Linux内核源代码解析：从启动到运行

"Linux内核源代码漫游" 在深入探讨Linux内核源代码之前，我们需要了解一些基础背景知识。Linux内核是操作系统的核心，负责管理硬件资源、进程调度、内存管理、文件系统以及网络通信等关键功能。这本书《Linux内核源代码漫游》由Alessandro Rubini撰写，旨在引导有经验的C程序员逐步理解Linux内核的设计和实现。 首先，我们从系统引导（启动）说起。当个人计算机（PC）启动时，CPU会从实模式开始运行，并从ROM-BIOS中的固定地址0xFFFF0执行代码。ROM-BIOS进行基本硬件检测和初始化，然后将启动设备（如软盘或硬盘）的第一个扇区加载到内存0x7C00处。这部分代码通常称为MBR（主引导记录），对于Linux而言，是用8086汇编语言编写的boot/bootsect.S。 boot/bootsect.S的职责包括将自身移动到内存的0x90000地址，并读取启动设备上的第二个阶段引导加载器（boot/setup.S），它位于内存0x90200。启动加载器接着会读取剩余的内核代码到内存0x10000处。在此过程中，用户可以看到"Loa"这样的加载信息，表明内核加载正在进程中。 内核启动的早期阶段还包括设置系统参数、初始化内存管理、识别硬件设备，例如通过PCI总线查找和配置设备驱动。在这个过程中，内核会调用setup_arch函数，根据具体的架构进行定制化设置。对于x86平台，这可能涉及设置中断描述符表（IDT）、全局描述符表（GDT）等。 随后，内核会进行内核初始化，这包括设置内存分区、创建基本数据结构，如进程描述符、虚拟内存区域等。内核还会初始化设备驱动，比如键盘控制器、串口和硬盘控制器，以确保操作系统能够与这些硬件交互。 在内存管理方面，Linux使用了页表机制来映射虚拟地址到物理地址，这使得每个进程都有自己独立的虚拟地址空间。页表的初始化在mm/memory.c中完成，其中包括设置页全局目录（PGD）和页中间目录（PMD）等。 网络功能在内核中的实现主要集中在net/子目录下，包括协议栈、socket接口、网络设备驱动等。内核支持多种网络协议，如TCP/IP，通过net/core和net/ipv4等子目录下的代码实现。 文件系统是Linux内核中的另一个重要组成部分，它负责管理和操作磁盘上的数据。在fs/目录下，有各种不同类型的文件系统实现，如EXT2、EXT3、EXT4等，还有VFS（虚拟文件系统），它为所有文件系统提供统一的接口。 此外，内核还包含进程调度、信号处理、定时器、设备驱动等模块。进程调度算法（如CFS，完全公平调度）决定了哪个进程应该获取CPU时间片。设备驱动程序则提供了与特定硬件交互的接口。 《Linux内核源代码漫游》这本书不仅介绍了内核的启动流程，还涵盖了其核心组件的实现细节，对理解Linux内核的运作原理极其有帮助。通过阅读源代码，开发者可以更深入地了解操作系统的设计思想，从而提升编程和调试能力。