Linux內(nèi)核定制課程教學大綱

1、Linux內(nèi)核定制課程教學大綱課程名稱：Linux內(nèi)核定制英文名稱：Customize the Linux kernel課程編號：x4050511學時數(shù)：48其中實驗學時數(shù)：16課外學時數(shù)：0學分數(shù)：3.0適用專業(yè)：網(wǎng)絡工程一、課程的性質(zhì)和任務Linux內(nèi)核定制是網(wǎng)絡工程專業(yè)的專業(yè)選修課。本課程針對掌握基本操作系統(tǒng)知識，希望掌握Linux內(nèi)核工作機制的學生。理解Linux內(nèi)核的工作機制是從事系統(tǒng)調(diào)試、內(nèi)核開發(fā)、驅(qū)動程序開發(fā)、嵌入式領域的開發(fā)的必備課程。對于系統(tǒng)管理和Linux應用程序開發(fā)也有相當?shù)膸椭?。通過本課程的學習，使學生掌握Linux內(nèi)核的豐富特性和內(nèi)核主要部分的工作方法。本課程的主要任

2、務（1）了解操作系統(tǒng)內(nèi)核基礎的相關知識；（2）理解Linux內(nèi)核內(nèi)存管理和進程的實現(xiàn)；（3）理解Linux內(nèi)核文件系統(tǒng)的實現(xiàn)；（4）理解Linux內(nèi)核中的中斷和異常處理；（5）理解Linux內(nèi)核中的同步機制；（6）掌握Linux中的進程間通信機制及實現(xiàn)；（7）掌握Linux下設備驅(qū)動程序編寫的基礎知識；（8）掌握Linux內(nèi)核中網(wǎng)絡相關的知識；（9）培養(yǎng)學生的抽象思維；（10）在教學過程中還必須有意識的培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題和解決問題的能力以及嚴謹細致的學習作風。二、課程教學內(nèi)容的基本要求、重點和難點（1）Linux核心簡介作為Linux核心學習的第一步，我們需要首先了解核心在整個操作系

3、統(tǒng)中的作用，了解用戶進程和核心的交互關系。進而介紹Linux核心的體系結構以及Linux核心各主要組成部分的簡介。最后簡單介紹核心代碼的目錄結構，配置和編譯方法。（2）內(nèi)存管理內(nèi)存管理是操作系統(tǒng)的主要功能之一。本課程以Intel 80 x86平臺為例介紹Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理，包括物理頁面的分配和釋放，請求分頁機制，內(nèi)存交換機制。重點：進程地址空間和核心地址空間；內(nèi)存分配算法和slab；頁面的回收；內(nèi)存交換。（3）進程管理進程管理是操作系統(tǒng)的主要功能之一。本課程介紹進程、線程、核心線程的概念，以及進程的創(chuàng)建消亡、上下文切換等內(nèi)容。最后介紹進程管理中最重要的部分：Linux的進程調(diào)度算法。重點

4、：進程的創(chuàng)建和消亡；難點：進程調(diào)度算法。（4）進程地址空間這部分是內(nèi)存管理的第二部分，描述進程的地址空間和管理。（5）Linux文件系統(tǒng)文件系統(tǒng)是操作系統(tǒng)的主要功能之一。本課程介紹Linux的虛擬文件系統(tǒng)VFS、日志文件系統(tǒng)等概念。并詳細介紹 Linux下應用最廣泛的ext3文件系統(tǒng)。隨后介紹文件系統(tǒng)的一些高級特性，最后介紹PROC文件系統(tǒng)及PROC文件系統(tǒng)中的重要的文件。重點：文件讀寫；內(nèi)存映射文件。（6）Linux設備管理描述Linux內(nèi)核的統(tǒng)一設備對象模型。以及塊設備的緩沖管理和I/O調(diào)度算法難點：塊設備緩存管理，Page Cache，buffer Cache。I/O 調(diào)度算法（7）中斷

5、和異常處理重點：系統(tǒng)調(diào)用。（8）進程間通信同樣用戶進程間也需要有相應的通信機制。Linux繼承了Unix的信號、管道、SYSV IPC等特性。這里介紹它們的概念，使用方法和內(nèi)部實現(xiàn)。（9）Linux設備驅(qū)動Linux內(nèi)核從代碼量來統(tǒng)計，絕大部分是各種設備的驅(qū)動代碼。設備驅(qū)動的開發(fā)涉及眾多的內(nèi)容，限于篇幅，本課程只能簡單的介紹設備驅(qū)動開發(fā)的基礎知識。重點：字符設備驅(qū)動；塊設備驅(qū)動。 （10）Linux網(wǎng)絡網(wǎng)絡是Linux操作系統(tǒng)的重要部分，本課程將介紹socket編程接口，Linux的TCP/IP網(wǎng)絡棧，Linux網(wǎng)絡設備驅(qū)動的接口以及其他的網(wǎng)絡特性。三、教學方式及學時分配序號主要內(nèi)容主要教學方

6、式學時分配輔導答疑比例1Linux核心簡介講授22 ：12內(nèi)存管理講授+實驗4+22 ：13進程管理講授+實驗4+22 ：14進程地址空間講授22 ：15Linux文件系統(tǒng)講授+實驗4+22 ：16Linux設備管理講授+實驗2+22 ：17中斷和異常處理講授+實驗4+22 ：18進程間通信講授+實驗2+22 ：19Linux設備驅(qū)動講授+實驗4+22 ：110Linux網(wǎng)絡講授+實驗4+22 ：1四、課程其他教學環(huán)節(jié)要求（一）實驗環(huán)節(jié)1、熟悉內(nèi)存管理過程（2學時）要求：理解linux內(nèi)存工作過程；2、掌握進程的創(chuàng)建過程（2學時）3、內(nèi)核配置與編譯，在虛擬機中引導新編譯的內(nèi)核（2學時）4、創(chuàng)建

7、一個簡單的內(nèi)核模塊（2學時）5、中斷和異常處理（2學時）要求：編寫中斷處理程序，BH處理程序；6、進程間通信（2學時）要求：編寫程序?qū)崿F(xiàn)進程間通信實例；7、設備驅(qū)動程序?qū)嶒灒?學時）要求：編寫驅(qū)動程序驅(qū)動示例模塊；8、linux網(wǎng)絡編程實驗（2學時）（二）作業(yè)根據(jù)授課進度，布置作業(yè)，每章講授結束后，收一次作業(yè)，批改后做集體答疑，講解作業(yè)中出現(xiàn)的問題。作業(yè)的題型以編寫程序為主。（三）課外首先完成教師布置的作業(yè)，然后利用實驗室開放進行自主學習，練習編寫程序。五、本課程與其他課程的聯(lián)系1、先修課程：C+程序設計、嵌入式系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)。2、后續(xù)課程：嵌入式實訓項目課程。六、教學參考書目1、L

8、inux2.6內(nèi)核標準教程 人民郵電出版社 華清遠見嵌入式培訓中心編 2008年2、深入理解LINUX內(nèi)核 中國電力出版社 HYPERLINK /book/search_pub.php?category=01&key2=%B3%C2%C0%F2%BE%FD&order=sort_xtime_desc t _blank 陳莉君， HYPERLINK /book/search_pub.php?category=01&key2=%D5%C5%C7%ED%C9%F9&order=sort_xtime_desc t _blank 張瓊聲， HYPERLINK /book/search_pub.php?category=01&key2=%D5%C5%BA%EA%CE%B0&order=sort_xtime_desc t _blank 張宏偉等譯 2008年3、