簡(jiǎn)介
作用是將應(yīng)用層序的請(qǐng)求傳遞給硬件，并充當(dāng)?shù)讓域?qū)動(dòng)程序，對(duì)系統(tǒng)中的各種設(shè)備和組件進(jìn)行尋址。目前支持模塊的動(dòng)態(tài)裝卸(裁剪)。Linux內(nèi)核就是基于這個(gè)策略實(shí)現(xiàn)的。Linux進(jìn)程1.采用層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)進(jìn)程都依賴于一個(gè)父進(jìn)程。內(nèi)核啟動(dòng)init程序作為第一個(gè)進(jìn)程。該進(jìn)程負(fù)責(zé)進(jìn)一步的系統(tǒng)初始化操作。init進(jìn)程是進(jìn)程樹的根，所有的進(jìn)程都直接或者間接起源于該進(jìn)程。virt/ ---- 提供虛擬機(jī)技術(shù)的支持。

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Linux內(nèi)核預(yù)備工作

理解Linux內(nèi)核最好預(yù)備的知識(shí)點(diǎn)：

懂C語(yǔ)言
懂一點(diǎn)操作系統(tǒng)的知識(shí)
熟悉少量相關(guān)算法
懂計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)

Linux內(nèi)核的特點(diǎn)：

結(jié)合了unix操作系統(tǒng)的一些基礎(chǔ)概念

Linux內(nèi)核的任務(wù)：

1.從技術(shù)層面講，內(nèi)核是硬件與軟件之間的一個(gè)中間層。作用是將應(yīng)用層序的請(qǐng)求傳遞給硬件，并充當(dāng)?shù)讓域?qū)動(dòng)程序，對(duì)系統(tǒng)中的各種設(shè)備和組件進(jìn)行尋址。

2.從應(yīng)用程序的層面講，應(yīng)用程序與硬件沒有聯(lián)系，只與內(nèi)核有聯(lián)系，內(nèi)核是應(yīng)用程序知道的層次中的最底層。在實(shí)際工作中內(nèi)核抽象了相關(guān)細(xì)節(jié)。

3.內(nèi)核是一個(gè)資源管理程序。負(fù)責(zé)將可用的共享資源(CPU時(shí)間、磁盤空間、網(wǎng)絡(luò)連接等)分配得到各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)程。

4.內(nèi)核就像一個(gè)庫(kù)，提供了一組面向系統(tǒng)的命令。系統(tǒng)調(diào)用對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，就像調(diào)用普通函數(shù)一樣。

內(nèi)核實(shí)現(xiàn)策略：

1.微內(nèi)核。最基本的功能由中央內(nèi)核（微內(nèi)核）實(shí)現(xiàn)。所有其他的功能都委托給一些獨(dú)立進(jìn)程，這些進(jìn)程通過明確定義的通信接口與中心內(nèi)核通信。

2.宏內(nèi)核。內(nèi)核的所有代碼，包括子系統(tǒng)（如內(nèi)存管理、文件管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序）都打包到一個(gè)文件中。內(nèi)核中的每一個(gè)函數(shù)都可以訪問到內(nèi)核中所有其他部分。目前支持模塊的動(dòng)態(tài)裝卸(裁剪)。Linux內(nèi)核就是基于這個(gè)策略實(shí)現(xiàn)的。

哪些地方用到了內(nèi)核機(jī)制？

1.進(jìn)程（在cpu的虛擬內(nèi)存中分配地址空間，各個(gè)進(jìn)程的地址空間完全獨(dú)立;同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程數(shù)最多不超過cpu數(shù)目）之間進(jìn)行通 信，需要使用特定的內(nèi)核機(jī)制。

2.進(jìn)程間切換(同時(shí)執(zhí)行的進(jìn)程數(shù)最多不超過cpu數(shù)目)，也需要用到內(nèi)核機(jī)制。

進(jìn)程切換也需要像FreeRTOS任務(wù)切換一樣保存狀態(tài)，并將進(jìn)程置于閑置狀態(tài)/恢復(fù)狀態(tài)。

3.進(jìn)程的調(diào)度。確認(rèn)哪個(gè)進(jìn)程運(yùn)行多長(zhǎng)的時(shí)間。

Linux進(jìn)程

1.采用層次結(jié)構(gòu)，每個(gè)進(jìn)程都依賴于一個(gè)父進(jìn)程。內(nèi)核啟動(dòng)init程序作為第一個(gè)進(jìn)程。該進(jìn)程負(fù)責(zé)進(jìn)一步的系統(tǒng)初始化操作。init進(jìn)程是進(jìn)程樹的根，所有的進(jìn)程都直接或者間接起源于該進(jìn)程。

2.通過pstree命令查詢。實(shí)際上得系統(tǒng)第一個(gè)進(jìn)程是systemd，而不是init（這也是疑問點(diǎn)）

3.系統(tǒng)中每一個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)符(ID),用戶（或其他進(jìn)程）可以使用ID來(lái)訪問進(jìn)程。

Linux內(nèi)核源代碼的目錄結(jié)構(gòu)

Linux內(nèi)核源代碼包括三個(gè)主要部分：

1. 內(nèi)核核心代碼，包括第3章所描述的各個(gè)子系統(tǒng)和子模塊，以及其它的支撐子系統(tǒng)，例如電源管理、Linux初始化等

2. 其它非核心代碼，例如庫(kù)文件（因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核是一個(gè)自包含的內(nèi)核，即內(nèi)核不依賴其它的任何軟件，自己就可以編譯通過）、固件集合、KVM（虛擬機(jī)技術(shù)）等

3. 編譯腳本、配置文件、幫助文檔、版權(quán)說(shuō)明等輔助性文件

使用ls命令看到的內(nèi)核源代碼的頂層目錄結(jié)構(gòu)，具體描述如下。

include/ ---- 內(nèi)核頭文件，需要提供給外部模塊（例如用戶空間代碼）使用。

kernel/ ---- Linux內(nèi)核的核心代碼，包含了3.2小節(jié)所描述的進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)，以及和進(jìn)程調(diào)度相關(guān)的模塊。

mm/ ---- 內(nèi)存管理子系統(tǒng)（3.3小節(jié)）。

fs/ ---- VFS子系統(tǒng)（3.4小節(jié)）。

net/ ---- 不包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)（3.5小節(jié)）。

ipc/ ---- IPC（進(jìn)程間通信）子系統(tǒng)。

arch// ---- 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的代碼，例如arm, x86等等。
arch//mach- ---- 具體的machine/board相關(guān)的代碼。
arch//include/asm ---- 體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的頭文件。
arch//boot/dts ---- 設(shè)備樹（Device Tree）文件。

init/ ---- Linux系統(tǒng)啟動(dòng)初始化相關(guān)的代碼。
block/ ---- 提供塊設(shè)備的層次。
sound/ ---- 音頻相關(guān)的驅(qū)動(dòng)及子系統(tǒng)，可以看作“音頻子系統(tǒng)”。
drivers/ ---- 設(shè)備驅(qū)動(dòng)（在Linux kernel 3.10中，設(shè)備驅(qū)動(dòng)占了49.4的代碼量）。

lib/ ---- 實(shí)現(xiàn)需要在內(nèi)核中使用的庫(kù)函數(shù)，例如CRC、FIFO、list、MD5等。
crypto/ ----- 加密、解密相關(guān)的庫(kù)函數(shù)。
security/ ---- 提供安全特性（SELinux）。
virt/ ---- 提供虛擬機(jī)技術(shù)（KVM等）的支持。
usr/ ---- 用于生成initramfs的代碼。
firmware/ ---- 保存用于驅(qū)動(dòng)第三方設(shè)備的固件。

samples/ ---- 一些示例代碼。
tools/ ---- 一些常用工具，如性能剖析、自測(cè)試等。

Kconfig, Kbuild, Makefile, scripts/ ---- 用于內(nèi)核編譯的配置文件、腳本等。

COPYING ---- 版權(quán)聲明。
MAINTAINERS ----維護(hù)者名單。
CREDITS ---- Linux主要的貢獻(xiàn)者名單。
REPORTING-BUGS ---- Bug上報(bào)的指南。

