Linux內核代碼樹概述

 

首先研究 Linux 源代碼樹的頂層目錄，它通常（但不總是）位於 /usr/src/linux-。我們不會研究得過於詳細，因爲 Linux 源代碼經常會發生變化，但是，我們將嘗試讓給出的信息足以找出特定驅動程序或函數的位置。

Makefile：這個文件是整個源代碼樹的頂層 makefile。它定義了很多實用的變量和規則，比如默認的 gcc 編譯標記。

Documentation/：這個目錄中包含很多關於配置內核、運行 ramdisk 等任務的實用信息（但通常是過時的）。不過，與不同配置選項相應的幫助條目並不在這裏 —— 它們在每個源代碼目錄的 Kconfig 文件中。

arch/：所有與體系結構相關的代碼都在這個目錄以及 include/asm- 目錄中。在此目錄中，每種體系結構都有自己的目錄。例如，用於基於 PowerPC 的計算機的代碼位於 arch/ppc 目錄中。在這些目錄裏，可以找到底層內存管理、中斷處理、早期初始化、彙編例程，等等。

crypto/：這是內核本身所用的加密 API。

drivers/：按照慣例，在此目錄的子目錄中可以找到運行外圍設備的代碼。包括視頻驅動程序、網卡驅動程序、底層 SCSI 驅動程序，以及其他類似的驅動程序。例如，在 drivers/net 中可以找到大部分網卡驅動程序。將一類驅動程序組合在一起的某些更高層代碼，可能會（也可能不會）像底層驅動程序本身那些包含在同一目錄中。

fs/：通用文件系統的代碼（稱做 VFS，即 Virtual File System）和各個不同文件系統的代碼都可以在這個目錄中找到。ext2 文件系統是在 Linux 中最常廣泛使用的文件系統之一；在 fs/ext2 中可以找到讀取 ext2 格式的代碼。並不是所有文件系統都會編譯或運行；對某些尋找內核項目的人而言，更生僻的文件系統永遠都是理想的候選者。

include/：在 .c 文件的開頭所包含的大部分頭文件都可以在這個目錄中找到。 asm- 目錄下是與體系結構相關的包含（include ）文件。部分內核構建過程創建從 asm 指定 asm- 的符號鏈接。這樣，無需將其固定編碼到 .c 文件 ＃i nclude 就可以獲得用於那個體系結構的正確文件。其他目錄中包含的是 非-體系結構-相關 的頭文件。如果在不只一個 .c 文件中使用了某個結構體、常量或者變量，那麼它可能應該放入其中一個頭文件中。

init/：這個目錄中的文件包括 main.c、創建 早期用戶空間（early userspace） 的代碼，以及其他初始化代碼。可以認爲 main.c 是內核“粘合劑（glue）”。在下一部分將深入討論 main.c。早期用戶空間提供了 Linux 內核引導起來時所需要的功能，而這些功能並不需要在內核本身運行。

ipc/：IPC 的意思是 進程間通信（interprocess communication）。它包含了共享內存、信號量以及其他形式 IPC 的代碼。

kernel/：不適合放在任何其他位置的通用內核級代碼位於此處。這裏有高層系統調用代碼，以及 printk() 代碼、調度程序、信號處理代碼，等等。文件名包含很多信息，所以可以使用 ls kernel/，並非能常準確地猜到每個文件的功能。

lib/：這裏是對所有內核代碼都通用的實用例程。常見的字符串操作、調試例程，以及命令行解析代碼都位於此處。

mm/：這個目錄中是高層次內核管理代碼。聯合使用這些例程以及底層的與體系結構相關的例程（通常位於 arch//mm/ 目錄中）來實現虛擬內存（Virtual memory，VM）。在這裏會完成早期內存管理（在內存子系統完全建立起來之前需要它），以及文件的內存映射、頁高速緩存管理、內存分配、RAM 中頁的清除（還有很多其他事情）。

net/：這裏是高層網絡代碼。底層網絡驅動程序與此層次代碼交換數據包，這個層次的代碼可以根據數據包將數據傳遞給用戶層應用程序，或者丟棄數據，或者在內核中使用它。net/core 包含大部分不同的網絡協議都可以使用的代碼，和某些位於 net/ 目錄本身中的文件一樣。特定的網絡協議在 net/ 的子目錄下實現。例如，在 net/ipv4 目錄中可以找到 IP（版本 4）代碼。

scripts/：這個目錄中包含的腳本可用於內核的構建，但並不將任何代碼加入到內核本身之中。例如，各種配置工具可以將它們的文件放在這裏。

security/：在這裏可以找到不同 Linux 安全模型的代碼，比如 NSA Security-Enhanced Linux 以及套接字和網絡安全鉤子函數（hooks），以及其他安全選項。

sound/：這裏放置的是聲卡驅動程序和其他與聲音相關的代碼。

usr/：此目錄中的代碼用於構建包含 root 文件系統映像的 cpio-格式 的歸檔文件，用於早期用戶空間。

所有這些彙集在哪裏？

init/main.c 文件是整個 Linux 內核的中央聯結點。每種體系結構都會執行一些底層設置函數，然後執行名爲 start_kernel 的函數（在 init/main.c 中可以找到這個函數）。

代碼的執行順序大致如下：

Architecture-specific set-up code (in arch//*)
 |
 v
The function start_kernel() (in init/main.c)
 |
 v
The function init() (in init/main.c)
 |
 v
The user level "init" program

關於執行順序的更多細節

更詳細地講，發生的事情是：

• 執行體系結構相關的設置代碼：
  • 如果需要，解壓縮並移動內核代碼本身
  • 初始化硬件
    • 這可能包括底層內存管理的設置
  • 將控制權轉交給函數 start_kernel()
    
    
• start_kernel() 去執行以下事情（以及其他事情）：
  • 打印內核版本和命令行
  • 啓動控制檯輸出
  • 啓用中斷
  • 校準延遲循環
  • 調用 rest_init()，這個函數會：
    • 啓動一個內核線程來運行 init() 函數
    • 進入空閒循環
• init():
  • 啓動其他處理器（在 SMP 機器上）
  • 啓動設備子系統
  • 掛載 root 文件系統
  • 釋放不使用的內核內存
  • 運行 /sbin/init（或者 /etc/init，或者...）

此時，用戶級 init 程序正在運行；它將完成啓動網絡設備並在控制檯上運行 getty （登錄程序）等任務。

加入自己的 printk，並觀察那個子系統的 printk 相對於自己的 printk 何時出現，就可以指出那個子系統是在 start_kernel() 中還是在 init() 中初始化的。例如，如果想要知道 ALSA 聲音系統何時被初始化，那麼將 printk 加入到 start_kernel() 和 init() 的起始處，然後找到“Advanced Linux Sound Architecture [...]” 相對於您的 printk 在何處打印出來。