關(guān)于Linux內核學(xué)習的誤區以及相關(guān)書(shū)籍介紹

寫(xiě)給Linux內核新手-關(guān)于Linux內核學(xué)習的誤區

　　先說(shuō)句正經(jīng)的：其實(shí)我沒(méi)資格寫(xiě)這篇文章，因為自己也就一兩個(gè)月以來(lái)才開(kāi)始有所領(lǐng)悟的。因此，這里與其說(shuō)是關(guān)于Linux內核學(xué)習的經(jīng)驗，不如說(shuō)是自己的教訓吧，希望不要扔雞蛋砸我^_^

　　　常常有人問(wèn)：我想學(xué)習內核，需要什么基礎嗎？Linus Torvalds本人是這樣回答的：你必須使用過(guò)Linux。 這個(gè)……還是有點(diǎn)太泛了吧，我想下面幾個(gè)基礎可能還是需要的，盡管不一定必需：
　　1, 關(guān)于操作系統理論的最初級的知識。不需要通讀并理解《操作系統概念》《現代操作系統》等巨著(zhù)，但總要知道分時(shí)（time-shared）和實(shí)時(shí)（real-time）的區別是什么，進(jìn)程是個(gè)什么東西，CPU和系統總線(xiàn)、內存的關(guān)系（很粗略即可），等等。
　　2, 關(guān)于C語(yǔ)言。不需要已經(jīng)很精通C語(yǔ)言，只要能熟練編寫(xiě)C程序，能看懂鏈表、散列表等數據結構的C實(shí)現，用過(guò)gcc編譯器，就可以了。當然，如果已經(jīng)精通C語(yǔ)言顯然是大占便宜的。
　　3, 關(guān)于CPU的知識。這塊兒可以在學(xué)習內核過(guò)程中補，但這樣的話(huà)你就需要看講解很詳細的書(shū)，比方后面將會(huì )提到的《情景分析》。你是否熟悉Intel 80386 CPU？嘗試著(zhù)回答這幾個(gè)問(wèn)題來(lái)判斷一下：1）說(shuō)出80386的中斷門(mén)和陷阱門(mén)的區別；2）說(shuō)出保護模式與實(shí)模式的區別；3）多處理器機器上，普通的讀- 改-寫(xiě)回一塊內存這樣的動(dòng)作，為什么需要特殊的手段來(lái)保護。等等。講解基于其它CPU的Linux內核的書(shū)，目前好象只有一本《IA64Linux內核：設計與實(shí)現》──也還是Intel的，其它都是講解基于IA32的。
　　以上算是知識方面吧，如果還要再補充一條，我想就是：動(dòng)手編譯過(guò)內核。

　　好了，我們接下來(lái)走。好多人裝上Linux之后，第一件事找到內核源碼所在的路徑，打開(kāi)一個(gè)C程序文件，開(kāi)始嘩嘩嘩翻頁(yè)，看看大名鼎鼎的Linux內核代碼到底長(cháng)啥模樣──然后關(guān)閉。這是可理解的，但卻不是學(xué)習的方法。剛開(kāi)始，必須從讀書(shū)入手。至少要對內核有一個(gè)Overview之后，才有可能帶著(zhù)問(wèn)題去試圖閱讀源代碼本身。 下面就講一下我讀過(guò)的幾本書(shū)：
　　1, 《Linux內核設計與實(shí)現》，英文名Linux Kernel Development（所以有人叫它LKD），機械工業(yè)出版社，￥35, 美國Robert Love著(zhù)，陳莉君譯者。 評說(shuō)：
　　此書(shū)是當今首屈一指的入門(mén)最佳圖書(shū)。作者是為2.6內核加入了搶占的人，對調度部分非常精通，而調度是整個(gè)系統的核心，因此本書(shū)是很權威的。這本書(shū)講解淺顯易懂，全書(shū)沒(méi)有列舉一條匯編語(yǔ)句，但是給出了整個(gè)Linux操作系統2.6內核的概觀(guān)，使你能通過(guò)閱讀迅速獲得一個(gè)overview。而且對內核中較為混亂的部分（如下半部），它的講解是最透徹的。對沒(méi)怎么深入內核的人來(lái)說(shuō)，這是強烈推薦的一本書(shū)。
　　　翻譯：翻譯水平、負責任程度都不錯，但是印刷存在一些錯誤。買(mǎi)了此書(shū)的朋友可以參考我在Linux高級應用版的《Linux內核設計與實(shí)現中文版勘誤》：
http://bbs.chinaunix.net/forum/viewtopic.php?t=541234
另外，此書(shū)2005年有了第二版，目前尚無(wú)中譯本面世。我就是對照著(zhù)2nd-en勘誤1st-cn的。

