前 言
在我刚开始有把自己的内核开发经验集结成册,撰写一本书的念头时,我其实也觉得有点头绪繁多,不知道该从何下手。我实在不想落入传统内核书籍的窠臼,照猫画虎地再写这么一本。不错,前人著述备矣,但我终归是要写出点儿与众不同的东西来,我的书该如何定位,说实话,这确实让人颇费思量。
后来,灵感终于浮现出来,我意识到自己可以从一个全新的视角看待这个主题。开发内核是我的工作,同时也是我的嗜好,内核就是我的挚爱。这些年来,我不断搜集与内核有关的奇闻轶事,不断积攒关键的开发诀窍,依靠这些日积月累的材料,我可以写一本关于开发内核该做什么—更重要的是—不该做什么的书籍。从本质上说,这本书仍旧是描述Linux内核是如何设计和实现的,但是写法却另辟蹊径,所提供的信息更倾向于实用。通过本书,你就可以做一些内核开发的工作了—并且是使用正确的方法去做。我是一个注重实效的人,因此,这是一本实践的书,它应当有趣、易读且有用。
我希望读者可以从这本书中领略到更多Linux内核的精妙之处(写出来的和没写出来的),也希望读者敢于从阅读本书和读内核代码开始跨越到开始尝试开发可用、可靠且清晰的内核代码。当然如果你仅仅是兴致所至,读书自娱,那也希望你能从中找到乐趣。
从第1版到现在,又过了一段时间,我们再次回到本书,修补遗憾。本版比第1版和第2版内容更丰富:修订、补充并增加了新的内容和章节,使其更加完善。本版融合了第2版以来内核的各种变化。更值得一提的是,Linux内核联盟做出决定,近期内不进行2.7版内核的开发,于是,内核开发者打算继续开发并稳定2.6版。这个决定意味深长,而本书从中的最大受益就是在2.6版上可以稳定相当长时间。随着内核的成熟,内核“快照”才有机会能维持得更久远一些。本书可作为内核开发的规范文档,既认识内核的过去,也着眼于内核的未来。
使用这本书
开发Linux内核不需要天赋异秉,不需要有什么魔法,连Unix开发者普遍长着的络腮胡子都不一定要有。内核虽然有一些有趣并且独特的规则和要求,但是它和其他大型软件项目相比,并没有太大差别。像所有的大型软件开发一样,要学的东西确实不少,但是不同之处在于数量上的积累,而非本质上的区别。
认真阅读源码非常有必要,Linux系统代码的开放性其实是弥足珍贵的,不要无动于衷地将它搁置一边,浪费了大好资源。实际上就是读了代码还远远不够呢,你应该钻研并尝试着动手改动一些代码。寻找一个bug然后去修改它,改进你的硬件设备的驱动程序。增加新功能,即使看起来微不足道,寻找痛痒之处并解决。只有动手写代码才能真正融会贯通。
内核版本
本书基于Linux 2.6内核系列。它并不涵盖早期的版本,当然也有一些例外。比如,我们会讨论2.4系列内核中的一些子系统是如何实现的,这是因为简单的实现有助于传授知识。特别说明的是,本书介绍的是最新的Linux 2.6.34内核版本。尽管内核总在不断更新,任何努力也难以捕获这样一只永不停息的猛兽,但是本书力图适合于新旧内核的开发者和用户。
虽然本书讨论的是2.6.34内核,但我也确保了它同样适用于2.6.32内核。后一个版本往往被各个Linux发行版本奉为“企业版”内核,所以我们可以在各种产品线上见到其身影。该版本确实已经开发了数年(类似的“长线”版本还有 2.6.9、2.6.18和2.6.27等)。
读者范围
本书是写给那些有志于理解Linux内核的软件开发者的。本书并不逐行逐字地注解内核源代码,也不是指导开发驱动程序或是内核API的参考手册(如果存在标准的内核API的话)。本书的初衷是提供足够多的关于Linux内核设计和实现的信息,希望读过本书的程序员能够拥有较为完备的知识,可以真正开始开发内核代码。无论开发内核是为了兴趣还是为了赚钱,我都希望能够带领读者快速走进Linux内核世界。本书不但介绍了理论而且也讨论了具体应用,可以满足不同读者的需要。全书紧紧围绕着理论联系实践,并非一味强调理论或是实践。无论你研究Linux内核的动机是什么,我都希望这本书都能将内核的设计和实现分析清楚,起到抛砖引玉的作用。
因此,本书覆盖了从核心内核系统的应用到内核设计与实现等各方面的内容。我认为这点很重要,值得花工夫讨论。例如,第8章讨论的是所谓的下半部机制。本章分别讨论了内核下半部机制的设计和实现(核心内核开发者或者学者会感兴趣),随即便介绍了如何使用内核提供的接口实现你自己的下半部(这对设备驱动开发者可能很有用处)。其实,我认为上述两部分内容是相得益彰的,虽然核心内核开发者主要关注的问题是内核内部如何工作,但是也应该清楚如何使用接口;同样,如果设备驱动开发者了解了接口背后的实现机制,自然也会受益匪浅。
这好比学习某些库的API函数与研究该库的具体实现。初看,好像应用程序开发者仅仅需要理解API—我们被灌输的思想是,应该像看待黑盒子一样看待接口。另外,库的开发者也只关心库的设计与实现,但是我认为双方都应该花时间相互学习。能深刻了解操作系统本质的应用程序开发者无疑可以更好地利用它。同样,库开发者也决不应该脱离基于此库的应用程序,埋头开发。因此,我既讨论了内核子系统的设计,也讨论了它的用法,希望本书能对核心开发者和应用开发者都有用。
我假设读者已经掌握了C语言,而且对Linux比较熟悉。如果读者还具有与操作系统设计相关的经验和其他计算机科学的概念就更好了。当然,我也会尽可能多地解释这些概念,但如果你仍然不能理解这些知识的话,请看本书最后参考资料中给出的一些关于操作系统设计方面的经典书籍。
本书很适合在大学中作为介绍操作系统的辅助教材,与介绍操作系统理论的书相搭配。对于大学高年级课程或者研究生课程来说,可直接使用本书作为教材。