Linux0.01内核分析的一点心得

　　Linux0.01内核基本上分析完了，高版本的内核也看了一点。有一点心得与大家分享一下吧！这里我并不打算说具体的技术方面的东西，而是针对读内核的方法，谈谈自己的一点感受。

　　我前段时间主要看的是0.01版本的内核。Linux0.01是Linux的"祖师爷"Linus完成的最早的一个Linux版本，其内核编译后仅仅只有512K，麻雀虽小，五脏俱全，0.01包括了从软盘启动、文件系统、控制台管理的操作系统完整功能，并提供了不少标准的用户接口，具体有kernel, boot, fs, init，mm等几个部分，没有网络部分。为什么选择Linux0.01？各位大虾一看到0.01肯定直摇头：哎呀，都什么时代的东东了，有看的必要么？笔者当初选择0.01并没有太多的想法，只是Tm-linux小组刚开始选择的是0.01，于是就开始读吧，现在仔细想想，读Linux0.01对于初学者来说可能更容易上手些。可能有下面的几个好处吧

　　1)0.01的代码量较小。很多同学都曾有成为Linux高手的欲望，也曾抱回若干砖头书，但 Linux的发展何其之快，而coder又是黑客型高手，往往坚持不了多长时间而中途放弃！

　　2)0.01的代码简单而精简（这个简单当然是相对于后续版本而言的）。实际上0.01完成的就是一个操作系统的最初的要求，包括启动，进程调度，内存管理等，而这些往往与硬件结合，在看高版本的内核时往往还没有接触到这些硬件知识，层层下调已经把你搞糊涂了。

　　3）从低版本看更能看到技术进步的源动力，比如0.01的内核很小，其启动代码可以只放在一个扇区内，而后续版本的内核较大，无法放入一个扇区内，于是压缩核心的装入方法诞生了。再如内存管理，0.01的内存管理比较简单，内存的申请释放直接通过使用前申请，使用后释放，但考虑以后的版本功能复杂，如何解决可能的"外碎片"问题，如何解决内存不足的问题，于是对后续版本采用的"伙伴算法"，slab技术，页面守护进程有更好的理解。

　　我说上面的这一些并非是为0.01做广告啦，而是提醒一下读内核可能遇到的问题：

　　比如说层次复杂难以理清，代码众多不知主次，哪些是操作系统必需的，那些是为提高系统性能的等。看内核的目的是什么，这是每个看内核的人都需要问问自己的问题。我想对于大多数初看内核的人来说，最重要的是解决从操作系统原理到一个实际操作系统的过渡，简单一点说是操作系统到底是怎么跑起来的。操作系统原理大家都学了，但一个操作系统到底是怎么启动的，所谓的保护模式到底是怎么一回事，进程调度和切换到底是怎么进行的，一个文件系统具体应该怎样，可能很多还是模糊的。通过看Linux内核，这些问题可以得到清晰的解答。当然，一个有强大生命力的操作系统决不会仅仅满足于能跑起来，她采用的众多先进的技术使得她有出色的性能，对于以后的工程设计、编程还有类Unix下的系统开发会有很多帮助。

　　鉴于Linux的强大技术实力，在很多领域都会遇到跟其采用技术相关的，如嵌入式领域,网络接口等等。理解了内核，当然在以后的开发中可以事半功倍。

　　我当初读内核的目的比较简单，我就是想看看Linux是怎么跑起来的，为什么多个进程可以互不干扰的运行。

　　我读代码的工具是用的source insight，可惜不能自动识别汇编.s文件，而0.01汇编文件不少。哦，讲了这么多，还没进入主题：我的体会心得啦从哪部分开始读，一般读内核都建议从boot部分开始读，这样循序渐进，而且一般启动部分似乎最神秘，最能满足好奇心啦！不过我是从memory部分开始读的，因为对逻辑地址到物理地址的转换一直很模糊。从你感兴趣的地方开始读，在以后比较容易坚持。在读内核的方法上，我建议"先横后纵"。