　　2, 《Linux內核源代碼情景分析》上、下。毛德操、胡希明著(zhù)，浙江大學(xué)出版社，上冊￥80,下冊￥70. 評說(shuō)：
　　本書(shū)是基于2.4.0內核的，比較早，也沒(méi)聽(tīng)說(shuō)會(huì )出第二版。上冊講解內存管理、中斷、異常與系統調用、進(jìn)程控制、文件系統與傳統Unix IPC；下冊講解socket、設備驅動(dòng)、SMP和引導。關(guān)于這套書(shū)的評價(jià)褒貶不一，我個(gè)人認為其深度是同類(lèi)著(zhù)作中最優(yōu)秀的。本書(shū)基于Intel IA32體系，由于厚度大，很多體系上的知識都捎帶講解了，所以如果你想深入了解內核的工作機制而又不非常熟悉Intel CPU的體系構造，本書(shū)是最合適的。缺點(diǎn)是：版本較老，沒(méi)有TCP/IP協(xié)議棧部分（它講的socket只是Unix域協(xié)議的），圖表太少，不適合初學(xué)者入門(mén)。還有就是對學(xué)生朋友來(lái)說(shuō)，可能書(shū)價(jià)偏高，這樣的話(huà)可以考慮先買(mǎi)上冊，因為上冊是核心部分，下冊一大部分都在講具體PCI/ISA/USB設備的驅動(dòng)。
　　翻譯：沒(méi)什么翻譯，作者是國人，而且行文流暢。本人書(shū)桌上諸多計算機經(jīng)典圖書(shū)當中，這套是唯一又經(jīng)典又無(wú)閱讀障礙的。
　　 www.linuxforum.net內核版好多朋友已經(jīng)把這書(shū)讀到六七遍了，我很慚愧，上冊差不多讀熟了，下冊就SMP部分還看過(guò)──但這就花費了整整 1年的時(shí)間，還有好多弄不懂的。這里順便說(shuō)明另外一個(gè)研究?jì)群顺Ｒ?jiàn)的誤區：目標太龐大。要知道Linux內核（最新的2.6.13）bzip2壓縮之后 37M，解壓縮之后244M，根本不是哪個(gè)人能夠吃透的。即使是內核的核心開(kāi)發(fā)團隊中，恐怕也只Linus Torvalds、Alan Cox、David Miller、Ingo Molnar寥寥數人會(huì )有比較全面的了解，其它人都是做自己專(zhuān)門(mén)的部分。我自己來(lái)說(shuō)，目前已經(jīng)決定放棄內存管理的全部（slab層、LRU、rbtree等）、文件系統部分、外設驅動(dòng)部分，暫時(shí)也沒(méi)打算弄IA32以外的其它體系的部分。

　　3, 《深入理解Linux內核》第二版。中國電力出版社。也是陳莉君譯。此書(shū)是Linux內核黑客在推薦圖書(shū)時(shí)的首選。 評說(shuō)：
　　此書(shū)C版的converse兄送了我一本第一版，因此就沒(méi)買(mǎi)第二版，比較后悔。因此只就第一版說(shuō)一說(shuō)，第一版基于2.2,第二版2.4 。我見(jiàn)O'Reilly官方主頁(yè)上說(shuō)第三版的英文版將于2005年11月出版，也不知咱們何時(shí)才能見(jiàn)到。此書(shū)圖表很多，形象地給出了關(guān)鍵數據結構的定義，與《情景分析》相比，本書(shū)內容緊湊，不會(huì )一個(gè)問(wèn)題講解動(dòng)輒上百頁(yè)，有提綱挈領(lǐng)的功用，但是深度上要遜于《情景分析》。

