Linux 源代码阅读知识点及要求

说明：1、本次源代码阅读，以Linux 最新的稳定版本（2.6）为主；

2、源代码下载地址：

在官方站点 www.kernel.org 上最新稳定版本是 2.6.13.2；

在清华的 ftp 上随时都可以下载到：ftp.tsinghua.edu.cn/mirror/kernel.org/linux/kernel/v2.6/

3、源代码阅读辅助工具：

在Windows 环境下推荐SourceInsight3.5

在Linux 环境下推荐SourceNavigator 5

这两个软件都已经上传课程论坛

4、参考书目：

《深入理解Linux 内核》，陈莉君，冯锐、牛欣源译，中国电力出版社

《Linux 内核源代码情境分析》，毛德操，胡希明著，湖南大学出版社

该书的电子稿大家可以在课程论坛上下载

（这些大多是针对2.4 及以前的版本，所以关于2.6 版本的新特色，同

学们还得自己多查阅一些新的资料）

5、本文对知识点的要求中，凡是前面带“***”的要求都可能被列为考点，在期末

考试中进行考查，所以请大家一定要认真读懂。

6、第四部分“设备管理”是选读部分，感兴趣有精力的同学可以多读一读，这部分

中标注“**”的知识点，可能作为考试的附加题出现。

7、Linux 源代码阅读仍然以4 人小组为单位进行，建议大家合理分工阅读，积极交

流讨论。后半学期鼓励有心得的小组做相关的presentation，自由报名。

一、内存管理

1. 地址映射和物理内存管理

[要求]

（1）***理解x86 的地址映射过程

（2）***理解内核符号的线性地址和物理地址的相互转换

（3）***理解物理页面的管理，内核维护描述物理页面的数据结构的作用和意义

（4）***理解内核对全局变量page 或map 的初始化，理解物理页面大致的分配情况

[代码]

（1）\linux\mm\mmap.c

精读：vma 相关的管理函数；

泛读：***L 数据结构相关函数；

（2）\linux\mm\memory.c

精读：页表和页目录操作函数，含有许多体系结构方面的知识；

（3）\linux\mm\page_io.c 和\linux\mm\page_alloc.c

精读：物理页面的分配过程

（4）\linux\mm\swap.c

精读：页面换入换出的管理，注意对页表页目录的操作，及其意义

泛读：换入换出的策略和算法；

2. 用户地址空间管理

[要求]

（1）***理解内核中维护的代表用户地址空间的数据结构

（2）***掌握用户地址空间的扩展和页故障的处理（结合物理页面映射）

（3）***理解用户地址空间共享

（4）***理解内核中对堆空间的管理，slab 块的管理（单纯的内存管理，不涉及系统

其它部分）

（5）***理解fork 系统调用时对用户地址空间的管理

[代码]

