Linux核心分析方法(轉)

Linux核心分析方法(轉)[@more@]想入手分析Linux原始碼的Linuxer，我想這篇文章可能對你會有些幫助的。我也在分析記憶體管理部分，歡迎交流，共同進步。[力量雖少，但希望早日實現在Linux核心裡有一行程式碼是我們中國人寫的]

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Linux的最大的好處之一就是它的原始碼公開。同時，公開的核心原始碼也吸引著無數的電腦愛好者和程式設計師；他們把解讀和分析Linux的核心原始碼作為自己的最大興趣，把修改Linux原始碼和改造Linux系統作為自己對計算機技術追求的最大目標。

Linux核心原始碼是很具吸引力的，特別是當你弄懂了一個分析了好久都沒搞懂的問題；或者是被你修改過了的核心，順利透過編譯，一切執行正常的時候。那種成就感真是油然而生！而且，對核心的分析，除了出自對技術的狂熱追求之外，這種令人生畏的勞動所帶來的回報也是非常令人著迷的，這也正是它擁有眾多追隨者的主要原因：

首先，你可以從中學到很多的計算機的底層知識，如後面將講到的系統的引導和硬體提供的中斷機制等；其它，象虛擬儲存的實現機制，多工機制，系統保護機制等等，這些都是非都原始碼不能體會的。

同時，你還將從作業系統的整體結構中，體會整體設計在軟體設計中的份量和作用，以及一些宏觀設計的方法和技巧：Linux的核心為上層應用提供一個與具體硬體不相關的平臺；同時在核心內部，它又把程式碼分為與體系結構和硬體相關的部分，和可移植的部分；再例如，Linux雖然不是微核心的，但他把大部分的裝置驅動處理成相對獨立的核心模組，這樣減小了核心執行的開銷，增強了核心程式碼的模組獨立性。

而且你還能從對核心原始碼的分析中，體會到它在解決某個具體細節問題時，方法的巧妙：如後面將分析到了的Linux透過Botoom_half機制來加快系統對中斷的處理。

最重要的是：在原始碼的分析過程中，你將會被一點一點地、潛移默化地專業化。一個專業的程式設計師，總是把程式碼的清晰性，相容性，可移植性放在很重要的位置。他們總是透過定義大量的宏，來增強程式碼的清晰度和可讀性，而又不增加編譯後的程式碼長度和程式碼的執行效率；他們總是在編碼的同時，就考慮到了以後的程式碼維護和升級。 甚至，只要分析百分之一的程式碼後，你就會深刻地體會到，什麼樣的程式碼才是一個專業的程式設計師寫的，什麼樣的程式碼是一個業餘愛好者寫的。而這一點是任何沒有真正分析過標準程式碼的人都無法體會到的。

然而，由於核心程式碼的冗長，和核心體系結構的龐雜，所以分析核心也是一個很艱難，很需要毅力的事；在缺乏指導和交流的情況下，尤其如此。只有方法正確，才能事半功倍。正是基於這種考慮，作者希望透過此文能給大家一些借鑑和啟迪。

由於本人所進行的分析都是基於2.2.5版本的核心；所以，如果沒有特別說明，以下分析都是基於i386單處理器的2.2.5版本的Linux核心。所有原始檔均是相對於目錄/usr/src/linux的。

方法之一：從何入手

要分析Linux核心原始碼，首先必須找到各個模組的位置，也即要弄懂原始碼的檔案組織形式。雖然對於有經驗的高手而言，這個不是很難；但對於很多初級的Linux愛好者，和那些對原始碼分析很有興趣但接觸不多的人來說，這還是很有必要的。

1、Linux核心源程式通常都安裝在/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（的二個數為偶數，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。

2、核心源程式的檔案按樹形結構進行組織，在源程式樹的最上層，即目錄/usr/src/linux下有這樣一些目錄和檔案：

◆ COPYING: GPL版權申明。對具有GPL版權的原始碼改動而形成的程式，或使用GPL工具產生的程式，具有使用GPL發表的義務，如公開原始碼；

◆ CREDITS: 光榮榜。對Linux做出過很大貢獻的一些人的資訊；

◆ MAINTAINERS: 維護人員列表，對當前版本的核心各部分都有誰負責；

◆ Makefile: 第一個Makefile檔案。用來組織核心的各模組，記錄了個模組間的相互這間的聯絡和依託關係，編譯時使用；仔細閱讀各子目錄下的Makefile檔案對弄清各個檔案這間的聯絡和依託關係很有幫助；

◆ ReadMe: 核心及其編譯配置方法簡單介紹；

◆ Rules.make: 各種Makefilemake所使用的一些共同規則；

◆ REPORTING-BUGS:有關報告Bug 的一些內容；

● Arch/ ：arch子目錄包括了所有和體系結構相關的核心程式碼。它的每一個子目錄都代表一種支援的體系結構，例如i386就是關於intel cpu及與之相相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標頭檔案。與平臺無關的標頭檔案在 include/linux子目錄下，與 intel cpu相關的標頭檔案在include/asm-i386子目錄下,而include/scsi目錄則是有關scsi裝置的標頭檔案目錄；

● Init/： 這個目錄包含核心的初始化程式碼(注：不是系統的引導程式碼)，包含兩個檔案main.c和Version.c，這是研究核心如何工作的好的起點之一。

● Mm/：這個目錄包括所有獨立於 cpu 體系結構的記憶體管理程式碼，如頁式儲存管理記憶體的分配和釋放等；而和體系結構相關的記憶體管理程式碼則位於arch/*/mm/，例如arch/i386/mm/Fault.c；

● Kernel/：主要的核心程式碼，此目錄下的檔案實現了大多數linux系統的核心函式，其中最重要的檔案當屬sched.c；同樣，和體系結構相關的程式碼在arch/*/kernel中；

● Drivers/： 放置系統所有的裝置驅動程式；每種驅動程式又各佔用一個子目錄：如，/block 下為塊裝置驅動程式，比如ide（ide.c）。如果你希望檢視所有可能包含檔案系統的裝置是如何初始化的，你可以看drivers/block/genhd.c中的device_setup()。它不僅初始化硬碟，也初始化網路，因為安裝nfs檔案系統的時候需要網路；

● Documentation/: 文件目錄,沒有核心程式碼，只是一套有用的文件，可惜都是English的，看看應該有用的哦；

● Fs/: 所有的檔案系統程式碼和各種型別的檔案操作程式碼，它的每一個子目錄支援一個檔案系統, 例如fat和ext2；

● Ipc/: 這個目錄包含核心的程式間通訊的程式碼；

● Lib/: 放置核心的庫程式碼；

● Net/: 核心與網路相關的程式碼；

● Modules/: 模組檔案目錄，是個空目錄，用於存放編譯時產生的模組目標檔案；

● Scripts/: 描述檔案，指令碼，用於對核心的配置；

一般，在每個子目錄下，都有一個 Makefile 和一個Readme 檔案，仔細閱讀這兩個檔案，對核心原始碼的理解很有用。

對Linux核心原始碼的分析，有幾個很好的入口點：一個就是系統的引導和初始化，即從機器加電到系統核心的執行；另外一個就是系統呼叫，系統呼叫是使用者程式或操作呼叫核心所提供的功能的介面。對於那些對硬體比較熟悉的愛好者，從系統的引匯入手進行分析，可能來的容易一些；而從系統呼叫下手，則可能更合適於那些在dos或Uinx、Linux下有過C程式設計經驗的高手。