理解 Linux Kernel (0)

概述

《理解Linux Kernel》系列最早开始于 2018 年中，当时我刚刚结束对 JVM (Java Virtual Machine, Java 虚拟机) ClassFile 文件格式的学习。彼时，在实现新编程语言、学习 Linux 内核实现、继续深入 JVM 源码三个下一阶段的命题中，我选择了拥抱 Linux 源码。

时间过去了大半年，我已经简单地建立了对 Linux Kernel 的结构化认知。趁着现阶段有一些闲暇，整理过去的文章，以期删繁就简，并对错误的描述进行修正。

《理解 Linux Kernel》系列最早发布于我的博客 (Utop’s Blog)。由于这些文章的完成完全出于个人兴趣，对每个内核子系统的学习往往浅尝辄止，但我依旧认为这个系列对初学者来说是大有裨益的。

本系列对内核的学习完全建立在 0.11、2.6.24 两个版本源码的基础上。从 0.11 版本入门，学习硬件启动阶段进行的主要操作、任务调度、文件系统等早期版本已初现雏形的子系统；从 2.6.24 版本进阶，学习网络、内存管理等子系统的实现。在此强烈推荐，直接阅读源码对理解的帮助最为深远。请随时备上两个版本的源码，以备深入理解。

系列文章

=== 分割线（以下待整理） ===

以下是18年年中原文（稍作整理）

开端

刚刚结束 JVM ClassFile 文件格式的学习，见识了 JVM 对 CPU 架构的模拟：

有限而统一的指令集（不超过 256 个，可以用 1 字节维护）
剔除寄存器概念而使用操作数栈作为替代
使用局部变量表来模拟任务栈
高度封装的成员变量和方法的寻址方式

Java 虚拟机的机制相当简洁。就寄存器而言，就已经极大的简化了 CPU 复杂的结构。更遑论不同 CPU 架构带来的多套指令集的问题。

其实我本来是想要继续学习 Hotspot 虚拟机的实现。但是，混杂的代码(C++, Java, 平台相关各种实现)给我带来了很大的阅读障碍。最根本的，我甚至找不到一个入口作为整个学习计划的起点。当然，也与我根本没仔细去看有关，笑:)。

受老大推荐，我开始看《程序员的自我修养——链接、装载与库》一书。此书对 ELF 格式的介绍，对静态链接与动态链接的深入剖析都给了我深刻的印象，向我展示了 C 语言更深入的一面。但是，macOS 给我带来了比较大的客观阻碍（即使使用 Docker 容器得到了一个可用的 Linux 环境，但与直接建立在硬件上的系统还是有所区别）。同时，书中的部分内容上下文不一致，给阅读带来了障碍。总之，此书中的内容不适合我我这种初学者逐一进行书中所述的全部实验。

多重因素最终使我决定学习 Linux Kernel，希望对操作系统的理解能够帮助我建立对各种用户层面应用的画像。

学习资料

Source Code of linux-v0.11 and linux-2.6.24
《Linux 内核完全注释》
《深入 Linux 内核架构》
Bochs 仿真器
内核邮件组

软硬件描述

进行这方面的描述，是因为 Linux Kernel 将直接与底层硬件打交道(当然，这方面使用的 Bochs 仿真器)。但是，准备诸如 .img (磁盘映像文件), 机器指令文件等都不得不借助于现有的平台。

操作系统: macOS Mojave 10.14.4 , Ubuntu 18.04 （云主机）
仿真器 : Bochs 2.6.9_2 （macOS 与 Ubuntu 上相同）
更多 : 将直接在正文首次使用到时进行说明

Read the Source Code. Have Fun.

参考

[1]. 俞甲子. 程序员的自我修养[M]. 电子工业出版社, 2009. [2]. 赵炯. Linux内核完全注释内核版本0.11 V3.0[EB/OL]. https://www.oldlinux.org/, 2007

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