Documentation, README ---- 幫助、說(shuō)明文檔。

Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)析簡(jiǎn)析

最上面是用戶（或應(yīng)用程序）空間。這是用戶應(yīng)用程序執(zhí)行的地方。用戶空間之下是內(nèi)核空間，Linux 內(nèi)核正是位于這里。GNU C Library （glibc）也在這里。它提供了連接內(nèi)核的系統(tǒng)調(diào)用接口，還提供了在用戶空間應(yīng)用程序和內(nèi)核之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的機(jī)制。這點(diǎn)非常重要，因?yàn)閮?nèi)核和用戶空間的應(yīng)用程序使用的是不同的保護(hù)地址空間。每個(gè)用戶空間的進(jìn)程都使用自己的虛擬地址空間，而內(nèi)核則占用單獨(dú)的地址空間。

Linux 內(nèi)核可以進(jìn)一步劃分成 3 層。最上面是系統(tǒng)調(diào)用接口，它實(shí)現(xiàn)了一些基本的功能，例如 read 和 write。系統(tǒng)調(diào)用接口之下是內(nèi)核代碼，可以更精確地定義為獨(dú)立于體系結(jié)構(gòu)的內(nèi)核代碼。這些代碼是 Linux 所支持的所有處理器體系結(jié)構(gòu)所通用的。在這些代碼之下是依賴于體系結(jié)構(gòu)的代碼，構(gòu)成了通常稱為 BSP（Board Support Package）的部分。這些代碼用作給定體系結(jié)構(gòu)的處理器和特定于平臺(tái)的代碼。

Linux 內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了很多重要的體系結(jié)構(gòu)屬性。在或高或低的層次上，內(nèi)核被劃分為多個(gè)子系統(tǒng)。Linux 也可以看作是一個(gè)整體，因?yàn)樗鼤?huì)將所有這些基本服務(wù)都集成到內(nèi)核中。這與微內(nèi)核的體系結(jié)構(gòu)不同，后者會(huì)提供一些基本的服務(wù)，例如通信、I/O、內(nèi)存和進(jìn)程管理，更具體的服務(wù)都是插入到微內(nèi)核層中的。每種內(nèi)核都有自己的優(yōu)點(diǎn)，不過這里并不對(duì)此進(jìn)行討論。

隨著時(shí)間的流逝，Linux 內(nèi)核在內(nèi)存和 CPU 使用方面具有較高的效率，并且非常穩(wěn)定。但是對(duì)于 Linux 來(lái)說(shuō)，最為有趣的是在這種大小和復(fù)雜性的前提下，依然具有良好的可移植性。Linux 編譯后可在大量處理器和具有不同體系結(jié)構(gòu)約束和需求的平臺(tái)上運(yùn)行。一個(gè)例子是 Linux 可以在一個(gè)具有內(nèi)存管理單元（MMU）的處理器上運(yùn)行，也可以在那些不提供 MMU 的處理器上運(yùn)行。

Linux 內(nèi)核的 uClinux 移植提供了對(duì)非 MMU 的支持。

Linux內(nèi)核的主要組件有：系統(tǒng)調(diào)用接口、進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)堆棧、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、硬件架構(gòu)的相關(guān)代碼。

（1）系統(tǒng)調(diào)用接口

SCI 層提供了某些機(jī)制執(zhí)行從用戶空間到內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用。正如前面討論的一樣，這個(gè)接口依賴于體系結(jié)構(gòu)，甚至在相同的處理器家族內(nèi)也是如此。SCI 實(shí)際上是一個(gè)非常有用的函數(shù)調(diào)用多路復(fù)用和多路分解服務(wù)。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的實(shí)現(xiàn)，并在 ./linux/arch 中找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分。

（2）進(jìn)程管理

進(jìn)程管理的重點(diǎn)是進(jìn)程的執(zhí)行。在內(nèi)核中，這些進(jìn)程稱為線程，代表了單獨(dú)的處理器虛擬化（線程代碼、數(shù)據(jù)、堆棧和 CPU 寄存器）。在用戶空間，通常使用進(jìn)程 這個(gè)術(shù)語(yǔ)，不過 Linux 實(shí)現(xiàn)并沒有區(qū)分這兩個(gè)概念（進(jìn)程和線程）。內(nèi)核通過 SCI 提供了一個(gè)應(yīng)用程序編程接口（API）來(lái)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程（fork、exec 或 Portable Operating System Interface [POSIX] 函數(shù)），停止進(jìn)程（kill、exit），并在它們之間進(jìn)行通信和同步（signal 或者 POSIX 機(jī)制）。

進(jìn)程管理還包括處理活動(dòng)進(jìn)程之間共享 CPU 的需求。內(nèi)核實(shí)現(xiàn)了一種新型的調(diào)度算法，不管有多少個(gè)線程在競(jìng)爭(zhēng) CPU，這種算法都可以在固定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行操作。這種算法就稱為 O(1) 調(diào)度程序，這個(gè)名字就表示它調(diào)度多個(gè)線程所使用的時(shí)間和調(diào)度一個(gè)線程所使用的時(shí)間是相同的。O(1) 調(diào)度程序也可以支持多處理器（稱為對(duì)稱多處理器或 SMP）。您可以在 ./linux/kernel 中找到進(jìn)程管理的源代碼，在 ./linux/arch 中可以找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的源代碼。

（3）內(nèi)存管理

內(nèi)核所管理的另外一個(gè)重要資源是內(nèi)存。為了提高效率，如果由硬件管理虛擬內(nèi)存，內(nèi)存是按照所謂的內(nèi)存頁(yè) 方式進(jìn)行管理的（對(duì)于大部分體系結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)都是 4KB）。Linux 包括了管理可用內(nèi)存的方式，以及物理和虛擬映射所使用的硬件機(jī)制。不過內(nèi)存管理要管理的可不止 4KB 緩沖區(qū)。Linux 提供了對(duì) 4KB 緩沖區(qū)的抽象，例如 slab 分配器。這種內(nèi)存管理模式使用 4KB 緩沖區(qū)為基數(shù)，然后從中分配結(jié)構(gòu)，并跟蹤內(nèi)存頁(yè)使用情況，比如哪些內(nèi)存頁(yè)是滿的，哪些頁(yè)面沒有完全使用，哪些頁(yè)面為空。這樣就允許該模式根據(jù)系統(tǒng)需要來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)存使用。為了支持多個(gè)用戶使用內(nèi)存，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)可用內(nèi)存被消耗光的情況。由于這個(gè)原因，頁(yè)面可以移出內(nèi)存并放入磁盤中。這個(gè)過程稱為交換，因?yàn)轫?yè)面會(huì)被從內(nèi)存交換到硬盤上。內(nèi)存管理的源代碼可以在 ./linux/mm 中找到。

