- 1 驱动开发
- 1.1 Linux驱动程序的功能？
- 1.2 内核程序中申请内存使用什么函数？内核程序中申请内存和应用程序中申请内存有什么区别？
- 1.3 Linux中引入模块机制有什么好处？
- 1.4 写一个中断服务程序需要注意哪些地方？
- 1.5 Linux内核有哪些同步方式？
- 1.6 什么是并发和并行？驱动里面为什么要有互斥控制？
- 1.7 自旋锁和信号量区别？在中断服务程序中使用自旋锁还是信号量？
- 2 操作系统
- 2.1 Linux系统的组成部分？Linux内核的组成部分？
- 2.2 常见的操作系统进程调度策略有哪些？
- 2.3 操作系统的内存分配一般有哪几种方式，各有什么优缺点？
- 2.4 用户空间与内核空间有哪些通信方式？
- 2.5 内存管理MMU的作用？
- 2.6 MMU的和不用MMU的操作系统有哪些？带MMU的和不带MMU的CPU有哪些？
- 2.7 内核函数mmap的实现原理？
- 2.8 Linux系统的挂起、待机、休眠？
- 2.9 简述实时操作系统和非实时操作系统的区别？举例？
- 2.10 简述处理器在读内存过程中，CPU、MMU、cache、内存如何协同工作？
- 2.11 硬链接与软链接的区别？
- 2.12 虚拟内存是什么？
- 2.13 Linux目录结构，`/usr`、`/tmp`、`/etc`目录的作用？
- 2.14 文件类型
- 3 常用命令整理
- 3.1 Linux终端命令
- 3.1.1 系统信息查看命令（uname）
- 3.1.2 显示和配置网络属性命令（ifconfig）
- 3.1.3 查询命令（help、man、--help）
- 3.1.4 APT 下载工具（apt）
- 3.1.5 文件压缩与解压（tar）
- 3.1.6 链接文件命令（ln）
- 3.1.7 磁盘管理（fdisk，mkfs）
- 3.1.8 查询进程信息？ps跟top的区别？
- 3.1.9 Linux下查看内存使用情况的命令？
- 3.1.10 查询内存剩余的命令（free）
- 3.1.11 杀死进程的命令（kill）
- 3.1.12 查看当前系统可使用的信号
- 3.1.13 查找文件或目录的路径（whereis）
- 3.1.14 Linux关机、重启的命令？
- 3.1.15 缺省的Linux系统中，从后台启动进程，应在命令的结尾加上
- 3.2 uboot 常用命令及环境变量
- 3.2.1 uboot 环境变量
（1）对设备初始化和释放资源；
（2）把数据从内核传送到硬件和从硬件读取数据；
（3）读取应用程序传送给设备文件的数据和回送应用程序请求的数据；
（4）检测和处理设备出现的错误(底层协议)；
（5）用于区分具体设备的实例。
答案
内核程序中申请内存使用 kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 函数，应用程序申请内存用的函数是malloc。
区别简述：
（1）kmalloc/kzalloc直接分配连续的物理地址（虚拟地址也是连续的）。
（2）vmalloc分配连续的虚拟地址，但物理地址不一定连续。分配时实际分配了物理内存，不过这个物理内存页面是在公共的页表进行了映射，并没有在本进程的页表进行映射，当访问这段内存时，触发do_page_fault异常（缺页中断）才完成页表的同步工作。
（4）malloc是用户空间申请内存的方法，分配连续的虚拟地址，物理地址一般不会连续。在分配时并没有做实际物理页的分配动作，实际分配物理页的动作是在do_page_fault异常（缺页中断）处理中完成的。
kmalloc()、kzalloc()、vmalloc()函数分析
（1）void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);
①申请连续的物理内存,申请的内存大小不能超过128KB。
②较常用的flags（分配内存的方法）有：
- GFP_ATOMIC —— 分配内存的过程是一个原子过程，分配内存的过程不会被（高优先级进程或中断）打断；
- GFP_KERNEL —— 正常分配内存；
- GFP_DMA —— 给 DMA 控制器分配内存，需要使用该标志（DMA要求分配虚拟地址和物理地址连续）。
③对应的内存释放函数为void kfree(const void *objp)。
（2）void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags);
① kzalloc()相对kmalloc()只是额外增加了__GFP_ZERO标志，除了申请内存外，还会对申请到的内存内容清零。
②对应的释放函数也是kfree()。
（3）void *vmalloc(unsigned long size);
①申请虚拟地址连续的内存空间，但其对应的物理内存不一定连续。由于 vmalloc() 没有保证申请到的是连续的物理内存，因此对申请的内存大小没有限制，如果需要申请较大的内存空间就需要用此函数了。
