第2版前言
　　20年前誕生于學(xué)生之手的Linux，借助于Internet這片肥沃的土壤，在開源文化的大熔爐中，逐步成長(zhǎng)為穿越桌面、服務(wù)器以及智能終端的通用操作系統(tǒng)。
　　1991年那個(gè)稚嫩的0.01版就是Linus在操作系統(tǒng)課上寫的一個(gè)大作業(yè)，翻看其代碼，調(diào)度程序也就三十多行，文件系統(tǒng)的讀寫函數(shù)各只有十多行（不含所調(diào)用的其他函數(shù)），如此而已，初學(xué)者可以在這樣的代碼中看到自己所寫程序的影子。
　　Linux從曾經(jīng)的0.01版到現(xiàn)在的3.0版，歷經(jīng)了八百多個(gè)版本的變遷，其中變化的點(diǎn)滴都記錄在Linux內(nèi)核郵件列表（LKML）中，從這些足跡中，我們會(huì)尋覓到一個(gè)變量為什么那樣定義，一個(gè)結(jié)構(gòu)體為什么要增減字段，一個(gè)函數(shù)的參數(shù)為什么從三個(gè)變?yōu)閮蓚�(gè)，在這一個(gè)個(gè)的細(xì)節(jié)中，軟件設(shè)計(jì)的蛛絲馬跡也就逐步展現(xiàn)出來(lái)。但是，這些過往的信息是海量的，多本教材都無(wú)法容納，需要讀者進(jìn)行大量的課外閱讀。
　　Linux內(nèi)核的全部源代碼是一個(gè)龐大的世界，如何在這龐大而又復(fù)雜的世界中抓住主要內(nèi)容，如何找到進(jìn)入Linux內(nèi)部的突破口，又如何把Linux的源代碼變?yōu)樽约核�需，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行內(nèi)核級(jí)程序的開發(fā)，這是本書要探討的內(nèi)容。
　　首先第1章概述從不同側(cè)面概要描述了大家熟悉而又陌生的操作系統(tǒng)，使讀者從宏觀上對(duì)操作系統(tǒng)有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。之后，簡(jiǎn)要介紹了Linux的同族同源UNIX，從而說明Linux賴以生存的土壤源于三十多年UNIX的發(fā)展。為了讓讀者對(duì)Linux有初步了解后動(dòng)手實(shí)踐，本章還介紹了Linux內(nèi)核中的模塊編寫方法，并以鏈表為入口點(diǎn)，讓讀者近距離感知Linux內(nèi)核代碼設(shè)計(jì)中的精彩和美妙。
　　第2章內(nèi)存尋址從尋址方式的演變?nèi)胧郑�給出與操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)密切相關(guān)的概念。比如，實(shí)模式、保護(hù)模式、各種寄存器、物理地址、虛擬地址以及線性地址等。然后對(duì)保護(hù)模式的分段機(jī)制和分頁(yè)機(jī)制簡(jiǎn)要描述，并從Linux設(shè)計(jì)的角度分析了這些機(jī)制的具體落實(shí)。接著介紹了Linux中的匯編以及嵌入式匯編，最后給出了Linux系統(tǒng)的地址映射示例，這是在第2章就引入內(nèi)存尋址的根本目的，就是操作系統(tǒng)如何借助硬件把虛地址轉(zhuǎn)化為物理地址。
　　第3章進(jìn)程從進(jìn)程的引入開始，闡述了進(jìn)程的各個(gè)方面，包括進(jìn)程上下文、進(jìn)程層次結(jié)構(gòu)、進(jìn)程狀態(tài)，尤其是對(duì)進(jìn)程控制塊進(jìn)行了比較全面的介紹。task_struct結(jié)構(gòu)作為描述Linux進(jìn)程的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)其熟悉和掌握可深入了解進(jìn)程的入口點(diǎn)。另外，進(jìn)程控制塊的各種組織方式鏈表、散列表、隊(duì)列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是管理和調(diào)度進(jìn)程的基礎(chǔ)。在這些基礎(chǔ)上，對(duì)核心內(nèi)容進(jìn)程調(diào)度進(jìn)行了代碼級(jí)的描述，并給出了Linux新版本中改進(jìn)的方法和思路。最后，以進(jìn)程系統(tǒng)調(diào)用的剖析和應(yīng)用結(jié)束本章。
　　第4章內(nèi)存管理主要圍繞虛地址到物理地址的轉(zhuǎn)換，由此引發(fā)出了各種問題，比如地址映射問題，一方面把可執(zhí)行映像映射到虛擬地址空間，另一方面把虛地址空間映射到物理地址空間。而在程序執(zhí)行時(shí)，涉及請(qǐng)頁(yè)問題，把虛空間中的頁(yè)真正搬到物理空間，由此要對(duì)物理空間進(jìn)行分配和回收，而在物理內(nèi)存不夠時(shí)，又必須進(jìn)行內(nèi)外交換，交換的效率直接影響系統(tǒng)的性能，于是緩沖和刷新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本章最后一節(jié)給出了一個(gè)比較完整的例子，說明內(nèi)存管理在實(shí)際中的應(yīng)用。
　　第5章中斷和異常涵蓋了較多的概念： 中斷和異常、中斷向量、IRQ、中斷描述符表、中斷請(qǐng)求隊(duì)列、中斷的上半部和下半部、時(shí)鐘中斷、時(shí)鐘節(jié)拍、節(jié)拍率、定時(shí)器等。中斷使得硬件與處理器進(jìn)行通信，不同的設(shè)備對(duì)應(yīng)的中斷不同； 同時(shí)，不同的中斷具有不同的中斷服務(wù)程序，其中斷處理程序的入口地址存放在中斷向量表中。當(dāng)某個(gè)中斷發(fā)生時(shí)，對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序得到執(zhí)行，在執(zhí)行期間不接受外界的干擾。為了緩解中斷服務(wù)程序的壓力，內(nèi)核中引入了中斷下半部機(jī)制，其本質(zhì)都是推后下半部函數(shù)的執(zhí)行。時(shí)鐘中斷是內(nèi)核跳動(dòng)的脈搏，本章引入了時(shí)鐘節(jié)拍、jiffies、節(jié)拍率等概念，簡(jiǎn)要介紹了時(shí)鐘中斷的運(yùn)行機(jī)制，同時(shí)給出了定時(shí)器的簡(jiǎn)單應(yīng)用。
