Linux内核源码阅读以及工具

    随着linux的逐步普及，现在有不少人对于Linux的安装及设置已经比较熟悉了。与Linux  的蓬勃发展相适应，想深入了解Linux的也越来越多。而要想深入了解Linux，就需要阅读和分析linux内核的源代码。

　　Linux的内核源代码可以从很多途径得到。一般来讲，在安装的linux系统下，/usr/src/linux目录下的东西就是内核源代码。另外还可以从互连网上下载,解压缩后文件一般也都位于linux目录下。内核源代码有很多版本，目前最新的稳定版是2.2.14。

　　许多人对于阅读Linux内核有一种恐惧感，其实大可不必。当然，象Linux内核这样大而复杂的系统代码，阅读起来确实有很多困难，但是也不象想象的那么高不可攀。只要有恒心，困难都是可以克服的。也不用担心水平不够的问题，事实上，有很多事情我们不都是从不会到会，边干边学的吗？

　　任何事情做起来都需要有方法和工具。正确的方法可以指导工作，良好的工具可以事半功倍。对于Linux  内核源代码的阅读也同样如此。下面我就把自己阅读内核源代码的一点经验介绍一下，最后介绍Window平台下的一种阅读工具。

　　对于源代码的阅读，要想比较顺利，事先最好对源代码的知识背景有一定的了解。对于linux内核源代码来讲，我认为，基本要求是：1、操作系统的基本知识；2、对C语言比较熟悉，最好要有汇编语言的知识和GNU  C对标准C的扩展的知识的了解。另外在阅读之前，还应该知道Linux内核源代码的整体分布情况。我们知道现代的操作系统一般由进程管理、内存管理、文件系统、驱动程序、网络等组成。看一下Linux内　　核源代码就可看出，各个目录大致对应了这些方面。Linux内核源代码的组成如下（假设相对于linux目录）：

　　arch  这个子目录包含了此核心源代码所支持的硬件体系结构相关的核心代码。如对于X86平台就是i386。

　　include  这个目录包括了核心的大多数include文件。另外对于每种支持的体系结构分别有一个子目录。

　　init  此目录包含核心启动代码。

　　mm  此目录包含了所有的内存管理代码。与具体硬件体系结构相关的内存管理代码位于archkernel目录下。

　　net  核心的网络部分代码。里面的每个子目录对应于网络的一个方面。

　　lib  此目录包含了核心的库代码。与处理器结构相关库代码被放在arch/*/lib/目录下。

　　scripts此目录包含用于配置核心的脚本文件。

　　Documentation  此目录是一些文档，起参考作用。

　　清楚了源代码的结构组成后就可以着手阅读。对于阅读方法或者说顺序，有所谓的纵向与横向之分。所谓纵向就是顺着程序的执行顺序逐步进行；所谓横向，就是分模块进行。其实他们之间不是绝对的，而是经常结合在一起进行。对于Linux源代码来讲，启动的代码就可以顺着linux的启动顺序一步一步来，它的大致流程如下（以X86平台为例）：

　　./larch/i386/boot/bootSect.S–>./larch/i386/boot/setup.S–>./larch/i386/kernel/head.S–>./init/main.c中的start_kernel()。而对于象内存管理等部分，则可以单独拿出来进行阅读分析。我的体会是：开始最好按顺序阅读启动代码，然后进行专题阅读，如进程部分，内存管理部分等。在每个功能函数内部应该一步步来。实际上这是一个反复的过程，不可能读一遍就理解。

　　俗话说：”工欲善其事，必先利其器”。  阅读象Linux核心代码这样的复杂程序令人望而生畏。它象一个越滚越大的雪球，阅读核心某个部分经常要用到好几个其他的相关文件，不久你将会忘记你原来在干什么。所以没有一个好的工具是不行的。由于大部分爱好者对于Window平台比较熟悉，并且还是常用Window系列平台，所以在此我介绍一个Window下的一个工具软件：Source  Insight。这是一个有30天免费期的软件，可以从www.sourcedyn.com下载。安装非常简单，和别的安装一样，双击安装文件名，然后按提示进行就可以了。安装完成后，就可启动该程序。这个软件使用起来非常简单，是一个阅读源代码的好工具。它的使用简单介绍如下：先选择Project菜单下的new，新建一个工程，输入工程名，接着要求你把欲读的源代码加入（可以整个目录加）后，该软件就分析你所加的源代码。分析完后，就可以进行阅读了。对于打开的阅读文件，如果想看某一变量的定义，先把光标定位于该变量，然后点击工具条上的相应选项，该变量的定义就显示出来。对于函数的定义与实现也可以同样操作。别的功能在这里就不说了，有兴趣的朋友可以装一个Source  Insight，那样你阅读源代码的效率会有很大提高的。怎么样，试试吧！