②对应的内存释放函数为void vfree(const void *addr)。
注意
vmalloc()和vfree()可以睡眠，因此不能在中断上下文调用。
（1）应用程序在退出时，可以不管资源的释放或者其他的清除工作，而把这些任务交给模块退出函数(exit)。
（2）模块机制有助于缩短模块的开发周期，因为模块的安装和卸载都很方便。
（1）中断服务程序应该尽可能短，把能放在底半部（tasklet、workqueue）的任务尽量放在底半部。
（2）中断服务程序中不能有阻塞操作，因为中断期间是完全占用CPU的，不存在内核调度，中断被阻塞住，其他进程将无法推进。
（3）中断服务程序的返回值要用操作系统定义的宏，而不能用自己定义的。
（4）中断服务程序不能有不可重入的操作，如浮点数计算、printf()等。
原子操作、自旋锁、读写锁、顺序锁、信号量等。
1.6 什么是并发和并行？驱动里面为什么要有互斥控制？并发和并行
并发指的是应用能够交替执行不同的任务。其实，并发有点类似于多线程的原理，并非是同时执行多个任务，而是系统在快速地切换多个任务，达到"同时执行效果"。任一个时刻点上只有一个程序在处理机上运行。
并行指的是应用能够同时执行不同的任务。
两者区别:一个是交替执行,一个是同时执行。
并发所带来的的问题
并发的执行单元对共享资源（硬件资源和软件上的全局变量、静态变量）的访问很容易导致竞态。
解决竞态问题的途径是保证对共享资源的互斥访问。
访问共享资源的代码区域被称为临界区，临界区需要用某种互斥机制加以保护，常见的有原子操作、信号量、自旋锁等。
（1）使用自旋锁的进程不会睡眠， 而使用信号量的进程会睡眠。
（2）中断服务程序使用的是自旋锁，原因是中断服务程序处于中断上下文，中断上下文是不参与调度的，也就没有保护现场与恢复现场，一旦睡眠就回不来了。
Linux系统的组成部分
Linux内核、Linux文件系统、Linux shell、Linux应用程序。
Linux内核的组成部分
（1）第一种分类方式：内存管理子系统、进程管理子系统、文件管理子系统、I/O管理子系统。
（2）第二种分类方式：进程调度（SCHED）、进程间通信（IPC）、内存管理（MM）、虚拟文件系统（VFS）、网络接口（NET）。
（1）先来先服务（FCFS）。
（2）短进程优先（SPF）。
（3）高响应比优先（HRN）。 – 满足短作业优先又不会发生饥饿现象的调度算法
（4）时间片轮转（RR）。
（5）多级反馈队列（RRWMF）。
（6）最高优先权优先（FPF）。
解读：
（1）先来先服务（FCFS）：每次调度是从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程，为之分配处理机，使之投入运行。该进程一直运行到完成或发生某事件而阻塞后才放弃处理机。
（2）短进程优先（SPF）：从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它，使它立即执行并一直执行到完成，或发生某事件而被阻塞放弃处理机时再重新调度。
（3）高响应比优先（HRN）：在短作业优先的基础上，使作业的优先级随着等待时间的增加而以速率a 提高，则长作业在等待一定的时间后，必然有机会分配到处理机。
（4）时间片轮转（RR）：将所有的就绪进程按先来先服务的原则排成一个队列，每次调度时，把CPU 分配给队首进程，并令其执行一个时间片，时间到了之后将它送往就绪队列的末尾。接着调度下一个队首进程……如此循环。
（5）多级反馈队列（RRWMF）：
①设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，第i + 1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。
②当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行；如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，如此下去，当一个长进程从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采取按时间片轮转的方式运行。
③仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1～(i-1)队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1～(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。
（6）最高优先权优先（FPF）：把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程，这时，又可进一步把该算法分成如下两种：
