较小的系统，适合于启动时压缩内核。
- 加载： 被引导加载程序加载到内存中，然后由引导加载程序进行解压缩和执行。
- uImage:
- 类型： 包含 U-Boot 需要的引导头的内核镜像。
- 用途： 用于嵌入式系统，支持 U-Boot 引导加载程序，并包含了额外的头部信息，如操作系统类型和加载程序信息。
- 加载： 被 U-Boot 引导加载程序加载，然后由 U-Boot 进行解压缩和执行。
- uImage主要在一些比较老的内核源码版本中有生成，现在的Linux内核源码更多使用的是zImage
在U-Boot中加载 zImage 时，通常不需要额外的解压步骤，因为zImage文件本身是自解压缩的。这是通过在zImage文件中包含一个小型的自解压缩程序来实现的。当U-Boot加载zImage时，它会执行这个自解压缩程序，将内核加载到内存中，并在必要时执行其他初始化步骤。
2 常用Shell命令
本篇文章先来介绍一下Linux中常用的一些Shell命令，方便后续的开发。
2.1 常用
ls(list)：列出目录文件ls -l或ll：列出详细内容 (长格式)ls -a：查看隐藏文件
cd：改变目录cd ..：上一级cd ../../：上两级
pwd(print working dir)：显示当前工作目录mkdir：创建目录- 创建目录结构：
mkdir -p ch3/src，p为parents
- 创建目录结构：
cp：拷贝单个文件，如cp ch1/hello.c ch2/- 拷贝目录：
cp -r ch1 ch3，其中-r为递归，-i是询问覆盖
- 拷贝目录：
mv：剪切(可用于重命名)- 例：
mv ch2/hello.c ./、mv hello.c helloworld.c
- 例：
rm：删除单个文件- 删除目录：
rm -r ch3
- 删除目录：
cat：查看文件内容- 显示行号：
cat -n file
- 显示行号：
su：切换用户- 切换管理员：
su root和su - - 以管理权限打开文件：
sudo 文件
- 切换管理员：
vim：编辑文件 文件存在则打开，不存在则创建touch：用于修改文件或者目录的时间属性，包括存取时间和更改时间。若文件不存在，系统会建立一个新的文件。Linux区分大小写。man：手册其中第一页：user commands(标准命令)，第二页：System calls(系统调用)，第三页：Library functions(库函数)
指定页码：如
man 1 ls为打开第一页，不写页码默认第一页
2.2 find：查找符合条件的文件
- 语法：
find 目录名 选项 查找条件 - 例子：
find /work -name "test.txt" - 注意
- 1.查找条件中可用正则表达式，如*
- 2.如果不指定目录，默认在当前目录
2.3 grep：查找文件中符合条件的字符串
- 语法：
grep [选项] [查找模式] [文件名] - 选项
-R(recursive)：递归查找-n(number)：显示目标位置的行号-w(whole words)：全字匹配
- 例：
grep -nR "字符串" *- 其中
*代表当前目录下的所有文件和目录
- 其中
2.4 file：识别文件类型
语法：
file 文件名例：
file ~/.bashrc 为ASCII 编码的text类型 file ~/.vimrc 为UTF-8 Unicode 编码的text类型 file /bin/pwd 出现 ELF 64-bit LSB executable，即为ELF格式的可执行文件 file /dev/* 出现character special(字符设备文件)、 block special(块设备文件)等
2.5 which和whereis：查找应用程序的所在位置
- 语法：
which/where is 命令名/应用程序名
which只查找可执行文件的位置，而whereis提供了更全面的信息，包括可执行文件、源代码文件和帮助文档等。
2.6 tar：解压缩
在Linux中使用tar对文件进行解压缩，小文件用gzip，大文件用bzip2。
(1)常用选项
-c(create) ：表示创建文件，在压缩的时候需要指定-x：表示解压，在解压的时候需要指定-t：可以查看压缩的文件-z：使用gzip方式进行处理，它与”c“结合就表示压缩，与”x“结合就表示解压缩。-j：使用bzip2方式进行处理，它与”c“结合就表示压缩，与”x“结合就表示解压缩。-v(verbose)：详细报告tar处理的信息-f(file)：后面接着待操作的文件名-C <指定目录>：解压到指定目录