（4）虛擬文件系統(tǒng)

虛擬文件系統(tǒng)（VFS）是 Linux 內(nèi)核中非常有用的一個(gè)方面，因?yàn)樗鼮槲募到y(tǒng)提供了一個(gè)通用的接口抽象。VFS 在 SCI 和內(nèi)核所支持的文件系統(tǒng)之間提供了一個(gè)交換層。

在 VFS 上面，是對(duì)諸如 open、close、read 和 write 之類的函數(shù)的一個(gè)通用 API 抽象。在 VFS 下面是文件系統(tǒng)抽象，它定義了上層函數(shù)的實(shí)現(xiàn)方式。它們是給定文件系統(tǒng)（超過 50 個(gè)）的插件。文件系統(tǒng)的源代碼可以在 ./linux/fs 中找到。文件系統(tǒng)層之下是緩沖區(qū)緩存，它為文件系統(tǒng)層提供了一個(gè)通用函數(shù)集（與具體文件系統(tǒng)無(wú)關(guān)）。這個(gè)緩存層通過將數(shù)據(jù)保留一段時(shí)間（或者隨即預(yù)先讀取數(shù)據(jù)以便在需要是就可用）優(yōu)化了對(duì)物理設(shè)備的訪問。緩沖區(qū)緩存之下是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它實(shí)現(xiàn)了特定物理設(shè)備的接口。

（5）網(wǎng)絡(luò)堆棧

網(wǎng)絡(luò)堆棧在設(shè)計(jì)上遵循模擬協(xié)議本身的分層體系結(jié)構(gòu)?；叵胍幌拢琁nternet Protocol (IP) 是傳輸協(xié)議（通常稱為傳輸控制協(xié)議或 TCP）下面的核心網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。TCP 上面是 socket 層，它是通過 SCI 進(jìn)行調(diào)用的。socket 層是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn) API，它為各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了一個(gè)用戶接口。從原始幀訪問到 IP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU），再到 TCP 和 User Datagram Protocol (UDP)，socket 層提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法來(lái)管理連接，并在各個(gè)終點(diǎn)之間移動(dòng)數(shù)據(jù)。內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)源代碼可以在 ./linux/net 中找到。

（6）設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

Linux 內(nèi)核中有大量代碼都在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中，它們能夠運(yùn)轉(zhuǎn)特定的硬件設(shè)備。Linux 源碼樹提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序子目錄，這個(gè)目錄又進(jìn)一步劃分為各種支持設(shè)備，例如 Bluetooth、I2C、serial 等。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的代碼可以在 ./linux/drivers 中找到。

（7）依賴體系結(jié)構(gòu)的代碼

盡管 Linux 很大程度上獨(dú)立于所運(yùn)行的體系結(jié)構(gòu)，但是有些元素則必須考慮體系結(jié)構(gòu)才能正常操作并實(shí)現(xiàn)更高效率。./linux/arch 子目錄定義了內(nèi)核源代碼中依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分，其中包含了各種特定于體系結(jié)構(gòu)的子目錄（共同組成了 BSP）。對(duì)于一個(gè)典型的桌面系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，使用的是 x86 目錄。每個(gè)體系結(jié)構(gòu)子目錄都包含了很多其他子目錄，每個(gè)子目錄都關(guān)注內(nèi)核中的一個(gè)特定方面，例如引導(dǎo)、內(nèi)核、內(nèi)存管理等。這些依賴體系結(jié)構(gòu)的代碼可以在 ./linux/arch 中找到。

如果 Linux 內(nèi)核的可移植性和效率還不夠好，Linux 還提供了其他一些特性，它們無(wú)法劃分到上面的分類中。作為一個(gè)生產(chǎn)操作系統(tǒng)和開源軟件，Linux 是測(cè)試新協(xié)議及其增強(qiáng)的良好平臺(tái)。Linux 支持大量網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括典型的 TCP/IP，以及高速網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展（大于 1 Gigabit Ethernet [GbE] 和 10 GbE）。Linux 也可以支持諸如流控制傳輸協(xié)議（SCTP）之類的協(xié)議，它提供了很多比 TCP 更高級(jí)的特性（是傳輸層協(xié)議的接替者）。

Linux 還是一個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)核，支持動(dòng)態(tài)添加或刪除軟件組件。被稱為動(dòng)態(tài)可加載內(nèi)核模塊，它們可以在引導(dǎo)時(shí)根據(jù)需要（當(dāng)前特定設(shè)備需要這個(gè)模塊）或在任何時(shí)候由用戶插入。

Linux 最新的一個(gè)增強(qiáng)是可以用作其他操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)（稱為系統(tǒng)管理程序）。最近，對(duì)內(nèi)核進(jìn)行了修改，稱為基于內(nèi)核的虛擬機(jī)（KVM）。這個(gè)修改為用戶空間啟用了一個(gè)新的接口，它可以允許其他操作系統(tǒng)在啟用了 KVM 的內(nèi)核之上運(yùn)行。除了運(yùn)行 Linux 的其他實(shí)例之外， Microsoft Windows也可以進(jìn)行虛擬化。惟一的限制是底層處理器必須支持新的虛擬化指令。

Linux體系結(jié)構(gòu)和內(nèi)核結(jié)構(gòu)區(qū)別

1．當(dāng)被問到Linux體系結(jié)構(gòu)（就是Linux系統(tǒng)是怎么構(gòu)成的）時(shí)，我們可以參照下圖這么回答：從大的方面講，Linux體系結(jié)構(gòu)可以分為兩塊：

（1）用戶空間：用戶空間中又包含了，用戶的應(yīng)用程序，C庫(kù)

（2）內(nèi)核空間：內(nèi)核空間包括，系統(tǒng)調(diào)用，內(nèi)核，以及與平臺(tái)架構(gòu)相關(guān)的代碼

2．Linux體系結(jié)構(gòu)要分成用戶空間和內(nèi)核空間的原因：

1）現(xiàn)代CPU通常都實(shí)現(xiàn)了不同的工作模式，

以ARM為例：ARM實(shí)現(xiàn)了7種工作模式，不同模式下CPU可以執(zhí)行的指令或者訪問的寄存器不同：

（1）用戶模式 usr

（2）系統(tǒng)模式 sys

（3）管理模式 svc

（4）快速中斷 fiq

（5）外部中斷 irq

（6）數(shù)據(jù)訪問終止 abt

（7）未定義指令異常

以（2）X86為例：X86實(shí)現(xiàn)了4個(gè)不同級(jí)別的權(quán)限，Ring0—Ring3 ;Ring0下可以執(zhí)行特權(quán)指令，可以訪問IO設(shè)備；Ring3則有很多的限制

