究竟什么是内核？我该如何高效学习？

本文主要讲解什么是Linux内核，以及通过多张图片展示Linux内核的作用与功能，以便于读者能快速理解什么是Linux内核，能看懂Linux内核。

是的，没错。

3.1 微内核

3.1.1 Pros

• 可移植性
• 安装占用空间小
• 小内存占用
• 安全

3.1.2 Cons

• 通过驱动程序，硬件更加抽象
• 硬件可能反应较慢，因为驱动程序处于用户模式
• 进程必须在队列中等待才能获得信息
• 进程不能在不等待的情况下访问其他进程

3.2 单内核

3.2.1 Pros

• 更直接地访问程序的硬件
• 流程之间更容易通信
• 如果支持您的设备，它应该不需要额外安装就可以工作
• 进程反应更快，因为没有等待处理器时间的队列

3.2.2 Cons

• 较大安装体积
• 较大内存占用
• 不太安全，因为所有操作都在管理模式下运行

  
  

4.1 Pros

• 开发人员可以选择什么在用户模式下运行，什么在管理模式下运行
• 比单片内核更小的安装占用空间
• 比其他型号更灵活

4.2 Cons

• 会遭受与微内核相同的进程延迟
• 设备驱动程序需要由用户管理(通常)

当开发虚拟内存以便更容易地进行多任务处理时，将“vm”放在文件的前面，以显示内核支持虚拟内存。有一段时间，Linux内核被称为vmlinux，但是内核变得太大，无法装入可用的引导内存，因此压缩了内核映像，并将末尾的x更改为z，以显示它是用zlib压缩的。并不总是使用相同的压缩，通常用LZMA或BZIP2替换，一些内核简单地称为zImage。

模块通常向基本内核添加设备、文件系统和系统调用等功能。lkm的文件扩展名是.ko，通常存储在/lib/modules目录中。由于模块的特性，您可以通过在启动时使用menuconfig命令将模块设置为load或not load，或者通过编辑/boot/config文件，或者使用modprobe命令动态地加载和卸载模块，轻松定制内核。

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。

ULK3也会有设计原理与思想之类的概括性介绍，基本上都位于某个主题的开篇段落。但是更多的是对支持该原理和思想的主要函数实现的具体分析，同样在首段，一句话综述函数的功能，然后对函数的实现以1、2、3，或者a、b、c步骤的形式进行讲解。我只是有选择性的看，有时候对照着用source insight打开的源码，确认一下代码大体上确实是按书中所描述的步骤实现的，就当是增加感性认识。由于步骤中掺杂着各种针对不同实现目的安全性、有效性检查，如果不理解就先跳过。这并不妨碍你对函数体功能实现的整体把握。

PLKA介于LKD3和ULK3之间。我觉得PLKA的作者（看照片，真一德国帅小伙，技术如此了得）肯定看过ULK，无论他的本意还是有意，总之PLKA还是跟ULK有所不同，对函数的仔细讲解都做补充说明，去掉函数体中边边角角的情况，比如一些特殊情况的处理，有效性检查等，而不妨碍对整个函数体功能的理解，这些他都有所交代，做了声明；而且，就像LKD3一样，在某些点上也给出了指导性编程建议。作者们甚至对同一个主要函数的讲解的着重点都不一样。这样的话，对我们学习的人而言，有助于加深理解。另外，我认为很重要的一点就是PLKA针对的2.6.24的内核版本，而ULK是2.6.11，LKD3是2.6.34。在某些方面PLKA比较接近现代的实现。其实作者们之所以分别选择11或者24，都是因为在版本发行树中，这两个版本在某些方面都做了不小的变动，或者说是具有标志性的转折点（这些信息大多是在书中的引言部分介绍的，具体的细节我想不起来了）。

Intel V3，针对X86的CPU，本书自然是系统编程的权威。内核部分实现都可以在本书找到其根源。所以，在读以上三本书某个子系统的时候，不要忘记可以在V3中相应章节找到一些基础性支撑信息。

在读书过程中，会产生相当多的疑问，这一点是确信无疑的。大到搞不明白一个设计思想，小到不理解某行代码的用途。各个方面，各种疑问，你完全可以把不理解的地方都记录下来(不过，我并没有这么做，没有把疑问全部记下来，只标记了很少一部分我认为很关键的几个问题)，专门写到一张纸上，不对，一个本上，我确信会产生这么多的疑问，不然内核相关的论坛早就可以关闭了。其实，大部分的问题（其中很多问题都是你知道不知道有这么一回事的问题）都可以迎刃而解，只要你肯回头再看，书读百遍，其义自现。多看几遍，前前后后的联系明白个七七八八是没有问题的。我也这么做了，针对某些子系统也看了好几遍，切身体会。

