寫給Linux內核新手-關於Linux內核學習的誤區

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　　　　　　　　　寫給Linux內核新手-關於Linux內核學習的誤區

　　先說句正經的：其實我沒資格寫這篇文章，因爲自己也就一兩個月以來纔開始有所領悟的。因此，這裏與其說是關於Linux內核學習的經驗，不如說是自己的教訓吧，希望不要扔雞蛋砸我^_^

　　　常常有人問：我想學習內核，需要什麼基礎嗎？Linus Torvalds本人是這樣回答的：你必須使用過Linux。這個……還是有點太泛了吧，我想下面幾個基礎可能還是需要的，儘管不一定必需：
　　1, 關於操作系統理論的最初級的知識。不需要通讀並理解《操作系統概念》《現代操作系統》等鉅著，但總要知道分時（time-shared）和實時（real-time）的區別是什麼，進程是個什麼東西，CPU和系統總線、內存的關係（很粗略即可），等等。
　　2, 關於C語言。不需要已經很精通C語言，只要能熟練編寫C程序，能看懂鏈表、散列表等數據結構的C實現，用過gcc編譯器，就可以了。當然，如果已經精通C語言顯然是大佔便宜的。
　 　3, 關於CPU的知識。這塊兒可以在學習內核過程中補，但這樣的話你就需要看講解很詳細的書，比方後面將會提到的《情景分析》。你是否熟悉Intel 80386 CPU？嘗試着回答這幾個問題來判斷一下：1）說出80386的中斷門和陷阱門的區別；2）說出保護模式與實模式的區別；3）多處理器機器上，普通的讀- 改-寫回一塊內存這樣的動作，爲什麼需要特殊的手段來保護。等等。講解基於其它CPU的Linux內核的書，目前好象只有一本《IA64Linux內核： 設計與實現》──也還是Intel的，其它都是講解基於IA32的。
　　以上算是知識方面吧，如果還要再補充一條，我想就是：動手編譯過內核。


　　好了，我們接下來走。好多人裝上Linux之後，第一件事找到內核源碼所在的路徑，打開一個C程序文件，開始嘩嘩譁翻頁，看看大名鼎鼎的Linux內核代碼到底長啥模樣──然後關閉。這是可理解的，但卻不是學習的方法。剛開始，必須從讀書入手。至少要對內核有一個Overview之後，纔有可能帶着問題去試圖閱讀源代碼本身。 下面就講一下我讀過的幾本書：
　　1, 《Linux內核設計與實現》，英文名Linux Kernel Development（所以有人叫它LKD），機械工業出版社，￥35, 美國Robert Love著，陳莉君譯者。 評說：
　 　此書是當今首屈一指的入門最佳圖書。作者是爲2.6內核加入了搶佔的人，對調度部分非常精通，而調度是整個系統的核心，因此本書是很權威的。這本書講解 淺顯易懂，全書沒有列舉一條彙編語句，但是給出了整個Linux操作系統2.6內核的概觀，使你能通過閱讀迅速獲得一個overview。而且對內核中較 爲混亂的部分（如下半部），它的講解是最透徹的。對沒怎麼深入內核的人來說，這是強烈推薦的一本書。
　　　翻譯：翻譯水平、負責任程度都不錯，但是印刷存在一些錯誤。買了此書的朋友可以參考我在Linux高級應用版的《Linux內核設計與實現中文版勘誤》：
http://bbs.chinaunix.net/forum/viewtopic.php?t=541234
另外，此書2005年有了第二版，目前尚無中譯本面世。我就是對照着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，浙江大學出版社，上冊￥80,下冊￥70. 評說：
　 　本書是基於2.4.0內核的，比較早，也沒聽說會出第二版。上冊講解內存管理、中斷、異常與系統調用、進程控制、文件系統與傳統Unix IPC；下冊講解socket、設備驅動、SMP和引導。關於這套書的評價褒貶不一，我個人認爲其深度是同類著作中最優秀的。本書基於Intel IA32體系，由於厚度大，很多體系上的知識都捎帶講解了，所以如果你想深入瞭解內核的工作機制而又不非常熟悉Intel CPU的體系構造，本書是最合適的。缺點是：版本較老，沒有TCP/IP協議棧部分（它講的socket只是Unix域協議的），圖表太少，不適合初學者 入門。還有就是對學生朋友來說，可能書價偏高，這樣的話可以考慮先買上冊，因爲上冊是核心部分，下冊一大部分都在講具體PCI/ISA/USB設備的驅 動。
　　翻譯：沒什麼翻譯，作者是國人，而且行文流暢。本人書桌上諸多計算機經典圖書當中，這套是唯一又經典又無閱讀障礙的。
　　 www.linuxforum.net內核版好多朋友已經把這書讀到六七遍了，我很慚愧，上冊差不多讀熟了，下冊就SMP部分還看過──但這就花費了整整 1年的時間，還有好多弄不懂的。這裏順便說明另外一個研究內核常見的誤區：目標太龐大。要知道Linux內核（最新的2.6.13）bzip2壓縮之後 37M，解壓縮之後244M，根本不是哪個人能夠吃透的。即使是內核的核心開發團隊中，恐怕也只Linus Torvalds、Alan Cox、David Miller、Ingo Molnar寥寥數人會有比較全面的瞭解，其它人都是做自己專門的部分。我自己來說，目前已經決定放棄內存管理的全部（slab層、LRU、rbtree 等）、文件系統部分、外設驅動部分，暫時也沒打算弄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。此書是Linux內核黑客在推薦圖書時的首選。評說：
　 　此書C版的converse兄送了我一本第一版，因此就沒買第二版，比較後悔。因此只就第一版說一說，第一版基於2.2,第二版2.4 。我見O'Reilly官方主頁上說第三版的英文版將於2005年11月出版，也不知咱們何時才能見到。此書圖表很多，形象地給出了關鍵數據結構的定義， 與《情景分析》相比，本書內容緊湊，不會一個問題講解動輒上百頁，有提綱挈領的功用，但是深度上要遜於《情景分析》。