2）所以，Linux從CPU的角度出發(fā)，為了保護(hù)內(nèi)核的安全，把系統(tǒng)分成了2部分；

3．用戶空間和內(nèi)核空間是程序執(zhí)行的兩種不同狀態(tài)，我們可以通過“系統(tǒng)調(diào)用”和“硬件中斷“來(lái)完成用戶空間到內(nèi)核空間的轉(zhuǎn)移

4．Linux的內(nèi)核結(jié)構(gòu)（注意區(qū)分LInux體系結(jié)構(gòu)和Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)）

Linux驅(qū)動(dòng)的platform機(jī)制

Linux的這種platform driver機(jī)制和傳統(tǒng)的device_driver機(jī)制相比，一個(gè)十分明顯的優(yōu)勢(shì)在于platform機(jī)制將本身的資源注冊(cè)進(jìn)內(nèi)核，由內(nèi)核統(tǒng)一管理，在驅(qū)動(dòng)程序中使用這些資源時(shí)通過platform_device提供的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行申請(qǐng)并使用。這樣提高了驅(qū)動(dòng)和資源管理的獨(dú)立性，并且擁有較好的可移植性和安全性。下面是SPI驅(qū)動(dòng)層次示意圖，Linux中的SPI總線可理解為SPI控制器引出的總線：

和傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)一樣，platform機(jī)制也分為三個(gè)步驟：

1、總線注冊(cè)階段：

內(nèi)核啟動(dòng)初始化時(shí)的main.c文件中的kernel_init()→do_basic_setup()→driver_init()→platform_bus_init()→bus_register(&platform_bus_type)，注冊(cè)了一條platform總線（虛擬總線，platform_bus）。

2、添加設(shè)備階段：

設(shè)備注冊(cè)的時(shí)候Platform_device_register()→platform_device_add()→(pdev→dev.bus = &platform_bus_type)→device_add()，就這樣把設(shè)備給掛到虛擬的總線上。

3、驅(qū)動(dòng)注冊(cè)階段：

Platform_driver_register()→driver_register()→bus_add_driver()→driver_attach()→bus_for_each_dev(), 對(duì)在每個(gè)掛在虛擬的platform bus的設(shè)備作__driver_attach()→driver_probe_device(),判斷drv→bus→match()是否執(zhí)行成功，此時(shí)通過指針執(zhí)行platform_match→strncmp(pdev→name , drv→name , BUS_ID_SIZE),如果相符就調(diào)用really_probe(實(shí)際就是執(zhí)行相應(yīng)設(shè)備的platform_driver→probe(platform_device)。)開始真正的探測(cè)，如果probe成功，則綁定設(shè)備到該驅(qū)動(dòng)。

從上面可以看出，platform機(jī)制最后還是調(diào)用了bus_register() , device_add() , driver_register()這三個(gè)關(guān)鍵的函數(shù)。

下面看幾個(gè)結(jié)構(gòu)體：

struct platform_device           
(/include/linux/Platform_device.h)
{        
const char    * name;        
int        id;        
struct device    dev;        
u32        num_resources;        
struct resource    * resource;
};

Platform_device結(jié)構(gòu)體描述了一個(gè)platform結(jié)構(gòu)的設(shè)備，在其中包含了一般設(shè)備的結(jié)構(gòu)體struct device dev;設(shè)備的資源結(jié)構(gòu)體struct resource * resource;還有設(shè)備的名字const char * name。（注意，這個(gè)名字一定要和后面platform_driver.driver àname相同，原因會(huì)在后面說(shuō)明。）

該結(jié)構(gòu)體中最重要的就是resource結(jié)構(gòu)，這也是之所以引入platform機(jī)制的原因。

struct resource                            
( /include/linux/ioport.h)
{        
resource_size_t start;        
resource_size_t end;        
const char *name;        
unsigned long flags;        
struct resource *parent, *sibling, *child;
};
其中 flags位表示該資源的類型，start和end分別表示該資源的起始地址和結(jié)束地址(/include/linux/Platform_device.h)：
struct platform_driver              
{        
int (*probe)(struct platform_device *);        
int (*remove)(struct platform_device *);        
void (*shutdown)(struct platform_device *);        
int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);        
int (*suspend_late)(struct platform_device *, pm_message_t state);        
int (*resume_early)(struct platform_device *);        
int (*resume)(struct platform_device *);        
struct device_driver driver;
};
Platform_driver結(jié)構(gòu)體描述了一個(gè)platform結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。其中除了一些函數(shù)指針外，還有一個(gè)一般驅(qū)動(dòng)的device_driver結(jié)構(gòu)。

名字要一致的原因：

上面說(shuō)的驅(qū)動(dòng)在注冊(cè)的時(shí)候會(huì)調(diào)用函數(shù)bus_for_each_dev(), 對(duì)在每個(gè)掛在虛擬的platform bus的設(shè)備作__driver_attach()→driver_probe_device(),在此函數(shù)中會(huì)對(duì)dev和drv做初步的匹配，調(diào)用的是drv->bus->match所指向的函數(shù)。platform_driver_register函數(shù)中drv->driver.bus = &platform_bus_type，所以drv->bus->match就為platform_bus_type→match,為platform_match函數(shù)，該函數(shù)如下：

static int platform_match(struct device * dev, struct device_driver * drv)   
{       
struct platform_device *pdev = container_of(dev, struct platform_device, dev);
return (strncmp(pdev->name, drv->name, BUS_ID_SIZE) == 0);
}

是比較dev和drv的name，相同則會(huì)進(jìn)入really_probe（）函數(shù)，從而進(jìn)入自己寫的probe函數(shù)做進(jìn)一步的匹配。所以dev→name和driver→drv→name在初始化時(shí)一定要填一樣的。

不同類型的驅(qū)動(dòng)，其match函數(shù)是不一樣的，這個(gè)platform的驅(qū)動(dòng)，比較的是dev和drv的名字，還記得usb類驅(qū)動(dòng)里的match嗎？它比較的是Product ID和Vendor ID。

個(gè)人總結(jié)Platform機(jī)制的好處：

1、提供platform_bus_type類型的總線，把那些不是總線型的soc設(shè)備都添加到這條虛擬總線上。使得，總線——設(shè)備——驅(qū)動(dòng)的模式可以得到普及。

2、提供platform_device和platform_driver類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的device和driver數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嵌入其中，并且加入resource成員，以便于和Open Firmware這種動(dòng)態(tài)傳遞設(shè)備資源的新型bootloader和kernel 接軌。

Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)

因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核是單片的，所以它比其他類型的內(nèi)核占用空間最大，復(fù)雜度也最高。這是一個(gè)設(shè)計(jì)特性，在Linux早期引起了相當(dāng)多的爭(zhēng)論，并且仍然帶有一些與單內(nèi)核固有的相同的設(shè)計(jì)缺陷。

為了解決這些缺陷，Linux內(nèi)核開發(fā)人員所做的一件事就是使內(nèi)核模塊可以在運(yùn)行時(shí)加載和卸載，這意味著您可以動(dòng)態(tài)地添加或刪除內(nèi)核的特性。這不僅可以向內(nèi)核添加硬件功能，還可以包括運(yùn)行服務(wù)器進(jìn)程的模塊，比如低級(jí)別虛擬化，但也可以替換整個(gè)內(nèi)核，而不需要在某些情況下重啟計(jì)算機(jī)。
想象一下，如果您可以升級(jí)到Windows服務(wù)包，而不需要重新啟動(dòng)……

