煉數(shù)成金linux內(nèi)核探秘

本課程的內(nèi)容很簡單，分析透徹一個簡單的文件系統(tǒng)，分析透徹一個設(shè)備驅(qū)動，

課后檢驗和作業(yè)也簡單，學習者獨立寫一個簡單文件系統(tǒng)，獨立寫一個設(shè)備驅(qū)動。

如果完成課程，達到課后目標，相信我，你已經(jīng)超過了國內(nèi)主流公司絕大多數(shù)人的內(nèi)核水準。

 

老師致學習者的話：

我認為，計算機技術(shù)層面可以分為系統(tǒng)和架構(gòu)、語言和編譯、OS。而系統(tǒng)內(nèi)核無疑是其中最有難度，學習路徑最陡峭的一部分。各位既然選擇業(yè)余時間來學習這門艱深的課程，想必對自己有所期許，也有投入的計劃。誠實的說，本課程確實不是容易通過的，但對有志向的各位來說，如果很容易通過，那么別人也會很容易。既然大家都容易得到，那么價值就大打折扣了。由此有志于此的學習者需要做好挑戰(zhàn)的準備。

老師只是課程的引導者，而非代替學習者實踐和思考的人。學習者可以利用網(wǎng)絡(luò)搜索和自行發(fā)現(xiàn)答案，我想這一定可以大大提升學習者的信心。

 

本課程不需要太多內(nèi)核方面的知識。畢竟這是一門從基礎(chǔ)開始的課程。基本的c語言編程知識還是需要的，起碼要編譯過內(nèi)核，能配置內(nèi)核編譯的選項。 

 

本課程的內(nèi)容設(shè)置和典型的教科書不同，也和其它類似的教程不同，課程設(shè)置完全反應(yīng)了老師的思考和對國內(nèi)工業(yè)界現(xiàn)實的理解。將OS內(nèi)核分為基礎(chǔ)層面和應(yīng)用層面是作者的一個創(chuàng)造，也是導引學習者快速入門和學以致用的關(guān)鍵。本課程包括對OS內(nèi)存和任務(wù)調(diào)度的應(yīng)用，但并不包括這些的原理。因為老師并不認為知識的堆徹就可以加深理解和思考，學習—應(yīng)用—創(chuàng)新—再學習是作者理解的最好路徑。如果能學以致用，就已經(jīng)達到很深的程度。畢竟這只是起步階段，太多的知識只會打擊初學者的信心。

 

雖然課程有大量的學習內(nèi)容，但課程的目的不是為了掌握某些知識，而是為了了解學習的方法，再進一步了解思考的方式。我一直認為，獨立學習是重要的，而獨立思考能力是最重要的。所以課程作業(yè)可能和課程的內(nèi)容并沒關(guān)系，甚至是課程里面完全沒有的內(nèi)容。沒問題，如果深入思考，作業(yè)不會超過初學者可以達到的水準，而找到答案的學習者，會發(fā)現(xiàn)已經(jīng)找到了自己的學習之路。

 

課程大綱：

第1課前言(第一階段：基礎(chǔ)知識)

國內(nèi)內(nèi)核應(yīng)用的現(xiàn)狀

各大公司內(nèi)核應(yīng)用情況的介紹（百度、阿里、騰訊、IBM、intel、華為等）

國內(nèi)普遍的內(nèi)核應(yīng)用模式和問題

 

內(nèi)核在當前的主流應(yīng)用

云計算和虛擬化中內(nèi)核的應(yīng)用

設(shè)備開發(fā)中驅(qū)動的開發(fā)

分布式系統(tǒng)應(yīng)用：分布式文件系統(tǒng)，

 

如何學習內(nèi)核

帶著使用的目的學習內(nèi)核，邊學邊用，學以致用

閱讀和修改活著的代碼，而非讀書籍

以培養(yǎng)閱讀代碼的能力為主，而非具體知識的學習

 

內(nèi)核基礎(chǔ)層的范疇

內(nèi)核基礎(chǔ)層和應(yīng)用層的劃分邏輯

從代碼量和應(yīng)用模式理解應(yīng)用層和基礎(chǔ)層

 

學習方法和內(nèi)容

切勿貪大求全，聚焦關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域

奠定基礎(chǔ)，循序漸進

興趣是第一驅(qū)動力

本課程提出的學習方法和內(nèi)容

 

第2課內(nèi)核基礎(chǔ)層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(第一階段：基礎(chǔ)知識)

內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

雙向鏈表

Hash鏈表

單向鏈表

紅黑樹

Radix樹

 

內(nèi)核同步機制

自旋鎖

內(nèi)核信號量

自旋鎖和內(nèi)核信號量的區(qū)別

原子變量

completion

每CPU變量

RCU無鎖機制

 

第3課內(nèi)核基礎(chǔ)層提供的服務(wù)

內(nèi)核中使用內(nèi)存

Linux內(nèi)存管理基礎(chǔ)-伙伴系統(tǒng)和slab

從伙伴系統(tǒng)申請內(nèi)存

從slab系統(tǒng)申請內(nèi)存

 

內(nèi)核中的任務(wù)調(diào)度

內(nèi)核中進程調(diào)度的目的和應(yīng)用范圍

從例子程序?qū)W習進程調(diào)度

內(nèi)核進程調(diào)度的幾種方式

 

軟中斷和tasklet

軟中斷和中斷的關(guān)系

內(nèi)核缺省定義的軟中斷—BLOCK_SOFTIRQ、NET_TX_SOFTIRQ、NET_RX_SOFTIRQ

takslet

 

