Linux內核實戰(一)- 學習路線規劃

1 拋棄舊文化,迎接Linux命令新文化

Linux第一步,從Windows思維,切換到Linux的“命令行+文件”模式

在Linux中,做什麼都有相應命令。一般就在bin或者sbin目錄下,數量繁多。如果你事先不知道該用哪個命令,很難通過枚舉的方式找到。因此,在這樣沒有統一入口的情況下,就需要你對最基本的命令有所掌握。

一旦找到某個命令行,替代輸入框的是各種各樣的啓動參數。

這些參數怎麼填,

  • 一般可以通過 -h 查看help,就能找到相應的配置項
  • 還可以通過man命令,查看文檔

無論是什麼命令行工具,最終的配置一般會落到一個文件上,只要找到了那個文件,文件中會有註釋,也可以挨個兒看下去,基本就知道如何配置了。

攻克了第一個困難了。這個時候,你能看到一些很美麗的風景,例如一些很有技巧的命令sed和awk、很神奇的正則表達式、靈活的管道和grep、強大的bash。你可以自動化地做一些事情了,例如處理一些數據,會比你使用Excel要又快又準,關鍵是不用框框點點,在後臺就能完成一系列操作。在處理數據的同時,你還可以幹別的事情,半夜處理數據,第二天早上發個郵件報告,這都是Excel很難做到的事情。

2 通過系統調用或者glibc,掌握程序設計

命令行工具也是程序,只不過是別人寫的程序。從用別人寫的程序,到自己能夠寫程序,通過程序來操作Linux,這是第二個要攻克的困難。

用代碼操作Linux,可以直接使用Linux系統調用,也可以使用glibc的庫。

Linux的系統調用非常多,而且每個函數都非常複雜,傳入的參數、返回值、調用的方式等等都有很多講究。

這裏面需要掌握很多Linux操作系統的原理,否則無法理解爲什麼應該這樣調用。

剛開始學Linux程序設計的時候,你會發現它比命令行復雜得多。

因爲你的角色再次變化。

如果說使用命令行的人是吃饅頭的,那寫代碼操作命令行的人就是做饅頭的。看着簡簡單單的一個饅頭,可能要經過N個工序才能蒸出來。同樣,你會發現,你平時用的一個簡單的命令行,卻需要N個系統調用組合才能完成。其中每個系統調用都要進行深入地學習、讀文檔、做實驗。

經過一段時間的學習,你攻克了這些東西。這時候,你已經很接近操作系統的原理了,你能看到另一番風景了。

大學裏學的那些理論,你再回去看,現在就會開始有感覺了。

  • 進程樹,調用了fork
  • 進程同步機制,調用信號量
  • 網絡應用層和傳輸層的分界線,調用socket

都明白了!

3 再三研究Linux內核

當你已經會使用代碼操作Linux時,你肯定很希望揭開這層面紗,看看系統調用背後到底做了什麼

進一步瞭解內核的原理,有助於你更好地使用命令行和進行程序設計,能讓你的面試及開發水平更上一層樓,但是不建議直接看源碼,因爲Linux代碼量太大,很容易迷失。

最好的辦法是,先瞭解一下Linux內核機制,知道基本的原理和流程

不過,Linux內核機制也非常複雜,而且其中相互關聯。

比如說,進程運行要分配內存,內存映射涉及文件的關聯,文件的讀寫需要經過塊設備,從文件中加載代碼才能運行起來進程。這些知識點要反覆對照,才能理清。

但是一旦攻克!你會發現Linux這個複雜的系統開始透明起來。

無論你是運維,還是開發,你都能大概知道後發生的事情,並在出現異常的情況時,比較準確地定位到問題所在。

Linux內核機制是我們重點學習部分,基於最新4.x的內核。

輔助學習,推薦《深入理解LINUX內核》。

這本書言簡意賅地講述了主要的內核機制。看完這本書,你會對Linux內核有總體的瞭解。不過這本書的內核版本有點老,不過對於瞭解原理來講,沒有任何問題。

4 閱讀Linux內核代碼,聚焦核心邏輯場景

在看內核原理的書的時候經常遇到這種問題,有的地方實在是難以理解,或者不同的書說的不一樣,這時候該怎麼辦呢?其實很好辦,Linux是開源的呀,我們可以看代碼呀,代碼是精準的。哪裏有問題,找到那段代碼看一看,很多問題就有方法了。

另外,當你在工作中需要重點研究某方面技術的時候,如果涉及內核,這個時候僅僅瞭解原理已經不夠了,你需要看這部分的代碼。

但是開源軟件代碼紛繁複雜,一開始看肯定暈,找不着北。這裏有一個訣竅,就是一開始閱讀代碼不要糾結一城一池的得失,不要每一行都一定要搞清楚它是幹嘛的,而要聚焦於核心邏輯和使用場景。

一旦爬上這個坡,對於操作系統的原理,你應該就掌握得比較清楚了。就像蒸饅頭的人已經將麪粉加工流程爛熟於心。這個時候,你就可以有針對性地去做課題,把所學和你現在做的東西結合起來重點突破。

  • 研究虛擬化的,就重點看KVM
  • 研究網絡的,就重點看內核協議棧

推薦《LINUX內核源代碼情景分析》

這本書最大的優點是結合場景進行分析,看得見、摸得着,非常直觀,唯一的缺點還是內核版本比較老。

5 實驗定製化Linux組件

從只看內核代碼,到上手修改內核代碼,這又是一個很大的坎。

因爲Linux有源代碼,很多地方可以參考現有的實現,定製化自己的模塊。

例如,你可以自己實現一個設備驅動程序,實現一個自己的系統調用,或者實現一個自己的文件系統等等。

6 面向實戰開發

如果你是運維,僅僅熟悉上面基本的操作是不夠的,生產環境會有大量的不可控因素,尤其是集羣規模大的更是如此,大量的運維經驗是實戰來的,不能光靠讀書。如果你是開發,對內核進行少量修改容易,但是一旦面臨真實的場景,需要考慮各種因素,併發與並行,鎖與保護,擴展性和兼容性,都需要真實項目才能練出來。

7 總結

Linux內核實戰(一)- 學習路線規劃

參考

Linux 命令行

趣談Linux操作系統

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