內(nèi)核模塊

如果Windows已經(jīng)安裝了所有可用的驅(qū)動(dòng)程序，而您只需要打開所需的驅(qū)動(dòng)程序怎么辦?這本質(zhì)上就是內(nèi)核模塊為L(zhǎng)inux所做的。內(nèi)核模塊，也稱為可加載內(nèi)核模塊(LKM)，對(duì)于保持內(nèi)核在不消耗所有可用內(nèi)存的情況下與所有硬件一起工作是必不可少的。

模塊通常向基本內(nèi)核添加設(shè)備、文件系統(tǒng)和系統(tǒng)調(diào)用等功能。lkm的文件擴(kuò)展名是.ko，通常存儲(chǔ)在/lib/modules目錄中。由于模塊的特性，您可以通過在啟動(dòng)時(shí)使用menuconfig命令將模塊設(shè)置為load或not load，或者通過編輯/boot/config文件，或者使用modprobe命令動(dòng)態(tài)地加載和卸載模塊，輕松定制內(nèi)核。

第三方和封閉源碼模塊在一些發(fā)行版中是可用的，比如Ubuntu，默認(rèn)情況下可能無(wú)法安裝，因?yàn)檫@些模塊的源代碼是不可用的。該軟件的開發(fā)人員(即nVidia、ATI等)不提供源代碼，而是構(gòu)建自己的模塊并編譯所需的.ko文件以便分發(fā)。雖然這些模塊像beer一樣是免費(fèi)的，但它們不像speech那樣是免費(fèi)的，因此不包括在一些發(fā)行版中，因?yàn)榫S護(hù)人員認(rèn)為它通過提供非免費(fèi)軟件“污染”了內(nèi)核。

內(nèi)核并不神奇，但對(duì)于任何正常運(yùn)行的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它都是必不可少的。Linux內(nèi)核不同于OS X和Windows，因?yàn)樗瑑?nèi)核級(jí)別的驅(qū)動(dòng)程序，并使許多東西“開箱即用”。希望您能對(duì)軟件和硬件如何協(xié)同工作以及啟動(dòng)計(jì)算機(jī)所需的文件有更多的了解。

Linux 內(nèi)核學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

開篇

學(xué)習(xí)內(nèi)核，每個(gè)人都有自己的學(xué)習(xí)方法，仁者見仁智者見智。以下是我在學(xué)習(xí)過程中總結(jié)出來(lái)的東西，對(duì)自身來(lái)說(shuō)，我認(rèn)為比較有效率，拿出來(lái)跟大家交流一下。

內(nèi)核學(xué)習(xí)，一偏之見；疏漏難免，懇請(qǐng)指正。

為什么寫這篇博客

剛開始學(xué)內(nèi)核的時(shí)候，不要執(zhí)著于一個(gè)方面，不要專注于一個(gè)子系統(tǒng)就一頭扎到實(shí)際的代碼行中去，因?yàn)檫@樣的話，牽涉的面會(huì)很廣，會(huì)碰到很多困難，容易產(chǎn)生挫敗感，一個(gè)函數(shù)體中（假設(shè)剛開始的時(shí)候正在學(xué)習(xí)某個(gè)方面的某個(gè)具體的功能函數(shù)）很可能摻雜著其他各個(gè)子系統(tǒng)方面設(shè)計(jì)理念（多是大量相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者全局變量，用于支撐該子系統(tǒng)的管理工作）下相應(yīng)的代碼實(shí)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候看到這些東西，紛繁蕪雜，是沒有頭緒而且很不理解的，會(huì)產(chǎn)生很多很多的疑問，（這個(gè)時(shí)候如果對(duì)這些疑問糾纏不清，刨根問底，那么事實(shí)上就是在學(xué)習(xí)當(dāng)前子系統(tǒng)的過程中頻繁的去涉足其他子系統(tǒng)，這時(shí)候注意力就分散了），而事實(shí)上等了解了各個(gè)子系統(tǒng)后再回頭看這些東西的話，就簡(jiǎn)單多了，而且思路也會(huì)比較清晰。所以，要避免 “只見樹木，不見森林”，不要急于深入到底層代碼中去，不要過早研究底層代碼。

我在大二的時(shí)候剛開始接觸內(nèi)核，就犯了這個(gè)錯(cuò)誤，一頭扎到內(nèi)存管理里頭，去看非常底層的實(shí)現(xiàn)代碼，雖然也是建立在內(nèi)存管理的設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較孤立，因?yàn)榇藭r(shí)并沒有學(xué)習(xí)其它子系統(tǒng)，應(yīng)該說(shuō)無(wú)論是視野還是思想，都比較狹隘，所以代碼中牽涉到的其它子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)我都直接跳過了，這一點(diǎn)還算聰明，當(dāng)然也是迫不得已的。

我的學(xué)習(xí)方法

剛開始，我認(rèn)為主要的問題在于你知道不知道，而不是理解不理解，某個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)采用了某種策略、方法，而你在學(xué)習(xí)中需要做的就是知道有這么一回事兒，然后才是理解所描述的策略或者方法。

根據(jù)自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，剛開始學(xué)習(xí)內(nèi)核的時(shí)候，我認(rèn)為要做的是在自己的腦海中建立起內(nèi)核的大體框架，理解各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和構(gòu)建思想，這些理念和思想會(huì)從宏觀上呈獻(xiàn)給你清晰的脈絡(luò)，就像一個(gè)去除了枝枝葉葉的大樹的主干，一目了然；當(dāng)然，肯定還會(huì)涉及到具體的實(shí)現(xiàn)方法、函數(shù)，但是此時(shí)接觸到的函數(shù)或者方法位于內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的較高的層次，是主（要）函數(shù)，已經(jīng)了解到這些函數(shù)，針對(duì)的是哪些設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了什么樣的功能，達(dá)成了什么樣的目的，混個(gè)臉熟的說(shuō)法在這兒也是成立的。至于該主函數(shù)所調(diào)用的其它的輔助性函數(shù)就等同于枝枝葉葉了，不必太早就去深究。此時(shí)，也就初步建立起了內(nèi)核子系統(tǒng)框架和代碼實(shí)現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)其實(shí)很簡(jiǎn)單，比如一看到某個(gè)函數(shù)名字，就想起這個(gè)函數(shù)是針對(duì)哪個(gè)子系統(tǒng)的，實(shí)現(xiàn)了什么功能。

