Linux操作系统内核模块与用户程序对比 （2）

命名空间

如果你只是写一些短小的C程序，你可为你的变量起一个方便的和易于理解的变量名。 但是，如果你写的代码只是许多其它人写的代码的一部分，你的全局一些就会与其中的全局变量发生冲突。 另一个情况是一个程序中有太多的难以理解的变量名，这又会导致变量命名空间污染 在大型项目中，必须努力记住保留的变量名，或为独一无二的命名使用一种统一的方法。

当编写内核代码时，即使是最小的模块也会同整个内核连接，所以这的确是个令人头痛的问题。最好的解决方法是声明你的变量为static静态的并且为你的符号使用一个定义的很好的前缀。传统中，使用小写字母的内核前缀。如果你不想将所有的东西都声明为static静态的， 另一个选择是声明一个symbol table（符号表）并向内核注册。我们将在以后讨论。

文件/proc/kallsyms保存着内核知道的所有的符号，你可以访问它们， 因为它们是内核代码空间的一部分。

代码空间

内存管理是一个非常复杂的课题。O'Reilly的《Understanding The Linux Kernel》绝大部分都在 讨论内存管理！我们 并不准备专注于内存管理，但有一些东西还是得知道的。

如果你没有认真考虑过内存设计缺陷意味着什么，你也许会惊讶的获知一个指针并不指向一个确切的内存区域。当一个进程建立时，内核为它分配一部分确切的实际内存空间并把它交给进程，被进程的代码，变量，堆栈和其它一些计算机学的专家才明白的东西使用[4]。这些内存从$0$ 开始并可以扩展到需要的地方。这些内存空间并不重叠，所以即使进程访问同一个内存地址，例如0xbffff978，真实的物理内存地址其实是不同的。进程实际指向的是一块被分配的内存中以0xbffff978 为偏移量的一块内存区域。绝大多数情况下，一个进程像普通的"Hello, World"不可以访问别的进程的 内存空间，尽管有实现这种机制的方法。我们将在以后讨论。

内核自己也有内存空间。既然一个内核模块可以动态的从内核中加载和卸载，它其实是共享内核的 内存空间而不是自己拥有独立的内存空间。因此，一旦你的模块具有内存设计缺陷，内核就是内存设计缺陷了。 如果你在错误的覆盖数据，那么你就在破坏内核的代码。这比现在听起来的还糟。所以尽量小心谨慎。

顺便提一下，以上我所指出的对于任何单整体内核的操作系统都是真实的[5]。 也存在模块化微内核的操作系统，如 GNU Hurd 和 QNX Neutrino。

一种内核模块是设备驱动程序，为使用硬件设备像电视卡和串口而编写。 在Unix中，任何设备都被当作路径/dev 的设备文件处理，并通过这些设备文件提供访问硬件的方法。 设备驱动为用户程序访问硬件设备。举例来说，声卡设备驱动程序es1370.o将会把设备文件 /dev/sound同声卡硬件Ensoniq IS1370联系起来。这样用户程序像 mp3blaster 就可以通过访问设备文件/dev/sound 运行而不必知道那种声卡硬件安装在系统上。

Major and Minor Numbers

让我们来研究几个设备文件。这里的几个设备文件代表着一块主IDE硬盘上的头三个分区：

# ls -l /dev/hda[1-3]
brw-rw----　1 root　disk　3, 1 Jul　5　2000 /dev/hda1
brw-rw----　1 root　disk　3, 2 Jul　5　2000 /dev/hda2
brw-rw----　1 root　disk　3, 3 Jul　5　2000 /dev/hda3

注意一下被逗号隔开的两列。第一个数字被叫做主设备号，第二个被叫做从设备号。 主设备号决定使用何种设备驱动程序。每种不同的设备都被分配了不同的主设备号； 所有具有相同主设备号的设备文件都是被同一个驱动程序控制。上面例子中的 主设备号都为3，表示它们都被同一个驱动程序控制。

从设备号用来区别驱动程序控制的多个设备。上面例子中的从设备号不相同是因为它们被识别为几个设备。

设备被大概的分为两类：字符设备和块设备。区别是块设备有缓冲区，所以它们可以对请求进行优化排序。 这对存储设备尤其重要，因为读写相邻的文件总比读写相隔很远的文件要快。另一个区别是块设备输入和输出 都是以数据块为单位的，但是字符设备就可以自由读写任意量的字节。大部分硬件设备为字符设备，因为它们 不需要缓冲区和数据不是按块来传输的。你可以通过命令ls -l输出的头一个字母识别一个 设备为何种设备。如果是'b' 就是块设备，如果是'c'就是字符设备。以上你看到的是块设备。这儿还有一些字符设备文件（串口）：

crw-rw----　1 root　dial 4, 64 Feb 18 23:34 /dev/ttyS0
crw-r-----　1 root　dial 4, 65 Nov 17 10:26 /dev/ttyS1
crw-rw----　1 root　dial 4, 66 Jul　5　2000 /dev/ttyS2
crw-rw----　1 root　dial 4, 67 Jul　5　2000 /dev/ttyS3

如果你想看一下已分配的主设备号都是些什么设备可以看一下文件 /usr/src/linux/Documentation/devices.txt。