微軟擁抱開源，Win10爲啥要引入真Linux4.X內核？

2019 年微軟 Build 開發者大會在雷德蒙德召開。繼將 Bash shell、原生 OpenSSH、WSL 引入 Windows，以及在微軟商店提供 Ubuntu、SUSE Linux 和 Fedora 等發行版，微軟又宣佈了一個重大的決定 —— 將完整的 Linux 內核引入 Windows 10。

按照微軟的說法，到時 Windows 10 將包含內置的完整定製版 Linux 內核，爲最新的 WSL 提供更好的支持。Linux 內核版本爲 4.19****，是一個長期穩定版。隨着 WSL2 正式發佈，WSL2 用的 Linux 內核也將徹底開源。近些年，微軟公司來僱傭了不少 Linux contributor，給微軟帶來了不少業界領先的 Linux 技術，因此纔會有去年的 WSL，這樣的舉動也必將吸引更多的人才加入。

Linux內核是使用最普遍的開源內核，在服務器和智能手機領域處於統治地位，物聯網、大數據、雲計算和人工智能等熱點技術也離不開Linux內核。對於商業公司而言，採用開源的Linux內核能夠享受不少好處，好比節約成本，能夠利用行業先進的技術，還能夠根據本身的需求定製、修改內核。對於我的而言，從Linux內核中能夠學習先進的設計方法和編程技術，爲內核貢獻代碼能夠證實本身的技術實力。

但是，當咱們準備學習Linux內核時，會發現Linux內核的代碼龐大而複雜，在沒有專業書籍指導的狀況下，讀懂代碼是一件很是困難的事情。如何學Linux內核？小編推薦這本《Linux內核深度解析》，書中剖析的代碼基於Linux 4.12版本，同時，它基於ARM64硬件平臺，將二者結合。

做爲一個優秀的開源系統，Linux在業界有很普遍的應用。從1994年發佈1.0正式版本開始，Linux內核一直在發展，代碼愈來愈龐大，參伍以變，錯綜其數，要想深刻掌握它，並非一件輕鬆的事情。

本書做者餘華兵從事Linux內核開發工做十餘年，有着豐富的實踐經驗，使用過不一樣的版本和硬件平臺，從2.x到4.x，從MIPS、x86到ARM。伴隨着研發大樓的華燈，當年初出校門的學子，現在蕭蕭兩鬢生華，成爲一個在Linux領域有深厚積累的專家。相信這本書會讓你收穫滿滿。

對於從事應用程序開發的軟件工程師，是否有必要學習內核呢？

應用程序一般使用封裝好的庫，看起來彷佛和內核沒有關係，可是庫是在內核提供的系統調用的基礎上作了一層封裝。讀者若是研究了庫函數和內核配合實現庫函數提供的功能，那麼對軟件運行過程的理解將會更深入，我的的技術水平也將會提高到新的高度—可以設計開發出高質量的應用程序，在軟件運行過程當中出現問題時能夠快速地分析定位。另外，內核表明了軟件行業的最高編程技術，這些編程技術也適用於應用程序。是否有必要學習內核呢？答案是確定的。

爲何要學Linux4.X?

早些年數通領域各廠商（包括思科和華爲）的操做系統，都是基於傳統的嵌入式操做系統（如典型的VxWorks操做系統）開發的。2010年之後，Linux內核在數通廠商中快速生長，迅速成爲數通設備網絡操做系統的內核。就像基於Linux內核的安卓系統已經成爲智能手機領域的領頭羊同樣，在數通設備領域，Linux內核也大有一統江湖之勢。

咱們在基於Linux內核開發網絡操做系統的過程當中遇到的某些技術問題，在Linux內核的演進過程當中已經提供瞭解決方案。Linux 3.11版本ARM架構支持巨型頁機制，解決了ARM架構的進程訪問大內存的性能問題。Linux 3.14版本引入ZRAM內存壓縮技術，用於節省內存空間，這項技術適合在內存容量小的設備上使用。Linux 2.6.29版本引入的squash文件系統和Linux 3.18版本引入的overlay文件系統，在閃存容量小的設備上解決了存儲空間不足的問題。squash文件系統能夠壓縮數據，可是它是一個只讀的文件系統，而設備須要一個可寫的文件系統，咱們在Linux內核找到了解決方案—使用overlay文件系統在squash文件系統上面疊加一個可寫的文件系統。這些拿來即用的Linux內核技術，在這本書中都有說起。

近年來Linux發展迅速，公司最先使用的Linux內核是2.6版本，從2011年發佈3.0版本開始到2018年年末發佈4.20版本，Linux一共發佈了41個版本，技術發展突飛猛進。不少技術雖然有衆多的工程師在使用和總結，但仍相對零散，基於Linux 4.x的圖書更是少之又少。

本書特色是什麼嗎?