子系统进行管理工作需要大量的数据结构。子系统之间交互的一种方式就是各个子系统各自的主要数据结构通过指针成员相互引用。学习过程中，参考书上在讲解某个子系统的时候会对数据结构中主要成员的用途解释一下，但肯定不会覆盖全部（成员比较多的情况，例如task_struct），对其它子系统基于某个功能实现的引用可能解释了，也可能没做解释，还可能说这个变量在何处会做进一步说明。所以，不要纠结于一个不理解的点上，暂且放过，回头还可以看的。之间的联系可以在对各个子系统都有所了解之后再建立起来。其实，我仍然在强调先理解概念和框架的重要性。

等我们完成了建立框架这一步，就可以选择一个比较感兴趣的子系统，比如驱动、网络，或者文件系统之类的。这个时候你再去深入了解底层代码实现，相较于一开始就钻研代码，更容易一些，而且碰到了不解之处，或者忘记了某个方面的实现，此时你完全可以找到相应的子系统，因为你知道在哪去找，查漏补缺，不仅完成了对当前函数的钻研，而且可以回顾、温习以前的内容，融会贯通的时机就在这里了。

《深入理解linux虚拟内存》(2.4内核版本)，LDD3，《深入理解linux网络技术内幕》，几乎每一个子系统都需要一本书的容量去讲解，所以说，刚开始学习不宜对某个模块太过深入，等对各个子系统都有所了解了，再有针对性的去学习一个特定的子系统。这时候对其它系统的援引都可以让我们不再感到茫然、复杂，不知所云。

“比起知道你所用技术的重要性，成为某一个特别领域的专家是不重要的。知道某一个具体API调用一点好处都没有，当你需要他的时候只要查询下就好了。”这句话源于我看到的一篇翻译过来的博客。我想强调的就是，这句话针应用型编程再合适不过，但是内核API就不完全如此。

当你了解了操作系统的实现—这些实现可都是对应用程序的基础性支撑啊—你再去写应用程序的时候，应用程序中用到的多线程，定时器，同步锁机制等等等等，使用共享库API的时候，联系到操作系统，从而把对该API的文档描述同自己所了解到的这些方面在内核中的相应支撑性实现结合起来进行考虑，这会指导你选择使用哪一个API接口，选出效率最高的实现方式。对系统编程颇有了解的话，对应用编程不无益处，甚至可以说是大有好处。

又是那句话，不是理解不理解的问题，而是知道不知道的问题。有时候，知道了，就理解了。在整个学习过程中，知道，理解，知道，理解，知道……，交叉反复。为什么开始和结尾都是知道，而理解只是中间步骤呢？世界上万事万物自有其规律，人类只是发现而已，实践是第一位的，实践就是知道的过程，实践产生经验，经验的总结就是理论，理论源于实践，理论才需要理解。我们学习内核，深入研究，搞来搞去，又回到了芯片上，芯片是物质的，芯片的功用基于自然界中物质本有的物理和电子特性。追本溯源，此之谓也。

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。只看书是绝对不行的，一定要结合课本给出的编程建议自己敲代码。刚开始就以模块形式测试好了，或者自己编译一个开发版本的内核。一台机器的话，使用UML方式调试，内核控制路走到哪一步，单步调试看看程序执行过程，比书上的讲解更直观明了。一定要动手实际操作。

LDD3          Linux Device Driver 3rd

Many of the key control paths in the kernel are described, step by step;

一步一步地讲述内核控制路径的实现。

The level of detail sometimes makes it hard to get a sense for the big  picture, but it does help somebody trying to figure out how a particular function works.

对代码讲解的详细程度有时候很难让读者把握住它的主旨大意，但是确实有助于读者理解一个特定的函数到底是如何工作的。

Indeed, that is perhaps the key feature which differentiates this book. It is  very much a “how it works” book, designed to help people understand the  code.

事实上，这也正是本书与众不同的地方。更像一个“如何工作”的书，帮助读者理解代码实现。

It presents kernel functions and data structures, steps the reader through them, but does not, for example, emphasize the rules for using them.  UTLK is a study guide, not a programming manual.

本书描述了内核函数和数据结构，引导读者穿行于其间，但是，并没有着重强调使用它们的法则。UTLK是一本学习指南，而不是编程手册。

Linux，我的兴趣，我的动力，我的方向，我的未来！

转自公众号：人人都是极客

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