（1）\linux\mm\slab.c

精读：内核堆空间的管理函数；

泛读：涉及多处理器的部分；

（2）\linux\i386\mm\fault.c

精读：do_page_fault 函数，注意对页表以及vma 的操作；

二、Linux 中断、系统调用、时钟、定时器

1、X86CPU 对中断的硬件支持

【要求】

（1）了解X86CPU 保护模式下中断的响应机制

（2）***中断门的概念与作用

（3）***系统响应中断时，中断服务程序入口的寻址机制

【代码】无代码阅读要求，但要查阅相关资料，掌握原理性知识，这是阅读代码必需的

背景知识

2、中断向量表IDT 的初始化

【要求】

其中针对每个中断向量的一个结构数组irq_desc[ ]的设置和处理可以多了解。

(1)了解系统初始化中断机制的时机，这可能需要查阅相关资料或者阅读系统初

始化相关的代码；

（2）了解中断描述表idt_table 的表项是如何被设置的

【代码】

（1）arch/i386/kernel/i8259.c

精读：init_IRQ（）；

泛读：IRQ(x, y)；IRQLIST_16(x)；

Challenge：BULID_16_IRQS（x）；BULID_IRQ(nr)；

（2）arch/i386/kernel/traps.c

泛读：trap_int( )； set_intr_gate(…)；_set_gate(…)；

（3）include/asm-i386/irq.h

里面提供了一些相关常量的宏定义

3、中断请求队列的初始化

【要求】

了解中断服务程序是如何登记到系统中并进行相关初始化的。

（1）理解中断请求队列的意义，理解irq_desc[ ]结构中主要字段的含义

（2）***中断服务程序是通过怎样的途径挂入到中断请求队列中的

（3）区分“中断请求号”和中断向量的概念

【代码】

(1) include/linux/irq.h

泛读：数据结构irq_desc[]

（2）include/linux/interrupt.h

泛读：数据结构struct irqaction

（3）arch/i386/kernel/i8259.c

精读：init_ISA_irqs( )；

（4）arch/i386/kernel/irq.c

精读：request_irq()； setup_irq()

4、中断的响应和服务

【要求】

（1）***公共响应入口common_interrupt 需要完成的工作

（2）了解中断响应前后系统堆栈的变化

（2）***系统如何根据中断号找到并执行响应的中断服务程序

（3）***Linux 中为何引入Bottom Half 机制

（4）中断返回时操作系统需要做哪些相关工作

【代码】

（1）include/asm-i386/hw_irq.h

精读：common_interrupt()；

（2）arch/i386/kernel/irq.c

精读：do_irq()； handle_IRQ_event( )；

（3）arch/i386/kernel/entry.S

精读：ret_from_intr

5、Bottom half

【要求】

（1）***理解Linux 引入Bottom half 机制的意义；

（2）比较Linux 2.6 版本和Linux 2.4 版本在该机制上的异同

（3）了解Bottom half 机制的框架和执行特点；

【代码】

（1）kernel/softirq.c

泛读：softirq_init();

（2）include/linux/interrupt.h

泛读：mark_bh(int nr)

（3）kernel/softirq.c

泛读：do_softirq();

6、时钟中断

【要求】

（1）***明确区分“系统时钟”、“实时时钟”、“jiffies”的概念；

（2）系统时钟的初始化；

（3）时钟中断的处理

（4）***定时器（timer）的实现

【代码】

（1）include/linux/time.h

了解相关的数据结构

（2）include/asm-386/param.h

了解相关的数据结构

（3）arch/i386/kernel/time.c

精读：time_init()

（4）kernel/timer.c

精读：do_timer( )

7、系统调用

【要求】

（1）系统调用的处理流过程是怎样的（包括响应、处理和返回）

（2）***与普通函数调用的区别

（3）***系统调用与中断的异同

【代码】

arch/i386/kernel/entry.S

精读system_call( )；ret_from_sys_call（）；

三、进程部分

1. Linux 中的进程

[要求]

（1）了解进程和轻量级进程的概念和区别

（2）***掌握进程描述符

（3）***了解该结构中重点字段的含义

[代码]

文件名：sched.h

精读：进程描述符task_struct

2．Linux 中进程的创建

[要求]

（1）***掌握Linux 中使用该创建进程的过程

（2）***掌握相关的数据结构和相关的系统调用

（3）***了解其执行的内存变动和硬件的相关变化

[代码]

(1)文件名：fork.c

精读：do_fork()

泛读：get_pid()；copy_files()；copy_fs()；copy_sighand()；copy_mm()

（2）文件名：mm/memory.c

精读：copy_page_range()

（3）文件名：arch/i386/kernel/process.c

泛读：copy_segments()；copy_thread()

3．Linux 中进程的转变

[要求]

（1）***了解通过一个新的进程覆盖原来的内存空间实现进程转变的过程

（2）***掌握其相关的数据结构和相关的系统调用

（3）了解其执行的内存的变动以及硬件相关的变化

[代码]

文件名：exec.c

精读do_execve()