　　第6章系統(tǒng)調(diào)用是內(nèi)核與用戶程序進(jìn)行交互的接口。本章從不同角度對(duì)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)行了描述，說明了系統(tǒng)調(diào)用與API、系統(tǒng)命令以及內(nèi)核函數(shù)之間的關(guān)系。然后，分析了Linux內(nèi)核如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用，說明系統(tǒng)調(diào)用處理程序以及服務(wù)例程在整個(gè)系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行過程中的作用。最后，通過兩個(gè)實(shí)例討論了如何增加系統(tǒng)調(diào)用，并給出了從用戶空間調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用的簡(jiǎn)單例子。本章最后的日志收集系統(tǒng)實(shí)例給出了完整的過程，以便讀者充分認(rèn)識(shí)系統(tǒng)調(diào)用的價(jià)值并在自己的項(xiàng)目開發(fā)中靈活應(yīng)用。
　　第7章內(nèi)核同步首先介紹了臨界區(qū)、共享隊(duì)列、死鎖等相關(guān)的同步概念，然后給出了內(nèi)核中常用的三種同步方法，即原子操作、自旋鎖以及信號(hào)量，其中對(duì)信號(hào)量的實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行了稍微深入的分析。為了加強(qiáng)讀者對(duì)同步機(jī)制的應(yīng)用能力，本章給出了兩大實(shí)例，其一是生產(chǎn)者消費(fèi)者模型，其二是內(nèi)核中線程、系統(tǒng)調(diào)用以及定時(shí)器任務(wù)隊(duì)列的并發(fā)執(zhí)行。通過這兩個(gè)例子，讓讀者深刻體會(huì)并發(fā)程序編寫中如何應(yīng)用同步機(jī)制。
　　第8章文件系統(tǒng)首先介紹了文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)，其中涉及索引節(jié)點(diǎn)、軟連接、硬鏈接、文件系統(tǒng)、文件類型以及文件的訪問權(quán)限等概念。虛擬文件系統(tǒng)機(jī)制使得Linux可以支持各種不同的文件系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)中涉及的主要對(duì)象有超級(jí)塊、索引節(jié)點(diǎn)、目錄項(xiàng)以及文件，對(duì)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述可以使讀者深入到細(xì)節(jié)了解具體字段的含義。然后，簡(jiǎn)要討論了文件系統(tǒng)的注冊(cè)、安裝以及卸載，最后的實(shí)例給出romfs文件系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。
　　第9章設(shè)備驅(qū)動(dòng)首先闡述了設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序在文件系統(tǒng)中所處的位置。接著介紹了驅(qū)動(dòng)程序的通用框架，以及Linux字符驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單實(shí)例，讓讀者對(duì)驅(qū)動(dòng)程序有一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。然后對(duì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)開發(fā)中所涉及的I/O空間進(jìn)行了比較詳細(xì)的介紹。在字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)一節(jié)，把內(nèi)存空間的一片區(qū)域看做一個(gè)字符設(shè)備，并給出了開發(fā)這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的具體步驟和過程。最后，對(duì)塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)給出了簡(jiǎn)要描述。
　　為了突出主題，本教材盡量簡(jiǎn)化相關(guān)內(nèi)容，但為了填補(bǔ)課堂教學(xué)和實(shí)踐開發(fā)之間的鴻溝，我們?cè)贚inux內(nèi)核之旅www.kerneltravel.net網(wǎng)站上發(fā)布了與內(nèi)核相關(guān)的學(xué)習(xí)資料。針對(duì)讀者學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程后，苦于無(wú)用武之地的現(xiàn)狀，網(wǎng)站上討論了如何進(jìn)行Linux內(nèi)核層面上的系統(tǒng)軟件開發(fā)，并配以有實(shí)用價(jià)值或指導(dǎo)意義的實(shí)驗(yàn)。
　　在近幾年的教學(xué)過程中，依然感到學(xué)生對(duì)Linux系統(tǒng)的陌生和動(dòng)手能力偏弱，針對(duì)這種現(xiàn)狀，在本次改版過程中，盡量從Linux命令級(jí)入手，逐步過渡到原理； 從簡(jiǎn)單的小實(shí)驗(yàn)入手，逐步過渡到大例子，以便學(xué)生把所學(xué)原理與平時(shí)遇到的問題聯(lián)系起來(lái)。
　　由于本教材的篇幅所限，本書內(nèi)容進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，這可能在某種程度上影響了讀者對(duì)其內(nèi)容的深入理解，為此，Linux內(nèi)核之旅網(wǎng)站公布了作者曾經(jīng)編寫的《深入分析Linux內(nèi)核源代碼》一書的電子版內(nèi)容，以滿足讀者深入探究之愿望。
　　在本次內(nèi)容的改編過程中，得到了很多學(xué)生的支持，他們是許振文、牛濤、陳繼峰、武婷、武特等，而武特的博客http://edsionte.com/techblog/更是讓初學(xué)者有一種親近感和熟悉感， 希望大家在學(xué)習(xí)的過程中，以博客的形式分享自己的心得。

　　作者
　　2011年9月