我認(rèn)為此時(shí)要看的就是LKD3，這本書算是泛泛而談，主要就是從概念，設(shè)計(jì)，大的實(shí)現(xiàn)方法上描述各個(gè)子系統(tǒng)，而對(duì)于具體的相關(guān)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)的代碼講解很少涉及(對(duì)比于ULK3，此書主要就是關(guān)于具體函數(shù)代碼的具體實(shí)現(xiàn)的深入分析，當(dāng)然，你也可以看，但是過早看這本書，會(huì)感覺很痛苦，很枯燥無(wú)味，基本上都是函數(shù)的實(shí)現(xiàn))，很少，但不是沒有，這就很好，滿足我們當(dāng)前的需求，還避免我們過早深入到實(shí)際的代碼中去。而且本書在一些重要的點(diǎn)上還給出了寫程序時(shí)的注意事項(xiàng)，算是指導(dǎo)性建議。主要的子系統(tǒng)包括：內(nèi)存管理，進(jìn)程管理和調(diào)度，系統(tǒng)調(diào)用，中斷和異常，內(nèi)核同步，時(shí)間和定時(shí)器管理，虛擬文件系統(tǒng)，塊I/O層，設(shè)備和模塊。（這里的先后順序其實(shí)就是LKD3的目錄的順序）。

我學(xué)習(xí)的時(shí)候是三本書交叉著看的，先看LKD3，專于一個(gè)子系統(tǒng)，主要就是了解設(shè)計(jì)的原理和思想，當(dāng)然也會(huì)碰到對(duì)一些主要函數(shù)的介紹，但大多就是該函數(shù)基于前面介紹的思想和原理完成了什么樣的功能，該書并沒有就函數(shù)本身的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行深入剖析。然后再看ULK3和PLKA上看同樣的子系統(tǒng)，但是并不仔細(xì)分析底層具體函數(shù)的代碼，只是粗略地、不求甚解地看，甚至不看。因?yàn)?，有些時(shí)候，在其中一本書的某個(gè)點(diǎn)上，卡殼了，不是很理解了，在另外的書上你可能就碰到對(duì)同一個(gè)問題的不同角度的描述，說(shuō)不準(zhǔn)哪句話就能讓你豁然開朗，如醍醐灌頂。我經(jīng)常碰到這種情況。

并不是說(shuō)學(xué)習(xí)過程中對(duì)一些函數(shù)體的實(shí)現(xiàn)完全就忽略掉，只要自己想徹底了解其代碼實(shí)現(xiàn)，沒有誰(shuí)會(huì)阻止你。我是在反復(fù)閱讀過程中慢慢深入的。比如VFS中文件打開需要對(duì)路徑進(jìn)行分析，需要考慮的細(xì)節(jié)不少(.././之類的)，但是其代碼實(shí)現(xiàn)是很好理解的。再比如，CFS調(diào)度中根據(jù)shedule latency、隊(duì)列中進(jìn)程個(gè)數(shù)及其nice值(使用的是動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí))計(jì)算出分配給進(jìn)程的時(shí)間片，沒理由不看的，這個(gè)太重要了，而且也很有意思。

ULK3也會(huì)有設(shè)計(jì)原理與思想之類的概括性介紹，基本上都位于某個(gè)主題的開篇段落。但是更多的是對(duì)支持該原理和思想的主要函數(shù)實(shí)現(xiàn)的具體分析，同樣在首段，一句話綜述函數(shù)的功能，然后對(duì)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)以1、2、3，或者a、b、c步驟的形式進(jìn)行講解。我只是有選擇性的看，有時(shí)候?qū)φ罩胹ource insight打開的源碼，確認(rèn)一下代碼大體上確實(shí)是按書中所描述的步驟實(shí)現(xiàn)的，就當(dāng)是增加感性認(rèn)識(shí)。由于步驟中摻雜著各種針對(duì)不同實(shí)現(xiàn)目的安全性、有效性檢查，如果不理解就先跳過。這并不妨礙你對(duì)函數(shù)體功能實(shí)現(xiàn)的整體把握。

PLKA介于LKD3和ULK3之間。我覺得PLKA的作者（看照片，真一德國(guó)帥小伙，技術(shù)如此了得）肯定看過ULK，無(wú)論他的本意還是有意，總之PLKA還是跟ULK有所不同，對(duì)函數(shù)的仔細(xì)講解都做補(bǔ)充說(shuō)明，去掉函數(shù)體中邊邊角角的情況，比如一些特殊情況的處理，有效性檢查等，而不妨礙對(duì)整個(gè)函數(shù)體功能的理解，這些他都有所交代，做了聲明；而且，就像LKD3一樣，在某些點(diǎn)上也給出了指導(dǎo)性編程建議。作者們甚至對(duì)同一個(gè)主要函數(shù)的講解的著重點(diǎn)都不一樣。這樣的話，對(duì)我們學(xué)習(xí)的人而言，有助于加深理解。另外，我認(rèn)為很重要的一點(diǎn)就是PLKA針對(duì)的2.6.24的內(nèi)核版本，而ULK是2.6.11，LKD3是2.6.34。在某些方面PLKA比較接近現(xiàn)代的實(shí)現(xiàn)。其實(shí)作者們之所以分別選擇11或者24，都是因?yàn)樵诎姹景l(fā)行樹中，這兩個(gè)版本在某些方面都做了不小的變動(dòng)，或者說(shuō)是具有標(biāo)志性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)（這些信息大多是在書中的引言部分介紹的，具體的細(xì)節(jié)我想不起來(lái)了）。

Intel V3，針對(duì)X86的CPU，本書自然是系統(tǒng)編程的權(quán)威。內(nèi)核部分實(shí)現(xiàn)都可以在本書找到其根源。所以，在讀以上三本書某個(gè)子系統(tǒng)的時(shí)候，不要忘記可以在V3中相應(yīng)章節(jié)找到一些基礎(chǔ)性支撐信息。

在讀書過程中，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)多的疑問，這一點(diǎn)是確信無(wú)疑的。大到搞不明白一個(gè)設(shè)計(jì)思想，小到不理解某行代碼的用途。各個(gè)方面，各種疑問，你完全可以把不理解的地方都記錄下來(lái)(不過，我并沒有這么做，沒有把疑問全部記下來(lái)，只標(biāo)記了很少一部分我認(rèn)為很關(guān)鍵的幾個(gè)問題)，專門寫到一張紙上，不對(duì)，一個(gè)本上，我確信會(huì)產(chǎn)生這么多的疑問，不然內(nèi)核相關(guān)的論壇早就可以關(guān)閉了。其實(shí)，大部分的問題（其中很多問題都是你知道不知道有這么一回事的問題）都可以迎刃而解，只要你肯回頭再看，書讀百遍，其義自現(xiàn)。多看幾遍，前前后后的聯(lián)系明白個(gè)七七八八是沒有問題的。我也這么做了，針對(duì)某些子系統(tǒng)也看了好幾遍，切身體會(huì)。