泛读open_exec()；search_binary_handler

4．进程的撤销

[要求]

***掌握进程是如何撤销的，比如撤销的时机，撤销的过程等

[代码]

文件名：exit.c

精读：do_exit()

泛读：sem_exit()；exit_notify()；forget_original_parent

5．进程的调度

[要求]

（1）***掌握Linux 进程的调度时机

（2）***掌握Linux 进程的调度策略

[代码]

文件名：sched.c

精读 ：schedule()；

泛读： sched.c 中的其他进程

6．进程间通信－管道、共享内存、信号、消息队列

[要求] 此部分四人一组，每人从这四种进程间通信方式选一种进行阅读

（1）***了解使用管道进行进程间通信的方法，掌握管道的创建和读写过程等

（2）***了解使用共享内存进行进程间通信的方法，掌握共享内存区的创建方法，以

及对共享内存区的控制和管理

（3）*** 了解使用信号进行进程间通信的方法，掌握信号的发送，接收和处理过程

（4）***了解使用消息队列进行进程间通信的方法，掌握消息缓冲区、消息结构、消

息队列结构，以及相关的系统调用

[代码]

（1）文件名：pipe.c

精读：do_pipe()；read_pipe()；write_pipe()

泛读：该文件中其余函数

（2）文件名：shm.c

精读：数据结构shmget()；shmat()；shmctl()

泛读：shm.c 中其他函数

（3）文件名：signal.c

精读：signal()；sigaction()；pause()；alarm()；kill()

泛读：signal.c 中其他的函数

（4）文件名：msg.c

精读：msgget()；msgsnd()；msgsnd()

泛读：文件中其他函数

7．进程间通信－信号量

[要求]

（1）***了解使用信号量进行进程间通信的方法

（2）***掌握信号量的创建方法、信号量的操作以及对信号量的控制和管理

[代码]

sem.c

精读：semget()；semop()；semctl()

泛读：sem.c 中其他函数

四、设备管理（选读）

1. 层次设备驱动实例

[要求]

（1）了解tty 设备的高级操作

（2）以tty 设备为例，理解内核意义下的设备和硬件设备的区别

（3）理解高级设备与低级设备的分工，高级设备与低级设备之间的控制权转移

[代码]

（1）\linux\drivers\char\console.c

精读：内核堆空间的管理函数；

泛读：涉及多处理器的部分；

（2）\linux\drivers\char\keyboard.c

精读：do_page_fault 函数，注意对页表以及vma 的操作；

（3）\linux\drivers\char\tty_io.c 和\linux\drivers\char\tty_ioctl.c

精读：tty 设备的高级操作，注意与其它设备的联系，以及提供的机制

泛读：操作过于细节的部分；

2. 设备文件系统devfs

[要求]

（1）**掌握用户态下通过devfs 访问设备

（2）理解devfs 挂载到文件系统中的过程，以及遍历devfs 定位目标设备的过程

（3）**理解devfs 与一般的文件系统的区别

[代码]

（1）\linux\fs\devfs\base.c 和\linux\fs\devfs\util.c

精读：设备文件系统devfs 的管理；注意devfs 与普通fs 在管理上的差别

3. 磁盘存储管理

[要求]

（1）**理解磁盘物理结构，分区信息和超级块的位置，及其内容

（2）**理解加电启动时BIOS 的默认行为，以及对磁盘的操作

（3）理解磁盘逻辑结构，文件操作转化为对磁盘的操作的过程，磁盘操作涉及的DMA

机制

[代码]

（1）\linux\kernel\dma.c

泛读：注意DMA 的工作原理，将原理与代码相互对照理解

（2）\linux\drivers\ide\hd.c

精读：硬件中断的分派和处理；

泛读：硬盘的底层操作；

（3）\linux\drivers\ide\ide_dma.c 和\linux\drivers\ide\ide_disk.c

泛读：IDE 硬盘的相关操作；硬盘DMA 相关操作；将原理与编程实践结合