聊聊奇伢如何学习 Linux 内核源码

为什么 Linux 值得学习？

Linux 已经影响到所有人，安卓手机，嵌入式设备，物联网，服务器，虚拟化，容器 这些都离不开 Linux，Linux 是世界最知名的开源项目，为它贡献代码的人也是最聪明的那一小撮人。学习理解它，会让程序猿对计算机的理解，对排查定位问题都有巨大的帮助。

奇伢经常分享 Linux 的深度原理，文章经常涉及到 Linux 内核的源码，今天简单讲讲奇伢的内核学习之旅。

不要盲目学习？

很多时候初学的朋友对内核源码真的是有心无力，因为太过巨大了，不知如何下手。

这个涉及到学习方法的问题，Linux 是超巨大的项目，也是世界上最优秀的项目，模块化非常好。做到了功能的内聚，往往不需要、看懂所有的代码，只需要看懂一个模块，也能把事情做好。

切记不要盲目扎到 Linux，一定要先确认目标，目光要聚焦，从一个小知识点开始，慢慢向外延伸。

聚焦来自很多方向：

1. 来自工作遇到的具体问题，比如 epoll 为啥高效，我总不理解？那可以把目光聚焦在 fs/eventpoll.c 文件，从这里开始探索；
2. 来自探索的内驱力，比如文件系统，但总感觉隔了一层面纱，想要彻底揭开它 ？那就去 fs 找具体的文件系统吧；

下载源码

Linux 的镜像源码在 Github 上就有，下载地址：https://github.com/torvalds/linux ，可以把它 git clone 下来：

讲讲模块层次

先看一眼根目录主要有啥：

tree -L 1

如下（省略了一些）：

➜  linux git:(master) ✗ tree -L 1
.
├── Documentation       # 内核的文档
├── arch                # 具体硬件指令对应的模块
├── block               # 块层模块相关代码
├── drivers             # 跟硬件驱动相关的代码
├── fs                  # 文件系统相关代码
├── kernel              # kernel 框架核心代码
├── mm                  # 内存管理模块
├── net                 # 网络协议栈相关代码

...
22 directories, 7 files

可以看见，都是按照非常内聚的功能划分的，就算从没看过内核的朋友，看一眼名字也大概清楚：

• cpu 指令对应的模块：arch/ ；
• 块层对应的模块：block/ ；
• 丰富多彩的硬件驱动：drivers/ ；
• 文件系统模块：fs/ ；
• 网络系统模块：net/ ；

Linux 是一个非常庞大的项目，一个人是无法把握住所有的细节的，但是按照模块抽象划分之后，理解和开发一个功能无需关注其他模块，只需要理解本模块就好。

其实，奇伢也没有把所有模块看一遍，奇伢是做存储的，所以只对 fs 和 block 感兴趣。下面从 fs 的角度，来讲一下学习路径。

fs 子系统

奇伢是做存储的，自然是从 fs 开始，来看一下 fs 的目录：

➜  linux git:(master) ✗ tree -L 1 fs
fs

# 各色文件系统
├── btrfs           # linux 的牛逼哄哄的文件系统
├── ceph            # ceph 文件系统内核模块
├── debugfs         # 专门调试的机制
├── ext2            # ext2 文件系统
├── ext4            # ext4 文件系统
├── fuse            # fuse 文件系统内核模块
├── minix           # linux 上最早的文件系统
├── netfs           # 对网络的文件封装
├── nfs             # nfs 文件系统内核模块
├── overlayfs       # 这个有点印象吧，跟 docker 配合
├── proc            # proc 文件系统
├── sysfs           # sys 文件系统
├── xfs             # xfs 文件系统

# 文件框架类代码（抽象的公共部分）
├── open.c         
├── read_write.c
├── attr.c
├── stat.c
├── sync.c
├── file.c
├── inode.c
├── ioctl.c

├── eventfd.c       # eventfd 句柄实现；
├── eventpoll.c     # epoll 机制的实现
├── signalfd.c      # signalfd 句柄的实现；
├── select.c        # select 机制的实现
├── timerfd.c       # timerfd 句柄的实现
├── pipe.c          # pipe 的实现
├── anon_inodes.c   # 匿名句柄的实现
├── aio.c           # aio 句柄的实现
├── userfaultfd.c   # userfaultfd 句柄的实现
├── io_uring.c      # io_uring 的实现 