　　在读内核的方法上，我建议"先横后纵"。

　　Souce insight的好处就是你点上某个函数，能自动显示该函数的定义，这样比较方便的跳入察看。对于刚开始看内核的人，我并不太建议一开始用这种方法。因为函数层层嵌套，等你下到最底层，早已忘了当初的调用的功能，建议只跳一层看看调用函数的注解或者简单看看函数代码猜测功能，做一些记号。我个人觉得，操作系同比较重要的是数据结构和算法，算法固然在程序中体现，而数据结构需要查看相关的头文件及相关的文件才能了解。所以刚开始时我还是采用一个文件一个文件的读，即所谓的"横"，因为一个文件中的安排总是对特定的数据结构的一些操作，你有更多的机会去理解各个主要数据结构的功能，包括结构中各个子项的含义。当然不要忘了写注释啦（虽然现在的理解可能并不准确）。

　　在一个模块，如FS模块的各个文件都读完之后，就采用了所谓的"纵"了，你可以选择一个比较重要的函数入手，进行层层跳入（或若干层）以领会各个数据结构间的有机关系。如fs模块涉及的主要数据结构有：超级块，节点索引块，数据索引块，高速缓冲块，文件等，在单独理解各个相关文件后，可以从do_execve入手，看一个文件从输入文件参数到最后执行的主要步骤，进而理解VFS和具体fs之间的接口。在每一个主要模块读完之后，最后自己写一份总结（书面总结啦），看看自己对这个模块的把握。因为读代码往往是比较细致的，可能专注于读懂代码本身而忽略了模块的功能和组织形式。这点我认为比较重要，所谓"牛吃草要反刍回味"，读代码也许要在看完之后进行总结，这样才能上升一个层次，真正理解其方法和结构的精妙之处。

　　最后，谈谈看Linux内核需要的一些基础吧

　　1） Intel386硬件知识，比如各寄存器，TSS，段描述表（IDT,GDT，LDT）等，段页转换机制等（高版本的Linux支持其他硬件体系，但对intelx86的比较熟一些吧）

　　2） 汇编指令，尤其是AT&T语法及其迁入式汇编，当初我初次看到诸如

　　代码:

引用:

__asm__("std ; repne ; scasw\n\t"
"jne 1f\n\t" "movw $1,2(%%edi)\n\t"

"movw $1,2(%%edi)\n\t"
"sall $12,%%ecx\n\t"
"movl %%ecx,%%edx\n\t"
"addl %2,%%edx\n\t"
"movl $1024,%%ecx\n\t"
"leal 4092(%%edx),%%edi\n\t"
"rep ; stosl\n\t"
"movl %%edx,%%eax\n"
"1:"
:"=a" (__res)
:"0" (0),"i" (LOW_MEM),"c" (PAGING_PAGES),
"D" (mem_map+PAGING_PAGES-1)
:"di","cx","dx");

　　这样的一条汇编语句感到头脑发胀，不过了解其格式后，多看就习惯了。

　　3） 操作系统的基本知识，对于操作系统的一般理解，这个大家都有吧！

　　4） 一本或几本Linux内核的参考书，有参考书总要好得多，毕竟很多数据结构不用自己去猜，我在读0。01感觉有很大不同，很多地方只能猜，不过还是有用的。至于Linux内核的书已经很多了，到都乐去看看就知道了

　　5） 恒心+毅力：这是最重要的一点，初始的兴趣往往会被遇到的困难一扫而光，再加上其他杂七杂八的事情，坚持确实很困难。当初Tm-linux组刚开始参加内核分析的人不下几十，但坚持到底的也就寥寥数人（这只是0.01哦）

　　6） 跟别人多多交流，毕竟个人能力有限，通过交流，可以增进知识，我很鼓励书面的交流，虽然可能需要花费一些时间来写，因为书面的东西以后可查，而书面的跟别人交流总希望正确一点，少犯错误啦。这一点西安交大做得比较好，组织了Linux内核论坛，隔一段时间聚会交流一次，每次有一主题，先有人主讲，然后大家互相讨论。这些你有些没有吗，那么恭喜你啦，因为通过读内核你就可以增加这方面的知识和经验了。

　　读内核也不是最终目的，对自己在嵌入式系统的开发，或Linux的"运用自如"，或者实现自己的操作系统，那才是"剑出鞘时"！估计成电读Linux内核的人不少，只是大家交流比较少，我想交流还是很重要的，虽然牛人从来都不是问出来的，但具体问题通过交流可以增加理解，提高认识。很愿意也鼓励大家通过各种方式交流，虽然我不是大牛（也不是小牛啦J），很愿意通过bbs，Email，或其他方式进行交流。罗嗦了这么多，希望自己的一点见解能对大家有所启发，也希望成电涌现更多的Linux牛人啦！