成为Linux内核高手的四个方法

喜欢ヅ旅行 2022-09-20 09:15 226阅读 0赞

我曾经问别人如何开始内核编程的学习，他们基本上都说：①如果你不需要了解内核是如何为你工作的，你为何要尝试呢？②你应该订阅[Linux内核邮件列表][Linux]，然后努力去理解。③如果你不去编写针对Linux内核的代码，你就是在浪费时间。

这些对我一点儿帮助都没有。所以我在这里列举了一些可行的方法，他们是有关操作系统和Linux内核是怎样在你的项目里工作的，而且还很有趣。虽然我知道得并不多，但至少比我做这些之前了解了更多。

对于下面这几个途径，你只需要了解一些C语言和汇编语言（至少要会复制粘贴）。我会写一些小的C程序，还会用汇编来上课，虽然这些我都忘得差不多了。

## 方法一：编写你自己的操作系统 ##

这看起来是一个相当可怕的方法。但事实上并不是！我是从[rustboot][]这个项目开始的，重要的是它已经可以工作了。然后我会做一些简单的事情，比如让屏幕由红色变为蓝色，打印字符到屏幕，持续获取键盘中断来工作。

[MikeOS][]是我另一个有趣的开始。请记住，你的操作系统没有必要做得很大很专业——如果你能够让它把屏幕颜色由红色变为紫色或者让它打印一首视，你就算成功了。

你一定会想使用一个仿真器去运行你的操作系统，比如[qemu][]。[OSDev wiki][]同样是一个很有用的网站——上面有很多你会碰到的常见的问题。

## 方法二：编写写一些内核模块！ ##

如果你已经准备运行Linux了，那么再写一些内核模块就会是相当相当容易的，即使他们什么都不会做。

这里有一个能够打印“Hello, hacker school!”到内核日志的[模块源代码][Link 1]。它只有18行代码。基本上你只需要编写一个init进程和一个cleanup函数就可以了。我并不知道\_\_init和\_exit这两个宏命令做了些什么，但是我会使用他们！

编写一个有一定功能的内核模块是比较难的。我做这个的时候，都是先决定要完成的功能（比如打印一个信息给每一个经过内核的数据包），然后回去阅读一些[Kernel Newbies][]上的东西，再大量地使用谷歌来搜索，再复制和粘贴大量的代码来搞明白究竟该怎样去编写它。这里有几个内核模块的例子，我把他们放在了[kernel-module-fun][]项目里。

## 方法三：参加一次Linux内核实习！ ##

Linux内核团队参与了[GNOME女性拓展实习项目][GNOME]。它是惊人、奇妙并且令人非常愉快的一个活动。这意味着，如果你是一个女人并且愿意花费三个月时间在内核开发上，你就能参与内核的开发，并且不需要任何的经验，还能得到一些报酬（5000美元）。在[Kernel Newbies][Kernel Newbies 1]上有关于它的介绍。

如果你对此感兴趣，那会是非常值得去申请的——你能够为内核做一个格式化的补丁，这非常有趣。[Sarah Sharp][]是一个Linux内核开发人员，她在协调这个活动而且她本人也是非常热心的。你可以阅读她的这篇[博客文章][Link 2]，讲述了在第一轮里137个补丁是怎样被允许加入到内核中去的。这些补丁也将会是你提供的！查看[申请说明][Link 3]！

如果你不是一个女生，那么可以选择Google Summer of Code这个相似的活动。（编注：这句话可能会引起女程序员的反感）

## 方法四：阅读内核源码 ##

这听起来像是最糟糕的建议——“想要去了解内核是如何工作的就去看源代码，太蠢了”

但事实上这个方法是非常有趣。你并不需要了解一切东西。当遇到无法理解的东西时，我就会感到无能为力，但是我告诉人们的时候，每个人都会说：“嗯，这就是传说中的Linux内核，你不能理解很正常！”

我的朋友Dave最近给了我一个网站[LXR][]，在里面你可以阅读到内核的资源，而且还提供了大量有用的引用链接。比如，如果你想要了解chmod这个命令的系统调用，你可以在[the chmod\_common definition][the chmod_common definition]页面看到有关于它在Linux内核里的定义！