①非抢占式优先权算法：系统一旦把处理机分配给就绪队列中优先权最高的进程后，该进程便一直执行下去，直至完成；或因发生某事件使该进程放弃处理机时，系统方可再将处理机重新分配给另一优先权最高的进程。这种调度算法主要用于批处理系统中，也可用于某些对实时性要求不严的实时系统中。
②抢占式优先权调度算法：系统同样是把处理机分配给优先权最高的进程，使之执行。但在其执行期间，只要又出现了另一个其优先权更高的进程，进程调度程序就立即停止当前进程（原优先权最高的进程）的执行，重新将处理机分配给新到的优先权最高的进程。
（1）分页存储管理：优点是不需要连续的内存空间，且内存利用率高（只有很小的页内碎片）；缺点是不易于实现内存共享与保护。
（2）分段存储管理：优点是易于实现段内存共享和保护；缺点是每段都需要连续的内存空间，且内存利用率较低（会产生外部碎片）。
（3）段页式存储管理：优点是不需要连续的内存空间，内存利用率高（只有很小的页内碎片），且易于实现段内存共享和保护；缺点是管理软件复杂性较高，需要的硬件以及占用的内存也有所增加，使得执行速度下降。
（1）虚拟内存。有了虚拟内存，可以在处理器上运行比实际物理内存大的应用程序。为了使用虚拟内存，操作系统通常要设置一个交换分区（通常是硬盘），通过将不活跃的内存中的数据放入交换分区，操作系统可以腾出其空间来为其它的程序服务。虚拟内存是通过虚拟地址来实现的。
（2）内存保护。根据需要对特定的内存区块的访问进行保护，通过这一功能，我们可以将特定的内存块设置成只读、只写或是可同时读写。
（1）用MMU的操作系统有:Windows、MacOS、Linux、Android；不用MMU的操作系统有：FreeRTOS、VxWorks、UCOS。
（2）带MMU的CPU有：Cortex-A系列、ARM9、ARM11系列；不带MMU的CPU有：Cortex-M系列（STM32就是使用M系列内核）。
mmap函数能够实现把一个文件映射到一个内存区域，使得我们可以像读写内存一样读写文件，比单纯地调用read/write函数要快上许多。我们可以把内存中的内容拷贝到一个文件中实现内存备份，也可以把文件映射到内存来恢复某些服务。
解读： 实现共享内存是mmap函数的主要应用之一，mmap系统调用使得进程之间通过映射同一个普通文件实现共享内存，是一种进程间通信方式。
（1）挂起：CPU、内存工作，而硬盘、显示器等外部设备停止工作。
（2）待机：只对内存供电，CPU、外设停止工作。
（3）休眠：CPU、内存、外设停止工作，内存中的数据保存在硬盘中。
区别
（1）实时操作系统：是可抢占式内核，响应外部事件尽可能快且响应时间具有确定性。
（2）非实时操作系统：非可抢占式内核，响应外部事的时间没有保证。
举例
（1）实时：Vxworks、μCOS、eCOS、QNX、MQX、Nucleus、FREERTOS、RTLinux、RTEMS、RT-Thread。
（2）软实时或非实时：WinCE、Linux。
（1）CPU内核发出VA向TLB请求页表项，它缓存最近查找过的VA对应的页表项，如果TLB中刚好缓存了该VA对应的页表项则直接返回给CPU；否则就由MMU去物理内存中读出页表项保存在TLB中，同时返回给CPU内核。（TLB可以减少访问物理内存的次数）
（2）MMU首先检查页表项中的权限位，如果没有访问权限，就引发一个异常给CPU内核；有权限则检查是否允许缓存（页表项中不仅保存着物理页面的基地址，还保存着权限和是否允许cache的标志）。
（3）如果不允许cache则MMU直接发出PA从物理内存中读取数据到CPU内核。
（4）如果允许cache，则MMU以VA为索引到cache中查找是否缓存了要读取的数据，如果是则直接返回给CPU内核；如果不是则MMU发出PA从物理内存中读取数据并缓存到cache中，同时返回给CPU内核。
（1）链接：是给系统中已有的某个文件指定另外一个可用于访问它的名称，链接也可以指向目录。即使我们删除这个链接，也不会破坏原来的文件或目录。
（2）硬链接：引用的是文件在文件系统中的物理索引（inode），当你移动或删除原文件时，硬链接不会被破坏。硬链接只能引用同一文件系统中的文件。
（3）软链接：就是新建一个文件（inode），这个文件专门用来指向别的文件（类似Windows中的快捷方式），若移动或删除原文件，则相应的软链接不可用。软链接可以跨文件系统，也可以对一个不存在的文件名或目录名进行链接。
虚拟内存是内存管理的一种技术，使得应用程序认为自己拥有连续的内存空间，而实际上它对应的物理内存是不连续的，甚至还有一部分对应着外部磁盘存储器，在需要时再进行数据交换。
2.13 Linux目录结构，/usr、/tmp、/etc目录的作用？（1）Linux目录结构：
（2）/usr：是Unix Software Resource的缩写，也就是Unix操作系统软件资源所放置的目录，而不是用户数据。