當(dāng)你按順序?qū)W習(xí)這些子系統(tǒng)的時(shí)候，前面的章節(jié)很可能會(huì)引用后面的章節(jié)，就像PLKA的作者說(shuō)的那樣，完全沒有向后引用是不可能的，他能做的只是盡量減少這種引用而又不損害你對(duì)當(dāng)前問題的理解。不理解，沒關(guān)系，跳過就行了。后面的章節(jié)同樣會(huì)有向前章節(jié)的引用，不過這個(gè)問題就簡(jiǎn)單一些了 ，你可以再回頭去看相應(yīng)的介紹，當(dāng)時(shí)你不太理解的東西，很可能這個(gè)時(shí)候就知道了它的設(shè)計(jì)的目的以及具體的應(yīng)用。不求甚解只是暫時(shí)的。比如說(shuō)，內(nèi)核各個(gè)子系統(tǒng)之間的交互和引用在代碼中的體現(xiàn)就是實(shí)現(xiàn)函數(shù)穿插調(diào)用，比如你在內(nèi)存管理章節(jié)學(xué)習(xí)了的內(nèi)存分配和釋放的函數(shù)，而你是了解內(nèi)存在先的，在學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)或者模塊的時(shí)候就會(huì)碰到這些函數(shù)的調(diào)用，這樣也就比較容易接受，不至于太過茫然；再比如，你了解了系統(tǒng)時(shí)間和定時(shí)器的管理，再回頭看中斷和異常中bottom half的調(diào)度實(shí)現(xiàn)，你對(duì)它的理解就會(huì)加深一層。

子系統(tǒng)進(jìn)行管理工作需要大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。子系統(tǒng)之間交互的一種方式就是各個(gè)子系統(tǒng)各自的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通過指針成員相互引用。學(xué)習(xí)過程中，參考書上在講解某個(gè)子系統(tǒng)的時(shí)候會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中主要成員的用途解釋一下，但肯定不會(huì)覆蓋全部（成員比較多的情況，例如task_struct），對(duì)其它子系統(tǒng)基于某個(gè)功能實(shí)現(xiàn)的引用可能解釋了，也可能沒做解釋，還可能說(shuō)這個(gè)變量在何處會(huì)做進(jìn)一步說(shuō)明。所以，不要糾結(jié)于一個(gè)不理解的點(diǎn)上，暫且放過，回頭還可以看的。之間的聯(lián)系可以在對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)都有所了解之后再建立起來(lái)。其實(shí)，我仍然在強(qiáng)調(diào)先理解概念和框架的重要性。

等我們完成了建立框架這一步，就可以選擇一個(gè)比較感興趣的子系統(tǒng)，比如驅(qū)動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)，或者文件系統(tǒng)之類的。這個(gè)時(shí)候你再去深入了解底層代碼實(shí)現(xiàn)，相較于一開始就鉆研代碼，更容易一些，而且碰到了不解之處，或者忘記了某個(gè)方面的實(shí)現(xiàn)，此時(shí)你完全可以找到相應(yīng)的子系統(tǒng)，因?yàn)槟阒涝谀娜フ遥槁┭a(bǔ)缺，不僅完成了對(duì)當(dāng)前函數(shù)的鉆研，而且可以回顧、溫習(xí)以前的內(nèi)容，融會(huì)貫通的時(shí)機(jī)就在這里了。

《深入理解linux虛擬內(nèi)存》(2.4內(nèi)核版本)，LDD3，《深入理解linux網(wǎng)絡(luò)技術(shù)內(nèi)幕》，幾乎每一個(gè)子系統(tǒng)都需要一本書的容量去講解，所以說(shuō)，剛開始學(xué)習(xí)不宜對(duì)某個(gè)模塊太過深入，等對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)都有所了解了，再有針對(duì)性的去學(xué)習(xí)一個(gè)特定的子系統(tǒng)。這時(shí)候?qū)ζ渌到y(tǒng)的援引都可以讓我們不再感到茫然、復(fù)雜，不知所云。

比如，LDD3中的以下所列章節(jié)：構(gòu)造和運(yùn)行模塊，并發(fā)和競(jìng)態(tài)，時(shí)間、延遲及延緩操作,分配內(nèi)存，中斷處理等，都屬于驅(qū)動(dòng)開發(fā)的支撐性子系統(tǒng)，雖說(shuō)本書對(duì)這些子系統(tǒng)都專門開辟一個(gè)章節(jié)進(jìn)行講解，但是詳細(xì)程度怎么能比得上PLKA，ULK3，LKD3這三本書，看完這三本書，你會(huì)發(fā)現(xiàn)讀LDD3這些章節(jié)的時(shí)候簡(jiǎn)直跟喝白開水一樣，太隨意了，因?yàn)長(zhǎng)DD3的講解比之LKD3更粗略。打好了基礎(chǔ)，PCI、USB、TTY驅(qū)動(dòng)，塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)，網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)，需要了解和學(xué)習(xí)的東西就比較有針對(duì)性了。這些子系統(tǒng)就屬于通用子系統(tǒng)，了解之后，基于這些子系統(tǒng)的子系統(tǒng)的開發(fā)—驅(qū)動(dòng)(需進(jìn)一步針對(duì)硬件特性)和網(wǎng)絡(luò)(需進(jìn)一步理解各種協(xié)議)—相對(duì)而言，其學(xué)習(xí)難度大大降低，學(xué)習(xí)進(jìn)度大大加快，學(xué)習(xí)效率大大提升。說(shuō)著容易做來(lái)難。達(dá)到這樣一種效果的前提就是：必須得靜下心來(lái)，認(rèn)真讀書，要看得進(jìn)去，PLKA，ULK3厚得都跟磚頭塊兒一樣，令人望之生畏，如果沒有興趣，沒有熱情，沒有毅力，無(wú)論如何都是不行，因?yàn)樾枰獣r(shí)間，需要很長(zhǎng)時(shí)間。我并不是說(shuō)必須打好了基礎(chǔ)才可以進(jìn)行驅(qū)動(dòng)開發(fā)，只是說(shuō)打好了基礎(chǔ)的情況下進(jìn)行開發(fā)會(huì)更輕松，更有效率，而且自己對(duì)內(nèi)核代碼的駕馭能力會(huì)更強(qiáng)大。這只是我個(gè)人見解，我自己的學(xué)習(xí)方式，僅供參考。

語(yǔ)言

PLKA是個(gè)德國(guó)人用德語(yǔ)寫的，后來(lái)翻譯成英文，又從英文翻譯成中文，我在網(wǎng)上書店里沒有找到它的紙質(zhì)英文版，所以就買了中文版的。ULK3和LKD3都是英文版的。大牛們寫的書，遣詞造句真的是簡(jiǎn)潔，易懂，看原版對(duì)我們學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程的程序員來(lái)說(shuō)完全不成問題，最好原汁原味。如果一本書確實(shí)翻譯地很好，我們當(dāng)然可以看中文版的，用母語(yǔ)進(jìn)行學(xué)習(xí)，理解速度和學(xué)習(xí)進(jìn)度當(dāng)然是很快的，不作他想。看英文的時(shí)候不要腦子里想著把他翻譯成中文，沒必要。

API感想

“比起知道你所用技術(shù)的重要性，成為某一個(gè)特別領(lǐng)域的專家是不重要的。知道某一個(gè)具體API調(diào)用一點(diǎn)好處都沒有，當(dāng)你需要他的時(shí)候只要查詢下就好了。”這句話源于我看到的一篇翻譯過來(lái)的博客。我想強(qiáng)調(diào)的就是，這句話針應(yīng)用型編程再合適不過，但是內(nèi)核API就不完全如此。

