Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Операционная система Linux в плане переносимости занимает промежуточное положение. Насколько это целесообразно из практических соображений, интерфейсы и код сохраняются независимыми от аппаратной платформы и пишутся на языке С. Однако функции ядра, которые критичны к производительности, выполняются зависимыми от аппаратной платформы. Например, низкоуровневый код и код, который должен выполняться очень быстро, разрабатывается зависимым от аппаратной платформы и обычно на языке ассемблера. Такой подход позволяет сохранить переносимость ОС Linux и при этом воспользоваться оптимизациями.

В случаях, когда переносимость становится помехой производительности, производительность обычно всегда побеждает. В остальных случая сохраняется переносимость кода.

Обычно экспортируемые интерфейсы ядра независимы от аппаратной платформы. Если различные части одной подпрограммы должны быть разными для разных аппаратных платформ (из соображений производительности или по необходимости), то код выполняется в виде нескольких функций, которые вызываются, в нужных местах. Для каждой поддерживаемой аппаратной платформы реализуются свои функции, которые затем компонуются в общий исполняемый образ ядра.

Хороший пример — планировщик. Большая часть планировщика написана независимым от аппаратной платформы образом на языке С. Реализация находится в файле kernel/sched.c. Некоторые из функций планировщика, такие как переключение состояния процессора или переключение адресного пространства, очень сильно зависят от аппаратной платформы. Следовательно, функция context_switch(), которая переключает выполнение от одного процесса к другому и написана на языке С, вызывает функции switch_to()и switch_mm()для переключения состояния процессора и переключения адресного пространства соответственно.

Код функций switch_to()и switch_mm()выполнен отдельно для каждой аппаратной платформы, которую поддерживает операционная система Linux. Когда операционная система Linux портируется на новую аппаратную платформу, то для новой аппаратной платформы просто необходимо реализовать эти функции.

Файлы, которые относятся к определенной аппаратной платформе, находятся в каталоге arch/<���аппаратная платформа>/и include/asm-<���аппаратная платформа>/, где <���аппаратная платформа>— это короткое имя, которое представляет аппаратную платформу, поддерживаемую ядром Linux. Например, аппаратной платформе Intel x86 присвоено имя i386. Для этого типа машин файлы находятся в каталогах arch/i386и include/asm-i386. Ядра серии 2.6 поддерживают следующие аппаратные платформы: alpha, arm, cris, h8300, i38, ia64, m68k, m68knommu, mips, mips64, parisc, ppc, ppc64, s390, sh, spare, sparc64, um, v850и x86-64. Более полное описание приведено в табл. 19.1.

Когда Линус Торвальдс впервые выпустил операционную систему Linux в ничего не подозревающий мир, эта ОС работала только на аппаратной платформе Intel i386. Хотя данная операционная система и была достаточно хорошо обобщена и хорошо написана, переносимость для нее не была основным требованием. Однажды Линус даже говорил, что операционная система Linux не будет работать ни на какой аппаратной платформе, кроме i386! Тем не менее в 1993 году началась работа по портированию ОС Linux на машины Digital Alpha. Аппаратная платформа Digital Alpha была повой высокопроизводительной RISC-платформой с поддержкой 64-разрядной адресации памяти. Она очень сильно отличалась от аппаратной платформы i386, о которой говорил Линус. Тем не менее, первоначальный перенос на аппаратную платформу Alpha занял около года, и аппаратная платформа Alpha стала первой официально поддерживаемой аппаратной платформой после x86. Это портирование было, наверное, самым сложным, потому что — первым. Вместо простого переписывания ядра для поддержки новой аппаратной платформы, части ядра были переписаны с целью введения переносимости [91] Это нормальная ситуация при разработке ядра. Если что-либо должно быть сделано, то это должно быть сделано хорошо! Разработчики ядра неохотно переписывают большие участки кода даже во имя совершенства. . Хотя это и привело к выполнению большого количества работы, в результате получился более ясный для понимания код, и в будущем перенос стало выполнять более просто.