这里是部分chmod\_common的部分代码，其中有一些我写的注释：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td> 
    <div>
      1 
    </div> 
    <div>
      2 
    </div> 
    <div>
      3 
    </div> 
    <div>
      4 
    </div> 
    <div>
      5 
    </div> 
    <div>
      6 
    </div> 
    <div>
      7 
    </div> 
    <div>
      8 
    </div> 
    <div>
      9 
    </div> 
    <div>
      10 
    </div> 
    <div>
      11 
    </div> 
    <div>
      12 
    </div> 
    <div>
      13 
    </div> 
    <div>
      14 
    </div> 
    <div>
      15 
    </div> 
    <div>
      16 
    </div> 
    <div>
      17 
    </div> 
    <div>
      18 
    </div> 
    <div>
      19 
    </div> 
    <div>
      20 
    </div> 
    <div>
      21 
    </div> 
    <div>
      22 
    </div> 
    <div>
      23 
    </div> 
    <div>
      24 
    </div> 
    <div>
      25 
    </div> 
    <div>
      26 
    </div> 
    <div>
      27 
    </div> </td> 
   <td> 
    <div> 
     <div> 
      <code>static</code> 
      <code> int</code> 
      <code>chmod_common(</code> 
      <code>struct</code> 
      <code>path *path, umode_t mode)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>{ </code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>struct</code> 
      <code>inode *inode = path-&gt;dentry-&gt;d_inode;</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>struct</code> 
      <code>iattr newattrs;</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>int</code> 
      <code>error;</code> 
     </div> 
     <div>
       &nbsp; 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>// 不知道这是在干什么</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>error = mnt_want_write(path-&gt;mnt);</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>(error)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>return</code> 
      <code>error;</code> 
     </div> 
     <div>
       &nbsp; 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>// 互斥锁！避免出现冲突现象!=D </code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>mutex_lock(&amp;inode-&gt;i_mutex);</code> 
     </div> 
     <div>
       &nbsp; 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>// 我猜这是在检查是否能使用chmod</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>error = security_path_chmod(path, mode);</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>if</code> 
      <code>(error)</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>goto</code> 
      <code>out_unlock;</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>// 我猜这是在改变mode的值</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>newattrs.ia_mode = (mode &amp; S_IALLUGO) | (inode-&gt;i_mode &amp; ~IALLUGO);</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>newattrs.ia_valid = ATTR_MODE | ATTR_CTIME;</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>error = notify_change(path-&gt;dentry, &amp;newattrs);</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>out_unlock:</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>mutex_unlock(&amp;inode-&gt;i_mutex); </code> 
      <code>// 完成时就解除互斥锁</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>mnt_drop_write(path-&gt;mnt); </code> 
      <code>// ???</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</code> 
      <code>return</code> 
      <code>error;</code> 
     </div> 
     <div> 
      <code>}</code> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

我觉得这个过程是很有趣的，而且也帮助了我阐明了内核的意义。我发现我所阅读的代码大多都是生涩难懂的，但是也有一些（比如chmod的代码）是可以理解的。

[Linux]: https://lkml.org/
[rustboot]: https://github.com/charliesome/rustboot
[MikeOS]: http://mikeos.berlios.de/write-your-own-os.html
[qemu]: http://wiki.qemu.org/Main_Page
[OSDev wiki]: http://wiki.osdev.org/Main_Page
[Link 1]: https://github.com/jvns/kernel-module-fun/blob/master/hello.c
[Kernel Newbies]: http://kernelnewbies.org/
[kernel-module-fun]: https://github.com/jvns/kernel-module-fun
[GNOME]: https://wiki.gnome.org/OutreachProgramForWomen
[Kernel Newbies 1]: http://kernelnewbies.org/OPWIntro
[Sarah Sharp]: http://sarah.thesharps.us/
[Link 2]: http://sarah.thesharps.us/2013/05/23/%EF%BB%BF%EF%BB%BFopw-update/
[Link 3]: http://kernelnewbies.org/OPWApply
[LXR]: http://lxr.linux.no/
[the chmod_common definition]: http://lxr.linux.no/linux+v3.12.6/fs/open.c#L464