解讀linux內核源碼的入門方法

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　　針對好多Linux 愛好者對內核很有興趣卻無從下口，本文旨在介紹一種解讀linux內核源碼的入門方法，而不是解說linux復雜的內核機制；

一．核心源程序的文件組織：

　　1．Linux核心源程序通常都安裝在/usr/src/linux下，而且它有一個非常簡單的編號約定：任何偶數的核心（例如2.0.30）都是一個穩定地發行的核心，而任何奇數的核心（例如2.1.42）都是一個開發中的核心。

　　本文基於穩定的2.2.5源代碼，第二部分的實現平台為 Redhat Linux 6.0。

　　2．核心源程序的文件按樹形結構進行組織，在源程序樹的最上層你會看到這樣一些目錄：

　　●Arch ：arch子目錄包括了所有和體系結構相關的核心代碼。它的每一個子目錄都代表一種支持的體系結構，例如i386就是關於intel cpu及與之相兼容體系結構的子目錄。PC機一般都基於此目錄；

　　●Include: include子目錄包括編譯核心所需要的大部分頭文件。與平台無關的頭文件在 include/linux子目錄下，與 intel cpu相關的頭文件在include/asm-i386子目錄下,而include/scsi目錄則是有關scsi設備的頭文件目錄；

　　●Init： 這個目錄包含核心的初始化代碼(注：不是系統的引導代碼)，包含兩個文件main.c和Version.c，這是研究核心如何工作的一個非常好的起點。

　　●Mm ：這個目錄包括所有獨立於 cpu 體系結構的內存管理代碼，如頁式存儲管理內存的分配和釋放等；而和體系結構相關的內存管理代碼則位於arch/*/mm/，例如arch/i386/mm/Fault.c

　　●Kernel：主要的核心代碼，此目錄下的文件實現了大多數linux系統的內核函數，其中最重要的文件當屬sched.c；同樣，和體系結構相關的代碼在arch/*/kernel中；

　　●Drivers： 放置系統所有的設備驅動程序;每種驅動程序又各占用一個子目錄：如，/block

　　下為塊設備驅動程序，比如ide（ide.c）。如果你希望查看所有可能包含文件系統的設備是如何初始化的，你可以看drivers/block/genhd.c中的device_setup()。它不僅初始化硬盤，也初始化網絡，因為安裝nfs文件系統的時候需要網絡其他:

　　如, Lib放置核心的庫代碼; Net,核心與網絡相關的代碼; Ipc,這個目錄包含核心的進程間通訊的代碼; Fs ,所有的文件系統代碼和各種類型的文件操作代碼，它的每一個子目錄支持一個文件系統，例如fat和ext2; Scripts, 此目錄包含用於配置核心的腳本文件等。

　　一般，在每個目錄下，都有一個 .depend 文件和一個 Makefile 文件，這兩個文件都是編譯時使用的輔助文件，仔細閱讀這兩個文件對弄清各個文件這間的聯系和依托關系很有幫助；而且，在有的目錄下還有Readme 文件，它是對該目錄下的文件的一些說明，同樣有利於我們對內核源碼的理解；

二．解讀實戰：為你的內核增加一個系統調用

　　雖然，Linux 的內核源碼用樹形結構組織得非常合理、科學，把功能相關聯的文件都放在同一個子目錄下，這樣使得程序更具可讀性。然而，Linux 的內核源碼實在是太大而且非常復雜，即便采用了很合理的文件組織方法，在不同目錄下的文件之間還是有很多的關聯，分析核心的一部分代碼通常會要查看其它的幾個相關的文件，而且可能這些文件還不在同一個子目錄下。

　　體系的龐大復雜和文件之間關聯的錯綜復雜，可能就是很多人對其望而生畏的主要原因。當然，這種令人生畏的勞動所帶來的回報也是非常令人著迷的：你不僅可以從中學到很多的計算機的底層的知識（如下面將講到的系統的引導），體會到整個操作系統體系結構的精妙和在解決某個具體細節問題時，算法的巧妙；而且更重要的是：在源碼的分析過程中，你就會被一點一點地、潛移默化地專業化；甚至，只要分析十分之一的代碼後，你就會深刻地體會到，什麼樣的代碼才是一個專業的程序員寫的，什麼樣的代碼是一個業余愛好者寫的。

　　為了使讀者能更好的體會到這一特點，下面舉了一個具體的內核分析實例，希望能通過這個實例，使讀者對Linux的內核的組織有些具體的認識，從中讀者也可以學到一些對內核的分析方法。

以下即為分析實例：

【一】操作平台:

硬件：cpu intel Pentium II ;

軟件：Redhat Linux 6.0; 內核版本2.2.5【二】相關內核源代碼分析:

　　1．系統的引導和初始化：Linux 系統的引導有好幾種方式：常見的有 Lilo,

　　Loadin引導和Linux的自舉引導（bootsect-loader）,而後者所對應源程序為arch/i386/boot/bootsect.S，它為實模式的匯編程序，限於篇幅在此不做分析；無論是哪種引導方式，最後都要跳轉到arch/i386/Kernel/setup.S， setup.S主要是進行時模式下的初始化，為系統進入保護模式做准備；此後，系統執行 arch/i386/kernel/head.S (對經壓縮後存放的內核要先執行arch/i386/boot/compressed/head.S); head.S 中定義的一段匯編程序setup_idt ，它負責建立一張256項的 idt 表(Interrupt Descriptor Table),此表保存著所有自陷和中斷的入口地址;其中包括系統調用總控程序 system_call 的入口地址;當然，除此之外，head.S還要做一些其他的初始化工作；

　　2．系統初始化後運行的第一個內核程序asmlinkage void __init start_kernel(void) 定義在/usr/src/linux/init/main.c中,它通過調用usr/src/linux/arch/i386/kernel/traps.c 中的一個函數void __init trap_init(void) 把各自陷和中斷服務程序的入口地址設置到 idt 表中,其中系統調用總控程序system_cal就是中斷服務程序之一;void __init trap_init(void) 函數則通過調用一個宏 　set_system_gate(SYSCALL_VECTOR,&system_call); 把系統調用總控程序的入口掛在中斷0x80上; 其中SYSCALL_VECTOR是定義在 /usr/src/linux/arch/i386/kernel/irq.h中的一個常量0x80; 而system_call即為中斷總控程序的入口地址;中斷總控程序用匯編語言定義在/usr/src/linux/arch/i386/kernel/entry.S中;