详解：Linux内核源代码

前面总结了关于Linux内核结构的学习，接下来我们一起学习Linux内核源代码。

   

    第一：多版本的内核源代码

    对不同的内核版本，系统调用一般是相同的。新版本也许可以增加一个新的系统调用，但旧的系统调用将依然不变，这对于保持向后兼容是非常必要的—一个新的内核版本不能打破常规的过程。在大多数情况下，设备文件将仍然相同，而另一方面，版本之间的内部接口有所变化。

    Linux内核源代码有一个简单的数字系统，任何偶数内核(如2.0.30)是一个稳定的版本，而奇数内核(如2.1.42)是正在发展中的内核。这本书是基于稳定的2.4.16 源代码树。发展中的内核总是有最新的特点，支持最新的设备，尽管它们还不稳定，也不是你所想要的，但它们是发展最新而又稳定的内核的基础。

    目前，较新而又稳定的内核版本是2.2.x和2.4.x，因为版本之间稍有差别，因此，如果你想让一个新驱动程序模块既支持2.2.x，也支持2.4.x，就需要根据内核版本对模块进行条件编译。

    对内核源代码的修改是以补丁文件的形式发布的。patch实用程序用来对内核源文件进行一系列的修订，例如，如果你有2.4.9内核源代码，而你想移到2.4.16，你可以获得2.4.16的补丁文件，应用patch来修订2.4.9源文件。例如：

   

    $ cd /usr/src/linux

    $ patch -p1 < patch-2.4.16

   

    第二：Linux内核源代码的结构

   

    Linux内核源代码位于/usr/src/linux目录下，其结构分布如图1.3所示，每一个目录或子目录可以看作一个模块，其目录之间的连线表示“子目录或子模块”的关系。下面是对每一个目录的简单描述。

   

    include/子目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件，这个模块利用其它模块重建内核。

   

    init/ 子目录包含了内核的初始化代码，这是内核开始工作的起点。

   

    arch/子目录包含了所有硬件结构特定的内核代码，如图1.3，arch/ 子目录下有i386和alpha模块等等。

   

    drivers/ 目录包含了内核中所有的设备驱动程序，如块设备，scsi 设备驱动程序等等。

    fs/ 目录包含了所有文件系统的代码，如：ext2, vfat模块的代码等等。

   

    net/ 目录包含了内核的连网代码。

   

    mm/ 目录包含了所有的内存管理代码。

   

    ipc/ 目录包含了进程间通信的代码。

   

    kernel/  目录包含了主内核代码

   

    图1.3 显示了八个目录，即 init, kernel, mm, ipc, drivers, fs, arch 及 net 的包含文件都在"include/" 目录下。在Linux内核中包含了  drivers, fs, arch及 net 模块，这就使得Linux内核既不是一个层次式结构，也不是一个微内核结构，而是一个“整体式”结构。因为系统调用可以直接调用内核层，因此，该结构使得整个系统具有较高的性能，其缺点是内核修改起来比较困难，除非遵循严格的规则和编码标准。

   

    在图1.3中所显示的模块结构，代表了一种工作分配单元，利用这种结构，我们期望Linus Torvalds能维护和增强内核的核心服务，即，init/, kernel/, mm/及 ipc/，其它的模块drivers, fs, arch及net 也可以作为工作单元，例如，可以分配一组人对块文件系统进行维护和进一步的开发，而另一组人对scsi文件系统进行完善。图1.3类似于Linux的自愿者开发队伍一起工作来增强和扩展整个系统的框架。

    Linux源代码的分布结构

   

    第三： 从何处开始阅读源代码

    像Linux内核这样庞大而复杂的程序看起来确实让人望而生畏，它象一个很大的球，没有起点和终点。在读源代码的过程中，你会遇到这样的情况，当读到内核的某一部分时又会涉及到其它更多的文件，当返回到原来的地方想继续往下读时，又忘了原来读的内容。在internet上，很多人为此付出了很大的努力，制作出了源代码导航器，这为源代码阅读提供了良好的条件，站点为：，下面给出阅读源代码的一些线索。