...
81 directories

目录 fs 下可以大概分为两部分：

• 第一部分是各色的文件系统的实现，以目录的形式归纳到一起，比如 ext2，ext4，xfs 等文件系统，其代码都内聚在同名目录下；
• 另一部分是框架的公共代码部分，这个大多是以文件的形式直接在 fs 目录下，比如 open.c ，stat.c 等等；

眼尖的朋友可能会发现 eventpoll.c 这个文件，这就是大名鼎鼎的 epoll 机制。并且还有其他特色句柄的封装，比如 timerfd.c ，eventfd.c 等等。

文件系统怎么入门？

不少童鞋问过奇伢，他对 ext3，ext4 这类文件系统一直耿耿于怀，想要深究原理，但是苦于代码太多看不懂过，迟迟不得入门，怎么办？

有朋友提过想系统学习一个文件系统，该从哪个模块入手？下面从用户态和内核态的角度来给大家推荐一下：

如果是用户态文件系统，可以看下 fuse ，比如自制文件系统的系列：

• [自制文件系统 — 01 文件系统的样子]
• [自制文件系统 — 02 FUSE 框架，开发者的福音]
• [自制文件系统 — 03 Go实战：hello world 的文件系统]
• [自制文件系统 — 04 HelloFS 进阶 分布式加密文件系统]
• [自制文件系统 — 05 总结：一切都为了狙击“文件”]

如果是内核文件系统，奇伢墙裂推荐：minix 模块！

在 fs 目录下有一个叫做 minix 的目录，这是完整的极简文件系统的实现。

只有 8 个 .c 文件，实现非常简单，并且是由 Linus Torvalds 完整编写的，minix 是从 Linux 诞生的以来最早的一个文件系统。

minix 文件系统有关于 file 读写，目录读写，inode 管理，block 管理最直接的实现，所有内核文件系统都可以从下面几个操作表入手：

每个 minix 的文件至今还保留着 Linus Torvalds 的注释声明：

Copyright (C) 1991, 1992 Linus Torvalds

要知道，Linux 发展这么久，Linus Torvalds 很少写代码了，很难找到这样完整由 Linus Torvalds 编写的子系统了，minix 就是这么珍贵的遗产。

minix 文件系统是和 Linux 一起诞生的，Linux 上最早实现的文件系统。重点是还能跑起来哦！

提示：关于 minix 和 linux 的关系，感兴趣的朋友可以网上冲浪查一下。

推荐指数：

爆表

推荐理由：

• 非常简单，适合初学入门；
• 远古保留遗产，linux 出生就在，Linus Torvalds 亲自写的；

早年，奇伢也是从 minix 开始的内核之旅。看完 minix，看 ext2 / ext4 等文件系统，然后看 fs 的框架代码，看 vfs 模块，一步步往外扩展。

源码必须配利器

看 c 代码以前用的多就是 source insight ，但是软件版权不是每家公司都买得起，并且 si ，换了 mac 就用不了了，当前奇伢用的多的还是 vim 和 vscode 这两个工具。

vim

说实话，vim 看代码就够了，有两个重要的功能：

1. 符号搜索；
2. 函数跳转

主要推荐两个增强插件：ctags 和 cscope ，有了这两个功能，基本上应付常规的阅读问题不大。

如果你想要有目录的管理，那可以安装 NERDTree 插件，当然还有非常多的增强，这里就不列举了。

vscode

vscode 是奇伢现在用的比较多的源码工具，主要优点：

1. 开源免费；
2. 安装、扩展方便；
3. 全平台统一；

安装一些实用插件之后，函数跳转，符号搜索，引用分析 都挺方便的。

不过奇伢还是要提醒一点，对于 Linux 这样的大项目，无论是 vim 还是 vscode 分析整个项目都挺慢的，这个要理解下。

好一点的实践是小模块的分析，比如，有些时候 ctags 只建立 fs 目录下的符号表，这样速度也快点。

总结

1. Linux 值得学习，但要确认目标，要聚焦，奇伢是做存储的，聚焦在 fs 这个模块；
2. 文件系统从 fs 目录入手，各色文件系统，各色句柄封装，epoll，aio，io_uring 都在这里；
3. 存储入门，墙裂推荐 minix 模块的学习，极简文件系统实现，Linus Torvalds 编写并保留，L**inux 的远古遗产，极具象征意义**；
4. 源码阅读配利器，vim 、vscode 都可以，主要是符号定位，跳转的基础功能；

后记

今天分享 Linux 内核的阅读思路，希望对大家有帮助。

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文章来源：https://mp.weixin.qq.com/s/LaKA1KDHez7qYI6DPkpbrQ