内核学习经验

最重要的问题, 你为什么要去学习内核 ? 可以参考陈硕的回答。

不同的人基础不同，需求不同，知识范围不同，看内核的方式也是不尽相同的。 其实闻道有先后，术业有专攻，要想成为内核工程师，首先要成为一个工程师， 更多时候应该思考的事情是如何写 bug-free 的代码，如何深入理解计算机的本质， 如何使用计算机解决问题，如何发现问题，如果和他人高效的合作，而不是像孔乙己那样， 炫耀内核里面的“回”有多少种类的写法。没有必要无脑鼓吹内核。

总体来说，内核是系统软件的基础和核心，无论是做系统软件的研究还是从事相关的工作，学习内核还是有必要的。

内核相关的工作我感觉主要集中在下面部分:

  1. 存储 : 需要理解 IO 栈, 但是内核之外的很多事情需要懂，比如 ceph 之类的分布式数据库；
  2. 网络 : 内核实现 TCP / IP 等网络栈协议；
  3. 驱动 : 各种硬件厂商的硬件需要对应驱动；
  4. 虚拟化 : 云计算厂商需要 kvm QEMU 等虚拟化技术，cgroup 和 namespace 之类的容器技术。

但是还存在一些方向:

  1. 现在芯片行业很火(2021), 高性能芯片需要软硬协同，操作系统是系统软件的关键一环。
  2. 云计算厂商对于异构计算来加速很有兴趣，这些都是软硬件结合的东西。

所以，一般来说，可以根据自己的需求有侧重的阅读， 至于内存管理，调度器之类的核心模块相关的工作，应该是少的， 但是这些内核最基础的模块，也是需要被好好掌握的, 而且面试的时候，这些都是被最频繁的提问的东西。

理论基础

环境准备

  1. 阅读环境准备
    • 首先你要保证你的操作系统是 Linux 内核，让自己对于 kernel 支撑起来的用户态环境有一个感性的认识。
  2. 保证你的编辑器可以正确跳转，如果你恰好使用的是 neovim, 可以参考我的 neovim 配置
  3. QEMU, dataframe 和 bpftrace 等工具也是可以大大加快分析的速度的。

内核学习

我个人认为需要将理解用户态, 读书, 分析源代码, 写代码。

用户层需要理解

内核的核心模块(mm, process, fs 等)和用户态的联系非常的紧密。 虽然很多人推荐 Richard Stevens 的 Advanced Unix Programming，但是我更加推荐 The Linux Programming Interface。 Richard Stevens 英年早逝，这导致 Advanced Unix Programming 这本书接近 20 年没有更新了，书中的很多例子实际上运行起来有一些小毛病。

参考书

奔跑吧 Linux 内核 我阅读了其中部分章节，感觉还行，比较推荐。

Understand Linux Kernel, 这是大家公认的经典教材，唯一的问题和现在和内核有些出入。

如果你恰好有一台龙芯电脑，并且想要了解 MIPS 内核的实现，用”芯”探核 基于龙芯的 Linux 内核探索解析 可以说相当的不错。

写代码

Linux Device Driver(ldd3)是公认的 Linux 设备驱动最佳教材之一，该书着重介绍了设备驱动，但是同时也介绍了大量内核的其他方面的知识，例如中断，时间，锁等等。 可惜其中的代码非常的老，有人对于 ldd3 的代码向高版本内核进行了移植，代码在 Github 上。

jserv 写了更加现代版本的内核驱动教程, The Linux Kernel Module Programming Guide.

我个人更加推荐 Linux kernel labs，以试验的形式学习，各种环境配置齐全，文档详细，更新活跃。

国内的有人做的项目 tinyclub linux lab 虽然没有阅读过，但是感觉还不错。

看 blog

lwn 是最权威，最丰富的资料来源，

其他的学习资源

我在自己的学习过程中间收集了一些资源，放到了这里, 可以作为参考。

会议，论文

待补充

比赛

全国大学生计算机系统能力大赛，没有参加过，但是认识一两个参赛的选手， 感觉水平很不错。大赛不仅仅包括操作系统，还有编译器和数据库，如果你还是本科生，强烈推荐。

个人想法

我个人感觉，如果想要真正深入理解内核，其实是要向上和向下扩展才可以的:

当然从简单的来说，QEMU 应该是每个搞 Linux 最后都会掌握的吧。

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  1. https://github.com/rcore-os 以及 https://github.com/LearningOS 中利用 rust 来构建操作系统，也许更加现代化。 ↩