(2)压缩
- 语法：
tar -czvf/cjvf 压缩文件名 目录名 - 例：
tar czvf dira.tar.gz dira
tar cjvf dira.tar.bz2 dira
(3)解压
- 语法：
tar xzvf/xjvf 压缩文件名 -C 指定目录- 没有
-C则默认在当前目录
- 没有
- 例：
tar xzvf dira.tar.gz -C /home/book
tar xjvf dira.tar.bz2 -C /home/book
2.7 ln：给文件和目录创建替代名或别名
在Linux中，inode用于存储关于文件或目录的信息，每一个文件都有一个inode。Linux通过inode寻找对应文件(夹)的文件数据块，移动或重命名均不会改变其inode号。
查看文件的inode号：
ls -i
或
stat filename
- 语法：
ln [-s或P] source_file target_file - 参数
-s：建立软链接(符号链接，即快捷方式)-P：建立硬链接(指向inode，删除不影响原始数据)
- 例：
（1）软链接：支持文件和目录
ln -s /proc/version version #在当前目录下创建version，并让其指向/proc/version
可以看到软链接的inode是不同的。
（2）硬链接：仅支持文件，不支持跨文件系统（proc是VFS，其信息存放在内存中)
ln 1.txt 2.txt
可以看到硬链接的inode是相同的。
2.8 进程相关
2.8.1 top：实时监视系统中运行的进程
参数：
-d或--delay：指定更新之间的延迟时间。-p或--pid：通过提供进程ID来监视特定的进程。-U或--user：显示特定用户的进程。-q：以“安静”模式启动top，仅显示有限的信息。
例：
top -d 5 # 每5秒更新一次
top -p 123 # 监视进程ID为123的进程
top -U 用户名 # 显示特定用户的进程
2.8.2 ps：显示当前运行的进程列表
参数：
aux：显示所有进程的详细列表和附加信息。-e：显示其他用户进程的信息。-f：显示完整格式的列表。-u或--user：显示特定用户的进程。
例：
ps aux # 显示详细的进程信息
ps -e # 显示有关所有进程的信息
ps -u 用户名 # 显示特定用户的进程
- 我们可以使用指令
pstree来显示树形结构的进程列表
2.8.3 jobs：显示后台运行的进程
参数：
- 无参数：不带参数时，
jobs显示当前shell会话中的所有作业。 -l：显示作业号以及与作业相关的进程组的详细信息。-n：仅显示状态为stopped(已暂停)或terminated(已终止)的作业。%1,%2, …：通过指定作业号，可以只显示特定的作业信息。- 作业(
jobs)号即使用jobs指令列出的每个进程最前面的数字
- 作业(
例：
jobs # 显示当前shell会话中的所有作业
jobs -l # 显示详细信息，包括作业号和进程组
jobs -n # 仅显示已暂停或已终止的作业
我们先用sleep命令休眠，然后用jobs就可以查看到当前shell中的这个休眠作业。
2.8.4 fg和bg：将后台作业调至前台/将暂停的前台作业转到后台
fg %1 # 将作业号为1的作业调至前台
bg %2 # 将作业号为2的作业放到后台运行
2.8.5 nice：以指定的优先级启动进程
参数：
-n：指定进程的优先级。范围一般为-20(最高优先级)到19(最低优先级)。--adjustment：与-n相同，用于指定优先级。
例子：
nice -n 10 my_process #设置优先级为10
nice --adjustment=5 my_process #设置优先级为5
2.8.6 kill：向进程发送信号
参数：
-s或--signal：指定要发送的信号。-l或--list：显示可用的信号列表。
例子：
(1)终止PID为1234的进程
- 不指定
-s，则默认发送SIGTERM终止信号
kill 1234
(2)列出所有可用的信号
kill -l
(3)向进程ID为5678的进程发送强制终止的信号(SIGKILL)
kill -s SIGKILL 5678
等价于
kill -9 5678
这里我们一个终端通过top显示进程信息，在另一个终端中使用kill杀掉top进程。
2.9 权限管理