工作隊列

可以被調(diào)度的工作隊列

創(chuàng)建自己的工作隊列

 

第4課（第二階段：文件系統(tǒng)）

文件系統(tǒng)的基本概念

虛擬文件系統(tǒng)VFS

超級塊

目錄項dentry

索引節(jié)點inode

文件—和進程有關(guān)的概念

 

文件系統(tǒng)的架構(gòu)

超級塊在文件系統(tǒng)中的基礎(chǔ)作用

Dentry—將文件組織為樹狀

Inode—文件的代表

文件—和進程有關(guān)的邏輯對象

 

從代碼層次理解文件系統(tǒng)

寫一個最簡單文件系統(tǒng)

登記文件系統(tǒng)

文件系統(tǒng)申請自身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

文件系統(tǒng)創(chuàng)建目錄和文件

 

第5課文件的打開過程

 

第6課sysfs文件系統(tǒng)（第二階段：文件系統(tǒng)）

Sysfs—為設(shè)備服務(wù)的特殊文件系統(tǒng)

Sysfs的作用以及sysfs和dev目錄、proc文件系統(tǒng)的區(qū)別

Sysfs文件系統(tǒng)的初始化

目錄文件的創(chuàng)建

普通文件的創(chuàng)建

 

文件的打開過程

和普通文件打開過程的銜接

為文件創(chuàng)建inode結(jié)構(gòu)

為dentry結(jié)構(gòu)綁定屬性

在文件中保存私有數(shù)據(jù)

 

文件的讀寫

讀文件的過程分析

寫文件的過程分析

 

為對象屬性服務(wù)的Kobject結(jié)構(gòu)

Kobject概念和作用

利用koject理解總線的注冊

 

第7課文件系統(tǒng)的讀寫（第二階段：文件系統(tǒng)）

文件系統(tǒng)的page cache機制

buffer I/O和direct I/O

塊緩存和page cache

Page cache的管理

Page cache的狀態(tài)

 

文件預(yù)讀

預(yù)讀的作用

預(yù)讀機制的架構(gòu)和算法

 

文件鎖概念和應(yīng)用

建議鎖和強制鎖

讀鎖和寫鎖

 

文件讀過程代碼分析

硬盤操作模式和文件讀寫的關(guān)系

文件同步操作和異步操作

頁狀態(tài)和讀操作的關(guān)系

讀操作的返回

 

文件寫過程代碼分析

 

第8課通用塊層和scsi層（第二階段：文件系統(tǒng)）

塊設(shè)備隊列

Scsi塊設(shè)備隊列

電梯算法和電梯對象

硬盤HBA抽象層

 

IO的順序控制

 

IO調(diào)度算法

IO調(diào)度算法的架構(gòu)

Noop調(diào)度算法

Deadline調(diào)度算法

 

IO的處理過程

IO插入隊列的過程

IO出隊列的過程

IO返回路徑

 

第9課一個真實的文件系統(tǒng)ext2(第二階段)

Ext2文件系統(tǒng)的布局

Ext2文件系統(tǒng)的目錄樹

Ext2文件系統(tǒng)的內(nèi)容管理

Ext2文件系統(tǒng)的讀寫

 

第10課設(shè)備概念和架構(gòu)（第三階段）

設(shè)備概念和架構(gòu)

設(shè)備的端口和設(shè)備內(nèi)存

設(shè)備中斷和DMA

總線對設(shè)備的掃描

設(shè)備驅(qū)動管理

 

理解PCI總線

Pci設(shè)備工作原理

Pci總線域

Pci資源管理

Pci配置空間設(shè)置和讀取

 

PCI設(shè)備的掃描和發(fā)現(xiàn)

掃描系統(tǒng)0號總線

掃描總線上的pci設(shè)備

掃描多功能設(shè)備

掃描single設(shè)備

設(shè)備信息和屬性

 

第11課字符設(shè)備和input

文件系統(tǒng)和設(shè)備的關(guān)系

代表設(shè)備的文件

字符設(shè)備和字符設(shè)備的缺省處理函數(shù)

 

Input設(shè)備注冊

主從設(shè)備號

設(shè)備區(qū)間的登記

注冊字符設(shè)備

打開input設(shè)備

 

Input設(shè)備的架構(gòu)分析

注冊input設(shè)備的驅(qū)動

設(shè)備和驅(qū)動的匹配方式

注冊input設(shè)備

 

第12課platform總線

從驅(qū)動發(fā)現(xiàn)設(shè)備的過程

Q40kbd鍵盤驅(qū)動的初始化

注冊platform驅(qū)動

將驅(qū)動注冊到總線

驅(qū)動加載

遍歷總線上的設(shè)備

 

從設(shè)備找到驅(qū)動的過程

注冊設(shè)備和總線

注冊設(shè)備的資源信息

添加設(shè)備對象

 

第13課塊設(shè)備

塊設(shè)備的架構(gòu)

塊設(shè)備、通用磁盤對象和隊列

塊設(shè)備和通用磁盤對象的綁定

塊設(shè)備的隊列和應(yīng)用

 

塊設(shè)備的創(chuàng)建和使用過程分析

塊設(shè)備例子-nbd驅(qū)動初始化

為通用磁盤對象創(chuàng)建隊列

通用磁盤對象加入系統(tǒng)

 

塊設(shè)備文件系統(tǒng)

塊設(shè)備文件系統(tǒng)的設(shè)計思路

塊設(shè)備文件系統(tǒng)的初始化

 

塊設(shè)備打開的過程

塊設(shè)備對象

塊設(shè)備的打開過程

 

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