　　4, 其它的幾本書。市面上能見到的其它的Linux內核的圖書，象《Linux設備驅動程序》、《Linux內核源代碼完全註釋》以及新出的《Linux內核分析及編程》等。
　 　《Linux設備驅動程序》第二版是基於2.4的，中文翻譯不錯，中國電力出版。這書強調動手實踐，但它是講解“設備驅動”的，不是最核心的東西，而且 有些東西沒硬件的話無法實踐，可能更適合驅動開發的程序員吧，不太適合那些For fun and profit的人。此書有第三版英文版，東南大學出版社影印，講解2.6的，行文流暢，講解的面也比第二版更廣泛，我讀過其中關於同步與互斥、內存分配的 部分，感覺很不錯。
　　《Linux內核源代碼完全註釋》（機械工業出版社）是同濟大學的博士生趙炯的著作，講解0.1Linux內核，我沒買也沒看，有看過的朋友說一說。
　　《Linux內核分析及編程》（電子工業出版社）是剛剛出版的，國人寫的，講解2.6.11 。很多人說好，但有人說不夠系統，我沒買，不敢評說。
　　還有一本清華出的《Linux內核編程指南（第三版）》，原書應該是好書，但是翻譯、排版十分糟爛，脫字跳行，根本沒法看，我買了一本又扔掉了。

　 　5, 其它資源。 TLDP（The Linux Documentation Project）有大量文檔，其中不少是關於內核的，有些是在國外出版過的，象《Linux Kernel Interls》《The Linux Kernel》《Linux Kernel Module Programming Guide》等，作者都是親身參加開發的人，著作較爲可信。
Http://www.linuxforum.net
　 　中國Linux論壇的內核版。該版是研究內核的中文Linux社區中水平最高的，有很多專家級別的牛人，強烈推薦去學習一下（但建議不要問太過分簡單的 問題，人家脾氣再好也會煩的^_^），它的置頂貼簡直是一個包羅萬象的FAQ，精華區也有很多資料。只可惜太過曲高和寡，人氣不是很旺。

　 　6, 一本不是講解Linux的書：《現代體系結構上的Unix系統：內核程序員的SMP和Caching技術》，人民郵電出版社2003版，定價￥39. 本書雖然不是講解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。中文版翻譯非常負責。


　　還有個很重要的問題：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；還有專門瀏覽源代碼的軟件，象lxr（Linux Cross Reference）；還有用ctags/ectags/cscope等，這些都是很優秀的軟件。我個人用Vim + ctags瀏覽（參考了www.linuxforum.net內核版wheelz大俠的文檔，）。

　　此外，前邊已經提到的一個重要的問 題是：你研究內核的目的是什麼，開發？ 樂趣？如果是開發，而且是國內做開發，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copy_from_user()、kmalloc()函數等，kernel API在Internet上找得到，編譯內核時也可以用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：會用kmalloc()絕不說明你懂得Linux內核的虛存管理子系統，正如同會講漢語不說明你懂中國文化一樣。




　　說完了，發現前面講的太羅嗦了，簡化一下：
　　1, 動手編譯內核
　　2, 精讀《Linux內核設計與實現》
　　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。