　　4, 其它的幾本書(shū)。市面上能見(jiàn)到的其它的Linux內核的圖書(shū)，象《Linux設備驅動(dòng)程序》、《Linux內核源代碼完全注釋》以及新出的《Linux內核分析及編程》等。
　　《Linux設備驅動(dòng)程序》第二版是基于2.4的，中文翻譯不錯，中國電力出版。這書(shū)強調動(dòng)手實(shí)踐，但它是講解“設備驅動(dòng)”的，不是最核心的東西，而且有些東西沒(méi)硬件的話(huà)無(wú)法實(shí)踐，可能更適合驅動(dòng)開(kāi)發(fā)的程序員吧，不太適合那些For fun and profit的人。此書(shū)有第三版英文版，東南大學(xué)出版社影印，講解2.6的，行文流暢，講解的面也比第二版更廣泛，我讀過(guò)其中關(guān)于同步與互斥、內存分配的部分，感覺(jué)很不錯。
　　《Linux內核源代碼完全注釋》（機械工業(yè)出版社）是同濟大學(xué)的博士生趙炯的著(zhù)作，講解0.1Linux內核，我沒(méi)買(mǎi)也沒(méi)看，有看過(guò)的朋友說(shuō)一說(shuō)。
　　《Linux內核分析及編程》（電子工業(yè)出版社）是剛剛出版的，國人寫(xiě)的，講解2.6.11 。很多人說(shuō)好，但有人說(shuō)不夠系統，我沒(méi)買(mǎi)，不敢評說(shuō)。
　　還有一本清華出的《Linux內核編程指南（第三版）》，原書(shū)應該是好書(shū)，但是翻譯、排版十分糟爛，脫字跳行，根本沒(méi)法看，我買(mǎi)了一本又扔掉了。

　　5, 其它資源。 TLDP（The Linux Documentation Project）有大量文檔，其中不少是關(guān)于內核的，有些是在國外出版過(guò)的，象《Linux Kernel Interls》《The Linux Kernel》《Linux Kernel Module Programming Guide》等，作者都是親身參加開(kāi)發(fā)的人，著(zhù)作較為可信。
Http://www.linuxforum.net
　　中國Linux論壇的內核版。該版是研究?jì)群说闹形腖inux社區中水平最高的，有很多專(zhuān)家級別的牛人，強烈推薦去學(xué)習一下（但建議不要問(wèn)太過(guò)分簡(jiǎn)單的問(wèn)題，人家脾氣再好也會(huì )煩的^_^），它的置頂貼簡(jiǎn)直是一個(gè)包羅萬(wàn)象的FAQ，精華區也有很多資料。只可惜太過(guò)曲高和寡，人氣不是很旺。

　　6, 一本不是講解Linux的書(shū)：《現代體系結構上的Unix系統：內核程序員的SMP和Caching技術(shù)》，人民郵電出版社2003版，定價(jià)￥39. 本書(shū)雖然不是講解Linux，但是對所有Unix內核都是適用的，適合對SMP和CPU的Cache這些組成原理知識不是很熟的朋友，而且是很多國外牛人推薦的書(shū)。中文版翻譯非常負責。

　　還有個(gè)很重要的問(wèn)題：怎樣瀏覽內核源代碼。有的朋友喜歡在Windows上工作，用Source Insight；有的在Linux，用Source Navigator；還有專(zhuān)門(mén)瀏覽源代碼的軟件，象lxr（Linux Cross Reference）；還有用ctags/ectags/cscope等，這些都是很優(yōu)秀的軟件。我個(gè)人用Vim ctags瀏覽（參考了www.linuxforum.net內核版wheelz大俠的文檔，）。

　　此外，前邊已經(jīng)提到的一個(gè)重要的問(wèn)題是：你研究?jì)群说哪康氖鞘裁矗?開(kāi)發(fā)？ 樂(lè )趣？如果是開(kāi)發(fā)，而且是國內做開(kāi)發(fā)，把kernel API熟悉一下就差不太多了（你也知道國內的水平有多差），比方說(shuō)copy_from_user()、kmalloc()函數等，kernel API在Internet上找得到，編譯內核時(shí)也可以用DocBook生成（具體請參考內核源代碼包下的README文件）；如果是研究，那就差別很大了，需要下很大的苦功：會(huì )用kmalloc()絕不說(shuō)明你懂得Linux內核的虛存管理子系統，正如同會(huì )講漢語(yǔ)不說(shuō)明你懂中國文化一樣。