（3）/tmp：让一般使用者或者是正在执行的程序暂时放置档案的地方。
（4）/etc：系统主要的设定档案几乎都放置于这个目录，例如人员的账号密码档案、各种服务器的起始档案。一般是供给使用者查阅的，只有root用户有权限修改。FHS建议不要放置可执行档案在这个目录中。
- 普通文件，一些应用程序创建的，比如文档、图片、音乐等等；
d 目录文件；
c 字符设备文件，Linux 驱动里面的字符设备驱动，比如串口设备，音频设备等；
b 块设备文件，存储设备驱动，比如硬盘，U 盘等；
l 符号连接文件（软链接），相当于 Windwos 下的快捷方式；
s 套接字文件；
p 管道文件，主要指 FIFO 文件。
uname [选项]
-s 内核操作系统名称；
-m 计算机类型。
3.1.2 显示和配置网络属性命令（ifconfig）
ifconfig interface options | address
interface，网络接口名称，比如 eth0 等。
up，开启网络设备。
down，关闭网络设备。
add IPv6地址，设置网络 IPv6地址。
netmask 掩码地址，子网掩码。
# ifconfig eth0 192.168.1.56 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255 // 给eth0网卡配置IP地址,加上子掩码,加上个广播地址
route add default gw 192.168.5.1 //设置网关
3.1.3 查询命令（help、man、–help）
- help 命令：只能查询shell内置命令。
- –help 命令：只能查询linux外部命令。
- man 命令：
即可以帮助查询linux内置命令，也可以查询linux外部命令。man查询的内容比其余两个命令内容都多。
man 1 xxx 查询 Linux shell 命令， man 2 xxx 查询 API， man 3 xxx 查询库函数。
- 查看本地软件是否可以更新：sudo apt-get update
- 检查依赖关系：sudo apt-get check
- 软件安装：sudo apt-get install package-name
- 软件更新：sudo apt-get upgrade package-name
- 卸载软件：sudo apt-get remove package-name
tar -vcjf test1.tar.bz2 test1
tar -vczf test1.tar.gz test1
tar -vxjf test1.tar.bz2
tar -vxzf test2.tar.gz
创建软连接 ln –s 源文件 目标文件;
创建硬连接 ln 源文件 目标文件;
复制软链接文件cp -d 源文件 目标文件，表示复制链接文件而不是它指向的源文件;
- 磁盘分区命令 fdisk
- 格式化命令 mkfs
mkfs – t vfat /dev/sdb1
查询进程号的命令
top：命令用于动态地监视进程活动与系统负载等信息;
ps -aux：查看系统中所有进程, 此命令长配合grep过滤输出结果。
ps跟top的区别
（1）ps看到的是命令执行瞬间的进程信息；而top可以实时地持续监视，不断更新进程状态。
（2）ps只是查看进程信息，而top还可以监视系统性能，如CPU负载、内存消耗。
（3）另外top还可以操作进程，如改变优先级（命令r）和关闭进程（命令k）。
查看内存使用情况的命令
（1）ps -aux；
（2）free；
（3）vmstat；
（4）top；
（5）cat/proc/meminfo。
free -m -> #-/+ buffers/cache: 6458 1649 -> 6458M为真实使用内存1649M为真实剩余内存(剩余内存+缓存+缓冲器)。
3.1.11 杀死进程的命令（kill）kill：通过进程ID来结束进程,“kill -9 PID”；killall：通过进程名字结束进程,“killall -9 name”
3.1.12 查看当前系统可使用的信号kill -l
3.1.13 查找文件或目录的路径（whereis）whereis
3.1.14 Linux关机、重启的命令？（1）关机命令：halt、shutdown -h 时间、init0、poweroff。
（2）重启命令：reboot、shutdown -r 时间、init6。
注意：shutdown可以安全地关闭或重启Linux系统，它在系统关闭之前给系统上所有登录用户提示一条警告信息，还允许用户设置一个缓冲时间。
&
3.2 uboot 常用命令及环境变量 3.2.1 uboot 环境变量baudrate：波特率
ethaddr：定义以太网接口的mac的地址
severip：定义tftp服务器端的ip地址；
ipaddr：本地ip地址
bootargs：传递给linux内核的命令行参数
bootcmd：自动启动时执行的命令
