linux源代码分析

    linux现在的代码以经有600多万行了，驱动部分是个大头，占了近60%左右。有些人说驱动不应该算入核心的，但我觉得，驱动应该算是内核中非常重要 的部分，再加上它的确是运行在内核空间的，所以我也把它归入内核部分。本文不会涉及linux的用户空间部分，这里只讨论linux的内核部分。
     linux内核是在unix基础上修改而来，在它里面，可以看到很多unix的影子。linux刚开始的时候，是按照宏内核的方式设计的，但到了现在，也 以经不是单纯的宏内核或是微内核了，应该是运用了两个的优点，现在成功的系统都是采用这种设计的。驱动部分采用了模块化的设计方案，整个内核也是一个多线 程来运行的，但内存管理，进程调度，进程管理等也是编译到一起的。所以它是一个混内核的方式。
    我们来说说内核的编写语言吧，可能很多人会告诉你，一个程序，用什么语言都是差不多的，语言不是很重要的。我觉得语言的选择还是很重要的，要不这个世界就 不会存在这么多语言了，每个语言都是有自己的领域，有自己的适用范围的。linux的内核是用C语言来编写的。
    之前有人问过我，为什么linux不是用C++来设计，是不是因为linux出来的时候，C++还没有出来，所以才保留着C语言。这个问题嘛，其实不是这 样的，C语言现在还有很多人用，并不是因为以前的人用C语言，而现在保留了下来。主要是因为C语言数年来，证明它的确是一门十分优秀的语言。你也不要同我 说C语言有什么缺点什么的，C++又多么好，不要拿这两种语言来比谁好谁坏，在操作系统方面，C语言的确要比C++更适合，面向对象在操作系统的设计上好 像也不太合适，还是面向过程的函数式编程比较适合，系统毕竟是相当靠近底层的了。效率上，当然也会更高一些。目前来说，我还不知道什么操作系统不是用C语 言来设计的，如果你发现了有，请给我留言，我是好奇心很强的人，也想填补一下这方面的空白。如果回答linux为什么不是用C++来设计的，有更简单的理 由，因为linus不喜欢C++，他一直在批评C++是一门多么不好的语言。
    下面说说linux的启动过程，如有不对，请指出，linux的代码每天都在变，我的代码最近一次同步应该是2011年3月份，我 是按照我现在的代码来说。linux没有main函数，linux内核的入口在arch/alpha/kernel/head.S中，这还是汇编代 码，grub2结束后就跳到这里，这里简单设置一些全局变量后，开始跳到C语言的入口，就是大家最熟悉的start_kernel，在 init/main.c中，函数开始就先lock_kernel，这个时候还不可以接受中断请求，第一件事情当然是创建内核页表，映射所有物理内存和io 空间了，linux用的是页式内存管理，它里面的段式管理部分是没有作用的，只是i386的CPU设计成这样，这一步linux只是为了能让它在i386 之上能运行。linux不是一个段式内存管理或段页式内存管理的系统，它只是一个页式内存管理的方式。内核页表创建之后，就可以运行在保护模式之下了，这 下可就爽多了。接着是打印一些内核信息出来，也许你会问，系统这个时候能输出东西吗？对的，不可以，内核的printk有一个缓冲的概念，这个东西会先放 在内存里，等后面的驱动初始化之后，这个东西将会送到控制台里去。下一个是setup_arch，CPU体系结构初始化，用户写的程序，一般是CPU无关 的，很少上层的程序员写程序的时候会关心它的程序运行在什么CPU上的，最多就考虑一个大头小头的概念，intel系列都是小头的，我有过的CPU只有 PPC是大头的。但是在内核，代码可是CPU相关的。接下来就是setup_per_cpu_areas，为每个CPU分别初始化，linux可是支持多 CPU的，也是支持超级计算机的。sched_init初始化每个处理器的可运行进程队列，preempt_disable禁止内核抢 占，build_all_zonelists建立系统内存页区，下来是为内存申请做一些处理，为之后内存申请，现在的还不是虚拟内存的形式，下来是外部送 进来的一些参数解析，应该是grub2送过来的参数，然后是中断相关的一些初始化，pid的hash初始化，时间系统初始化，下来就可以打开中断请求了， 收受中断请求，虚拟文件系统，就是传说中的VFS，然后是内存初始化，现在开始就不用物理内存了，开始可以用虚拟内存了，然后创建进程相关初始 化，proc文件系统初始化，电源管理初始化，最后是准备调用用户空间的init程序，在2.6的内核里，如果不把initrd编译进内核的话，它里面也 有一个init程序，内核会先调用它，它会加载那些模块化的驱动程序，最后调用用户空间的init,内核就这样启动完成了，这里只列出了主要的初始化过 程，没有完全列出来，发现有点多。
        下来说说文件系统吧，linux支持非常多的文件系统，有20种左右吧，是我认识的支持最多文件系统的一个内核。内核要访问所有文件系统，都必需经过虚拟 文件系统VFS，然后由VFS指向真正的文件系统，为什么要这样子设计呢，它有点像面向对象中的抽象部分，也有点像设计模式中的门面模式，由两层结构变成 3层结构，也就是外面访问是通过间接的方式，而不是直接方式，这样子设计更加灵活，对增加或减少一个文件系统是很方便的，这样子好像还可以动态接入。说到 动态接入，又想起了一个项目，fuse，一种能把文件系统写到用户空间的办法，看linux社区的讨论，这种方案可能会成为linux以后的发展方向。其 实看文件系统的代码时，不用每种都看的，基本上是差不多的，几乎都是通过superblock,inode,dentry来组织一个文件系统，linux 还可以在一个文件系统插入另一个文件系统的。文件系统就先简单这样子介绍一下，之后再专门写一篇文件来深入分析。
        现在我们再说说系统调用吧，linux的系统调用的数目比较少，只有255个，而不像windows那么巨大，虽然我们不知道 windows到底有多少个，我觉得起码有1000个以上吧，API都有2520个左右了，系统调用能少吗？以前的系统调用都是通过像中断一样的办法，用 int 13（好像是这个，有空查查）这样的指令进入内核的，而现在系统，这个一般都不用了，都是通过快速系统调用而进入的内核空间的，记得是P3之后的CPU加 入了这个指令，速度上要比之前的方法快一些，因为它是不用处理栈的。流程大概是这样的：通过CRT中的API调用，最终把数据整理好，比如参数，还有系统 调用号，然后通过快速系统调用指令，跳到了内核空间的13号中断号的代码（好像是13，我就不查实确认了，记忆力不是很好）然后根据调用号到内核的系统调 用表中得到对应的处理函数。
        内存管理是页式内存管理的方法，内核数据与代码不可以置换，这与windows有点不同，谁叫windows把图形服务也加入到内核，把内核靠得这么大。 linux内核应该算很小的，没有必要支持置换。linux内存分三个层次来管理，最上是主页表，好像是叫这个名字。内核占低1G的空间，所以进程共享， 高3G是进程单独占有，这个不像windows分别是2G。
        进程调度方面，linux是抢占模式，中断的时候当然是不可以抢占的，具体实现，以后再讨论吧。这篇文章够长了，不想在这里讨论。
        在安全方面，linux以权限的控制要比windows更加严格。