　　說(shuō)完了，發(fā)現前面講的太羅嗦了，簡(jiǎn)化一下：
　　1, 動(dòng)手編譯內核
　　2, 精讀《Linux內核設計與實(shí)現》
　　3, 上www.linuxforum.net內核版看置頂貼與精華區
　　此外就憑自己興趣選擇吧。

下面是一篇沒(méi)寫(xiě)完的《Linux內核模塊編程入門(mén)》，不補寫(xiě)了，將就著(zhù)看吧。

albcamus 2005-10-13 02:41

寫(xiě)給Linux內核新手-關(guān)于Linux內核學(xué)習的誤區

Linux內核模塊編程入門(mén)
看到昨天有好幾個(gè)問(wèn)linux內核編程問(wèn)題的帖子，不少是卡在了入門(mén)問(wèn)題上，就整理一下入門(mén)的初步流程。針對2.6內核的Linux系統，需要你的機器上已經(jīng)安裝了kernel-devel這個(gè)包，也就是編譯模塊所必須的東西：內核的頭文件和一些Makefile。

一，Hello World程序：
[code]/*file: hello.c*/
#ifndef __KERNEL__
#define __KERNEL__
#endif
#ifndef MODULE
#define MODULE
#endif
#include ;
#include ;
#include ;

static int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello, The fucking crazy worldn");
return 0;
}

static void hello_exit(void)
{
printk(KERN_ALERT "Bye, The fucking crazy world!n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("albcamus ;");[/code'>albcamus@163.com>;");[/code]

2.6內核的kbuild子系統跟2.4相比有本質(zhì)的改變。我們下面嘗試兩種方式編譯這個(gè)程序：
1, 你可以在本目錄下這樣寫(xiě)一個(gè)Makefile
[code]obj-m := hell.o
clean:
rm -rf *.o .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions[/code]
然后用這樣的命令行編譯：
make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=`pwd` modules
這時(shí)ls一下，就能看到生成了很多文件，其中hello.ko就是我們需要的內核模塊。
2, 專(zhuān)業(yè)點(diǎn)兒，Makefile這樣寫(xiě)：
[code]obj-m := hello.o
KERNELBUILD := /lib/modules/`uname -r`/build
default:
make -C $(KERNELBUILD) M=$(shell pwd) modules
clean:
rm -rf *.o .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions[/code]
然后只要make一下就可以了。

插入模塊用insmod命令：
insmod ./hello.ko
這時(shí)候大家可能會(huì )問(wèn)：為什么我的屏幕上沒(méi)有見(jiàn)到輸出？這個(gè)是console的日志記錄級別和你printk消息時(shí)指定的級別（本例中指定為 KERN_ALERT，為次高，僅次于KERN_EMERG）決定的。無(wú)論如何，你可以tail 或者cat看看系統日志的最后幾行，系統日志一般為/var/log/messages，或者直接用dmesg命令，肯定能看到輸出了。

二，頭文件問(wèn)題。
C 程序員都知道，要使用某個(gè)外部的函數，應當#include某個(gè)頭文件，這個(gè)頭文件包含了那個(gè)函數的原型(prototype)。內核的頭文件在 include/下，其中include/asm是個(gè)符號鏈接，指向你所用內核的具體的體系結構目錄，比方說(shuō)我的系統是i386的，那么 include/asm就指向include/asm-i386 。
內核編程中我們不能鏈接libc庫，不能使用libc庫中的函數，所以很有些麻煩。一些重要的函數，象strcpy/strcmp/snprintf等，kernel也為我們實(shí)現并導出（export）了，而我們需要 #include相關(guān)的頭文件，在include/linux和include/asm中，你需要自己尋找你所要使用的函數在哪個(gè)頭文件中聲明，并將其 #include進(jìn)來(lái)。