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Linux内核学习的经验总结

2019年10月11日 文章来源:网络整理 热度:117℃ 作者:刘英

学习内核,每个人都有自己的学习方法,仁者见仁智者见智。以下是我在学习过程中总结出来的东西,对自身来说,我认为比较有效率,拿出来跟大家交流一下。

内核学习,一偏之见;疏漏难免,恳请指正。

为什么写这篇博客

刚开始学内核的时候,不要执着于一个方面,不要专注于一个子系统就一头扎到实际的代码行中去,因为这样的话,牵涉的面会很广,会碰到很多困难,容易产生挫败感,一个函数体中(假设刚开始的时候正在学习某个方面的某个具体的功能函数)很可能掺杂着其他各个子系统方面设计理念(多是大量相关的数据结构或者全局变量,用于支撑该子系统的管理工作)下相应的代码实现,这个时候看到这些东西,纷繁芜杂,是没有头绪而且很不理解的,会产生很多很多的疑问,(这个时候如果对这些疑问纠缠不清,刨根问底,那么事实上就是在学习当前子系统的过程中频繁的去涉足其他子系统,这时候注意力就分散了),而事实上等了解了各个子系统后再回头看这些东西的话,就简单多了,而且思路也会比较清晰。所以,要避免 “只见树木,不见森林”,不要急于深入到底层代码中去,不要过早研究底层代码。

我在大二的时候刚开始接触内核,就犯了这个错误,一头扎到内存管理里头,去看非常底层的实现代码,虽然也是建立在内存管理的设计思想的基础上,但是相对来说,比较孤立,因为此时并没有学习其它子系统,应该说无论是视野还是思想,都比较狭隘,所以代码中牵涉到的其它子系统的实现我都直接跳过了,这一点还算聪明,当然也是迫不得已的。

我的学习方法 

刚开始,我认为主要的问题在于你知道不知道,而不是理解不理解,某个子系统的实现采用了某种策略、方法,而你在学习中需要做的就是知道有这么一回事儿,然后才是理解所描述的策略或者方法。

根据自己的学习经验,刚开始学习内核的时候,我认为要做的是在自己的脑海中建立起内核的大体框架,理解各个子系统的设计理念和构建思想,这些理念和思想会从宏观上呈献给你清晰的脉络,就像一个去除了枝枝叶叶的大树的主干,一目了然;当然,肯定还会涉及到具体的实现方法、函数,但是此时接触到的函数或者方法位于内核实现的较高的层次,是主(要)函数,已经了解到这些函数,针对的是哪些设计思想,实现了什么样的功能,达成了什么样的目的,混个脸熟的说法在这儿也是成立的。至于该主函数所调用的其它的辅助性函数就等同于枝枝叶叶了,不必太早就去深究。此时,也就初步建立起了内核子系统框架和代码实现之间的关联,关联其实很简单,比如一看到某个函数名字,就想起这个函数是针对哪个子系统的,实现了什么功能。

我认为此时要看的就是 LKD3,这本书算是泛泛而谈,主要就是从概念,设计,大的实现方法上描述各个子系统,而对于具体的相关的函数实现的代码讲解很少涉及 (对比于 ULK3,此书主要就是关于具体函数代码的具体实现的深入分析,当然,你也可以看,但是过早看这本书,会感觉很痛苦,很枯燥无味,基本上都是函数的实现),很少,但不是没有,这就很好,满足我们当前的需求,还避免我们过早深入到实际的代码中去。而且本书在一些重要的点上还给出了写程序时的注意事项,算是指导性建议。主要的子系统包括:内存管理,进程管理和调度,系统调用,中断和异常,内核同步,时间和定时器管理,虚拟文件系统,块 I/O 层,设备和模块。(这里的先后顺序其实就是 LKD3 的目录的顺序)。

我学习的时候是三本书交叉着看的,先看 LKD3,专于一个子系统,主要就是了解设计的原理和思想,当然也会碰到对一些主要函数的介绍,但大多就是该函数基于前面介绍的思想和原理完成了什么样的功能,该书并没有就函数本身的实现进行深入剖析。然后再看 ULK3 和 PLKA 上看同样的子系统,但是并不仔细分析底层具体函数的代码,只是粗略地、不求甚解地看,甚至不看。因为,有些时候,在其中一本书的某个点上,卡壳了,不是很理解了,在另外的书上你可能就碰到对同一个问题的不同角度的描述,说不准哪句话就能让你豁然开朗,如醍醐灌顶。我经常碰到这种情况。

并不是说学习过程中对一些函数体的实现完全就忽略掉,只要自己想彻底了解其代码实现,没有谁会阻止你。我是在反复阅读过程中慢慢深入的。比如 VFS 中文件打开需要对路径进行分析,需要考虑的细节不少 (.././之类的),但是其代码实现是很好理解的。再比如,CFS 调度中根据 shedule latency、队列中进程个数及其 nice 值 (使用的是动态优先级) 计算出分配给进程的时间片,没理由不看的,这个太重要了,而且也很有意思。

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