內(nèi)核相當(dāng)復(fù)雜，學(xué)習(xí)起來(lái)很不容易，但是當(dāng)你學(xué)習(xí)到一定程度，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果自己打算寫內(nèi)核代碼，到最后要關(guān)注的仍然是API接口，只不過這些API絕大部分是跨平臺(tái)的，滿足可移植性。內(nèi)核黑客基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、文檔化了這些接口，你所要做的只是調(diào)用而已。當(dāng)然，在使用的時(shí)候，最好對(duì)可移植性這一話題在內(nèi)核中的編碼約定爛熟于心，這樣才會(huì)寫出可移植性的代碼。就像應(yīng)用程序一樣，可以使用開發(fā)商提供的動(dòng)態(tài)庫(kù)API，或者使用開源API。同樣是調(diào)用API，不同點(diǎn)在于使用內(nèi)核API要比使用應(yīng)用API了解的東西要多出許多。

當(dāng)你了解了操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)—這些實(shí)現(xiàn)可都是對(duì)應(yīng)用程序的基礎(chǔ)性支撐啊—你再去寫應(yīng)用程序的時(shí)候，應(yīng)用程序中用到的多線程，定時(shí)器，同步鎖機(jī)制等等等等，使用共享庫(kù)API的時(shí)候，聯(lián)系到操作系統(tǒng)，從而把對(duì)該API的文檔描述同自己所了解到的這些方面在內(nèi)核中的相應(yīng)支撐性實(shí)現(xiàn)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行考慮，這會(huì)指導(dǎo)你選擇使用哪一個(gè)API接口，選出效率最高的實(shí)現(xiàn)方式。對(duì)系統(tǒng)編程頗有了解的話，對(duì)應(yīng)用編程不無(wú)益處，甚至可以說(shuō)是大有好處。

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)，知道還是理解

操作系統(tǒng)是介于底層硬件和應(yīng)用軟件之間的接口，其各個(gè)子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)很大程度上依賴于硬件特性。書上介紹這些子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，我們讀過了，也就知道了，如果再深入考慮一下，為什么整體架構(gòu)要按照這種方式組織，為什么局部函數(shù)要遵循這樣的步驟處理，知其然，知其所以然，如果你知道了某個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)是因?yàn)?a target="_blank">芯片就是這么設(shè)計(jì)的，CPU就是這么做的，那么你的疑問也就基本上到此為止了。再深究，就是芯片架構(gòu)方面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)于程序員來(lái)講，無(wú)論是系統(tǒng)還是應(yīng)用程序員，足跡探究到這里，已經(jīng)解決了很多疑問，因?yàn)槲覀兊墓ぷ餍再|(zhì)偏軟，而這些東西實(shí)在是夠硬。

比如，ULK3中講解的中斷和異常的實(shí)現(xiàn)，究其根源，那是因?yàn)镮ntel x86系列就是這么設(shè)計(jì)的，去看看Intel V3手冊(cè)中相應(yīng)章節(jié)介紹，都可以為ULK3中描述的代碼實(shí)現(xiàn)方式找到注解。還有時(shí)間和定時(shí)器管理，同樣可以在Intel V3 對(duì)APIC的介紹中獲取足夠的信息，操作系統(tǒng)就是依據(jù)這些硬件特性來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件方法定義的。

又是那句話，不是理解不理解的問題，而是知道不知道的問題。有時(shí)候，知道了，就理解了。在整個(gè)學(xué)習(xí)過程中，知道，理解，知道，理解，知道……，交叉反復(fù)。為什么開始和結(jié)尾都是知道，而理解只是中間步驟呢？世界上萬(wàn)事萬(wàn)物自有其規(guī)律，人類只是發(fā)現(xiàn)而已，實(shí)踐是第一位的，實(shí)踐就是知道的過程，實(shí)踐產(chǎn)生經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)就是理論，理論源于實(shí)踐，理論才需要理解。我們學(xué)習(xí)內(nèi)核，深入研究，搞來(lái)搞去，又回到了芯片上，芯片是物質(zhì)的，芯片的功用基于自然界中物質(zhì)本有的物理和電子特性。追本溯源，此之謂也。

動(dòng)手寫代碼

紙上得來(lái)終覺淺，絕知此事要躬行。只看書是絕對(duì)不行的，一定要結(jié)合課本給出的編程建議自己敲代碼。剛開始就以模塊形式測(cè)試好了，或者自己編譯一個(gè)開發(fā)版本的內(nèi)核。一臺(tái)機(jī)器的話，使用UML方式調(diào)試，內(nèi)核控制路走到哪一步，單步調(diào)試看看程序執(zhí)行過程，比書上的講解更直觀明了。一定要?jiǎng)邮謱?shí)際操作。

參考書

LDD3 Linux Device Driver 3rd

LKD3 Linux Kernel Development 3rd

ULK3 Understanding the Linux Kernel 3rd

PLKA Professional Linux Kernel Architecture

UML User Mode Linux

Intel V3 Intel? 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual Volume 3 (3A, 3B & 3C): System Programming Guide

作者在寫書的時(shí)候，都是以自己的理解組織內(nèi)容，從自己的觀點(diǎn)看待一個(gè)主題，關(guān)注點(diǎn)跟作者自身有很大的關(guān)系。出書的時(shí)間有先后，后來(lái)人針對(duì)同一個(gè)主題想要出書而又不落入窠臼，最好有自己的切入方式，從自己的角度講解相關(guān)問題，這才值得出這本書，千篇一律是個(gè)掉價(jià)的行為，書就不值錢了。

盡信書不如無(wú)書。

此處是一篇關(guān)于LKD3的書評(píng)，指出了其中的錯(cuò)誤，當(dāng)你讀完的時(shí)候，不妨去找找，看一下自己在其中所描述的地方有什么特別的印象。

161190/此處是一篇對(duì)ULK3的介紹，我認(rèn)為其中很關(guān)鍵的幾句話就可以給本書定位：

Many of the key control paths in the kernel are described, step by step;
一步一步地講述內(nèi)核控制路徑的實(shí)現(xiàn)。
The level of detail sometimes makes it hard to get a sense for the big picture, but it does help somebody trying to figure out how a particular function works.
對(duì)代碼講解的詳細(xì)程度有時(shí)候很難讓讀者把握住它的主旨大意，但是確實(shí)有助于讀者理解一個(gè)特定的函數(shù)到底是如何工作的。
Indeed, that is perhaps the key feature which differentiates this book. It is very much a “how it works” book, designed to help people understand the code.
事實(shí)上，這也正是本書與眾不同的地方。更像一個(gè)“如何工作”的書，幫助讀者理解代碼實(shí)現(xiàn)。
It presents kernel functions and data structures, steps the reader through them, but does not, for example, emphasize the rules for using them. UTLK is a study guide, not a programming manual.
本書描述了內(nèi)核函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)讀者穿行于其間，但是，并沒有著重強(qiáng)調(diào)使用它們的法則。UTLK是一本學(xué)習(xí)指南，而不是編程手冊(cè)。

這幾句話對(duì)本書的描述非常到位。基于此，作為指導(dǎo)性原則，我們就可以很有效率地使用它了。

看一本技術(shù)書籍，書中的序言部分絕對(duì)是首先應(yīng)該翻閱的，其次就是目錄。我發(fā)現(xiàn)在閱讀過程中我會(huì)頻繁的查看目錄，甚至是喜歡看目錄。

　　審核編輯：湯梓紅