下面主要讲解如何使用Source  Insight，考虑到阅读源程序的爱好者都有相当的软件使用水平，本文对于一些琐碎、人所共知的细节略过不提，仅介绍一些主要内容，以便大家能够很快熟练使用本软件，减少摸索的过程。
　　安装Source  Insight并启动程序，可以进入图1界面。在工具条上有几个值得注意的地方，如图所示，图中内凹左边的是工程按钮，用于显示工程窗口的情况；右边的那个按钮按下去将会显示一个窗口，里边提供光标所在的函数体内对其他函数的调用图，通过点击该窗体里那些函数就可以进入该函数所在的地方。
　　 

图1  Source  Insight界面图
　　由于Source  Insight实质上是一个支持多种开发语言（java,c  ,c++等等）的编辑器，只不过由于其查找、定位、彩色显示等功能的强大，而被我们当成源代码阅读工具使用。所以，为了有效的阅读源程序，首先必须选择功能菜单上的  “Project”选项的子菜单“New  Project”新建一个项目，项目名称可以自由选定，当然也可以选择删除（Remove）一个项目。当删除一个项目的时候，并不删除原有的源代码文件,只是将该软件生成的那些工程辅助文件删除。设定之后，将会弹出一个对话框如图2，接受默认选择，如果，硬盘空间足够，可以将第一个复选框选上，该选项将会需要与源代码大致同等的空间来建立一个本地数据库以加快查找的速度。
　　 
 
图2  工程设置
　　点击“OK”按钮，接受选择后，将会有一个新的对话框弹出，在这个对话框里，可以选择将要阅读的文件加入工程，一种方式是通过在File  Name中输入要阅读源代码文件的名称，点击“Add”按钮将其加入，也可以通过其中“Add  All”和“Add  Tree”两个按钮可以将选中目录的所有文件加入到工程中，其中“Add  All”选项会提示加入顶层文件和递归加入所有文件两种方式，而“Add  Tree”相当于“Add  All”选项的递归加入所有文件，可以根据需要使用，就我来说，更喜欢“Add  Tree”一些。由于该程序采用了部分打开文件的方式，没有用到的文件不会打开，所以，加入数千个文件也不用担心加入的文件超出程序的所能容忍的最大值，我就是采用“Add  Tree”的方式将Linux2.4内核的四千五百九十一个文件加入的。
　　 
　　 
图3  添加文件
　　加入文件后，点击一个文件，可以出现使用界面，如图4所示，其中，右边的那个窗口（Linux  Project，即工程窗口）缺省按照字母顺序列出当前工程中所有的文件。
　　 
　　 　 
图4  工作窗口
　　点击一个文件就可以打开该文件，显示如图5所示，进入到右边的那个窗口分别可以以文件列表的方式，列出所有的文件，每个窗体下边有一排按钮，左边的窗口（21142.c）从左至右分别为：按字母顺序排列所有标记、按照文件中行数顺序排列标记、按照类型排列标记、浏览本地文件标记、标记窗口属性。右边的窗口（Linux  Project）从左至右分别为：按字母顺序文件列表、显示文件夹、按照文件类型归类文件、全部文件的所有标记列表、按照标记类型归类标记、跳转到定义处、显示标记信息、浏览工程标记、查找函数调用、工程属性，其中全部文件的所有标记列表选项可能要一段时间抽取标记，同步到数据库去，如果开始选择了建立标记数据库，将会在今后节省同步时间，最有用的莫过于浏览标记信息和查找函数调用，前者可以通过“Jump”按钮在不同的地方查找同样的标志，还可以通过“Reference”按钮结合后者进行全局的标记查找。
　　 
　
　　Reference功能是Source  Insight的特色之一，它可以在速度极快的在整个工程中找到所有的标记，并且在该行程序的前边加上红色箭头的小按钮链接上。图6是一个Reference搜索后的结果，它可以有两种模式，一种集中显示结果，图6显示的就是这种模式，在这种模式下，可以通过前边的红色箭头小按钮进入另外一种模式，该标记的具体的所在处，也可以通过标记的具体所在处点击红色箭头小按钮进入警种模式，还可以通过工具条上的两个红色小箭头直接在第二种模式下前后移动，察看相应信息。它的这个强大的功能使得阅读Linux源程序有如神助。但是要注意的是，当进行了第二次“Reference”时，它会提示你将结果集附加在第一个结果集的后边还是取代第一个结果集。如果选择前者，不能对结果集根据前后两次搜索结果进行分类，然后在其子类里进行移动，只能在整个结果集里移动；如果，选择后者，结果集将会被替换为第二次搜索的结果，略微有些不方便。
　　 
　　 
图6  Reference的搜索结果