2.9.1 chmod：改变文件或目录的权限
它支持两种方式设置权限：符号模式和数字模式。
符号模式：
u表示用户（owner）。g表示组（group）。o表示其他用户（others）。a表示全部用户（所有者、组和其他用户）。+表示添加权限。-表示移除权限。=表示设置权限。
使用符号模式的一些示例：
chmod u+rwx file # 用户给文件读、写、执行权限
chmod go-w file # 组和其他用户去掉写权限
chmod a=rx file # 所有用户只保留读和执行权限
数字模式：
数字模式通过三个数字表示权限，分别代表用户、组和其他用户的权限。每个数字由三位二进制数组成，分别表示读（4）、写（2）、执行（1）权限。因此，组合不同的数字可以表示不同的权限组合。
举例说明：
rwx（读、写、执行）对应数字模式为7。rw-（读、写）对应数字模式为6。r--（只读）对应数字模式为4。
使用数字模式的一些示例：
chmod 755 file # 用户具有读、写、执行权限，组和其他用户具有读和执行权限
chmod 644 file # 用户具有读和写权限，组和其他用户只有读权限
chmod 700 file # 用户具有读、写、执行权限，组和其他用户没有权限
2.9.2 chgrp命令：改变文件或目录的组
使用格式：
chgrp new_group file
例子：
chgrp group file # 将文件的组改为"group"
2.9.3 chown：改变文件或目录的所有者
使用格式：
chown [new_owner]:[new_group] file
例子：
chown user:group file # 将文件的所有者改为"user"，组改为"group"
2.10 文本处理命令和管道
管道用|分开，例：
ls -al /etc|less #ls的stdout作为less命令的stdin
- 在
|后面的指定必须是管线命令(可以接受stdin)，如less、more、head、tail - 管线命令仅会处理
stdout，对于stderr会忽略
例：
(1)cut
cut用法：
cut -d '分隔字符' -f fields #-f为取出第几段,结果下标从1开始
cut -c 字符区间 #以字符为单位取出固定字符区间
管道：
echo $PATH | cut -d ':' -f 5 #取出第5个
echo $PATH | cut -d ':' -f 3,5 #取出第3与第5个
export | cut -c 12- #取出第12个字符后的字符串
export | cut -c 12-20 #取出12-20的字符串
(2)grep
last | grep 'root' #取出有root的行
last | grep -v 'root' #取出没有root的行
last | grep 'root' |cut -d ' ' -f1 #取出有root的行的第一列
(3)sort：排序
选项：
-t：分割符-k：以分隔结果的哪个区间排序-r：反向排序-f：忽略大小写-b：忽略最前面的空格-n以数字排序
例:将帐号进行排序
cat /etc/passwd | sort
cat /etc/passwd | sort -t ':' -k 3 #以第三栏排序
cat /etc/passwd | sort -t ':' -k 3 -n #上述排序以字符串排序,1会出现在11后面,-n指出按数字排序
(4)uniq：去除连续的重复行
last | cut -d ' ' -f1 | sort | uniq [-c] #去除重复,-c为计数
(5)wc：统计
cat /etc/man.config | wc #输出的三个数字分别代表:行、字数、字符数
(6)tee：作为管道的输入,同时也输出到屏幕
last | tee last.list #输出到屏幕和last.list
(7)tr：删除或替换文字
选项：
-d：删除后面接的字符串-s：取代重复的字符
例：
last | tr '[a-z]' '[A-Z]'
cat /etc/passwd | tr -d ':' #将结果中的冒号删除
(8)减号-的作用
在管道命令中，会用前一个指令的stdout作为这次的stdin，某些指令需要用到文件名来处理时，该stdin与stdout可以利用减号-来代替。例：
tar -cvf - /home | tar -xvf -
用tar打包/home，文件名位置填-，打包的数据传送到stdout，则后面的tar的-就是前一个指令的stdout。