下面是一篇沒寫完的《Linux內核模塊編程入門》，不補寫了，將就着看吧。

albcamus 2005-10-13 02:41

寫給Linux內核新手-關於Linux內核學習的誤區

Linux內核模塊編程入門
看到昨天有好幾個問linux內核編程問題的帖子，不少是卡在了入門問題上，就整理一下入門的初步流程。針對2.6內核的Linux系統，需要你的機器上已經安裝了kernel-devel這個包，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 <linux/init.h>;
#include <linux/module.h>;
#include <linux/kernel.h>;

static int hello_init(void)
{
printk(KERN_ALERT "Hello, The fucking crazy world/n");
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 <[email protected]>;");[/code]

2.6內核的kbuild子系統跟2.4相比有本質的改變。我們下面嘗試兩種方式編譯這個程序：
1, 你可以在本目錄下這樣寫一個Makefile
[code]obj-m := hell.o
clean:
rm -rf *.o .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions[/code]
然後用這樣的命令行編譯：
make -C /lib/modules/`uname -r`/build M=`pwd` modules
這時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, 專業點兒，Makefile這樣寫：
[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]
然後只要make一下就可以了。

插入模塊用insmod命令：
insmod ./hello.ko
這 時候大家可能會問：爲什麼我的屏幕上沒有見到輸出？這個是console的日誌記錄級別和你printk消息時指定的級別（本例中指定爲 KERN_ALERT，爲次高，僅次於KERN_EMERG）決定的。無論如何，你可以tail 或者cat看看系統日誌的最後幾行，系統日誌一般爲/var/log/messages，或者直接用dmesg命令，肯定能看到輸出了。

二，頭文件問題。
C 程序員都知道，要使用某個外部的函數，應當#include某個頭文件，這個頭文件包含了那個函數的原型(prototype)。內核的頭文件在 include/下，其中include/asm是個符號鏈接，指向你所用內核的具體的體系結構目錄，比方說我的系統是i386的，那麼 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也爲我們實現並導出（export）了，而我們需要 #include相關的頭文件，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頭文件中聲明，並將其 #include進來。


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說點別的
1、樓主 4K太屈材了，但是中國現在這個狀況沒法說。我曾經去清華紫光面試，做AS400的售前／後支持「當時他們說有Unix基礎就可以，不需要很瞭解 400」，底薪4K＋提成，提成完全看銷售業績，估計很大一部分工作是配合銷售去把產品騙出去，技術性工作估計不多。如果銷售情況好的話收入還是很可觀 的，但是具他們內部人說沒有銷售掙得多。在國內許多大公司，一羣本科是什麼雜7雜8專業的，後來混了個“計算機”方面的“研究生”，啥都不懂成天混的人也 都隨便拿上5K+

2、牛人在中國會是什麼下場？牛人就是象老牛一樣多幹活，還不一定有草吃。去年冬天我出差去昆明部署一個我們的軟件，本 來我只負責技術支持，職責就是按照文檔把整個系統搭建起來。臨走前開發人員和測試人員拍胸匍向我發誓程序完全沒有問題了，我去到那裏只要安裝一下即可。結 果到了那裏，首先是客戶系統被入侵而癱瘓，費了好大勁重建了系統恢復了數據庫；接着發現程序有很嚴重bug，花了整整一天時間我給它debug。
知 道我最終的下場是什麼嗎？400塊長途手機費不給報銷，領導說按照規定每天只給報20。嗯，“按照規定”的話，發現被黑我就應該立刻打110『沒必要估計 客戶的面子』，然後叫合作伙伴的人來裝系統（系統原來是他們裝的），這樣就省下200塊打電話請示領導、聯絡客戶領導的手機費；“按照規定”的話，我作爲 非開發人員和測試人員沒義務給程序debug，當我發現程序不能正常運作的時候就應該打道回府，這樣就又能省下200塊了
我當時所在中國非常有名的一家軟件上市公司「比紅旗用友什麼的大得多」，在這裏我就不點名了

3、“到一家實力強勁的公司（如IBM,redflag）給人家打下手”？
IBM內部的中國開發人員，只能從老美那裏拿到裁減版的API手冊，很多“牛人”的主要工作是漢化、debug、寫文檔和打包
redflag？ 以前曾經有一個項目需要郵件系統，看了一下redflag的郵件服務器宣傳還不錯，聯繫了一下，跟一個什麼產品經理談了談，結果是，爲了拿到項目，他們完 全可以放棄linux平臺把它移植到客戶指定的Solaris上去，總之就是只要能中標，怎麼都行！所以我看redflag需要的不是“打下手”的，需要 的是能夠拿到單子的sells


中國阿，就這麼回事了
PS:我現在在搞linux教育培訓工作，收入還湊合，感覺這個環境銅臭味道少一些，可以有一些閒暇時間和精力去搞自給喜歡的研究，而且沒人管^_^