    1. 系统的启动和初始化

    在基于Intel的系统上，当 loadlin.exe 或 LILO把内核装入到内存并把控制权传递给内核时，内核开始启动。关于这一部分，看arch/i386/kernel/head.S ，head.S进行特定结构的设置，然后跳转到init/main.c的main()例程。

    2. 内存管理

    内存管理的代码主要在/mm，但特定结构的代码在arch/*/mm。缺页中断处理的代码在mm/memory.c ，而内存映射和页高速缓存器的代码在mm/filemap.c。缓冲器高速缓存是在mm/buffer.c 中实现，而交换高速缓存是在mm/swap_state.c 和 mm/swapfile.c中实现。

   

    3. 内核

    内核中，特定结构的代码在arch/*/kernel，调度程序在kernel/sched.c，fork的代码在kernel/fork.c，task_struct 数据结构在 include/linux/sched.h中。

   

    4.  PCI

    PCI 伪驱动程序在 drivers/pci/pci.c ，其定义在include/linux/pci.h。每一种结构都有一些特定的 PCI BIOS 代码， Intel的在arch/alpha/kernel/bios32.c。

   

    5.  进程间通信

    所有System V IPC 对象权限都包含在 ipc_perm 数据结构中，这可以在  include/linux/ipc.h中找到。 System V 消息是在 ipc/msg.c中实现, 共享内存在 ipc/shm.c中，信号量在  ipc/sem.c中，管道在 ipc/pipe.c中实现。

   

    6. 中断处理

    内核的中断处理代码是几乎所有的微处理器所特有的。中断处理代码在  arch/i386/kernel/irq.c中，其定义子在 include/asm-i386/irq.h中。

   

    7. 设备驱动程序

    Linux内核源代码的很多行是设备驱动程序。Linux设备驱动程序的所有源代码都保存在/driver，根据类型可进一步划分为：

   

    /block

    块设备驱动程序如ide(在ide.c)。如果你想看包含文件系统的所有设备是如何被初始化的，你应当看drivers/block/genhd.c中的device_setup()，device_setup()不仅初始化了硬盘，当一个网络安装nfs文件系统时，它也初始化网络。块设备包含了基于IDE和SCSI的设备。

   

    /char

    这是看字符设备(如tty，串口及鼠标等)驱动程序的地方。

   

    /cdrom

    Linux的所有CDROM代码都在这儿，如在这儿可以找到Soundblaster CDROM的驱动程序。注意ide CD的驱动程序是 ide-cd.c，放在drivers/block，SCSI CD的驱动程序是scsi.c，放在drivers/scsi。

   

    /pci

    这是PCI伪驱动程序的源代码，在这里可以看到PCI子系统是如何被映射和初始化的。

   

    /scsi

    在这里可以找到所有的SCSI代码及Linux所支持的scsi设备的所有设备驱动程序。

   

    /net

    在这里可以找到网络设备驱动程序，如DECChip 21040 PCI 以太网驱动程序在tulip.c中。

   

    /sound

    这是所有声卡驱动程序的所在地。

   

    8. 文件系统

    EXT2 文件系统的源代码全部在  fs/ext2/ 目录下，而其数据结构的定义在  include/linux/ext2_fs.h, ext2_fs_i.h 及 ext2_fs_sb.h中。 虚拟文件系统的数据结构在 include/linux/fs.h中描述，而代码是在fs/*中。 缓冲区高速缓存与更新内核的守护进程的实现是在 fs/buffer.c中 。

   

    8. 网络

    网络代码保存在/net中，大部分的include文件在include/net下，BSD套节口代码在net/socket.c中，IP 第4版本的套节口代码在net/ipv4/af_inet.c。一般的协议支持代码(包括sk_buff 处理例程)在net/core下，TCP/IP联网代码在net/ipv4下，网络设备驱动程序在/drivers/net下。

   

    9. 模块

    内核模块的代码部分在内核中，部分在模块包中，前者全部在kernel/modules.c中，而数据结构和内核守护进程kerneld的信息分别在include/linux/module.h和include/linux/kerneld.h 中。如果你想看ELF目标文件的结构，它位于include/linux/elf.h中。

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