本書剖析的代碼基於Linux 4.12版本，發佈於2017年，是Linux內核史上變更較大的版本之一。基於這個版本進行內核代碼解析並出版成書，是比較新穎的，既不失通用性，又兼顧4.x版本中引入的很多新技術點。同時，它基於ARM64硬件平臺，將二者結合的書，目前仍是比較少的。

另外，本書沒有過多地介紹操做系統的基礎原理，而更多地是以實際代碼來解讀在Linux內核中是如何實現操做系統的各個子系統的。對於熟悉操做系統基礎的讀者來講，能夠快速地切入到具體代碼的理解與實現中。從內核引導和初始化開始，到進程管理、內存管理、中斷/異常/系統調用、內核互斥技術和文件系統，本書比較系統地對內核代碼進行了深度解析。

Linux內核的知識點至關繁多，很難在一本書中面面俱到，也沒有必要。因此，在這本書中，看似不經意間逐層展開的知識點，都是比較基礎和經常使用的。做者以他的實踐經歷儘可能通俗地進行解讀，並抓住了其中的重點，可讓讀者在實際的開發、調試和維護工做中學以至用。

「行是知之始，知是行之成」，學習Linux內核技術尤爲如此。要真正消化理解Linux內核，離不開大量的工程實踐。但願本書能夠成爲你前進路上的好幫手！

如何讀這本書？

本書介紹4.12版本的Linux內核，建議你在閱讀本書時到Linux內核的官方網站中下載一份代碼，對照代碼學習。推薦使用「Source Insight」軟件閱讀代碼。

Linux內核支持多種處理器架構，處理器架構特定的代碼放在「arch」目錄下。ARM處理器在手機和平板電腦等移動設備上處於統治地位。ARM處理器從ARMv7演進到支持64位的ARMv8，ARM公司從新設計了處理器架構，ARMv8定義了AArch64和AArch32兩種執行狀態，AArch64是64位架構；AArch32是32位架構，兼容ARMv7。由於ARMv8和ARMv7的差異很大，因此Linux內核把ARMv8和ARMv7看成兩種不一樣的處理器架構，ARMv7架構的代碼放在「arch/arm」目錄下，ARMv8架構的代碼放在「arch/arm64」目錄下。人們一般把ARMv8架構的AArch64執行狀態稱爲ARM64架構。本書在介紹Linux內核時選擇ARM64處理器架構。

學習本書，須要具有ARM64處理器的基礎知識，推薦如下兩篇文檔，讀者能夠從ARM公司的網站下載。

（1）「ARM Cortex-A Series Programmer’s Guide for ARMv8-A」：這篇文檔接近300頁，適合入門學習。

（2）「ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile」：這篇文檔有6000多頁，寫得很詳細，適合看成工具書來查詢。

學習內核，關鍵是要理解數據結構之間的關係和函數調用關係。內核中數據結構之間的關係錯綜複雜，函數調用層次深，有些函數中的分支很是多，一個函數就可能涉及不少技術，這些都是初學者學習中的障礙。做者建議讀者在學習時抓住主要線索，弄清楚執行流程，剛開始不要過多關注函數的細節。爲了方便學習，做者繪製了不少圖來描述數據結構之間的關係和函數的執行流程。另外，做者在介紹每種技術時會先介紹使用方法，從使用方法開始學習技術，相信會對讀者理解技術有很大的幫助。

全書內容共分爲6章。

第1章介紹內核的引導過程，本書選擇經常使用的引導程序U-Boot，讀者能夠從德國DENX軟件工程中心的網站下載U-Boot的代碼，對照學習。

第2章介紹內核管理和調度進程的技術原理。

第3章介紹內核管理虛擬內存和物理內存的技術原理。

第4章介紹內核處理異常和中斷的技術原理，以及系統調用的實現方式。

第5章介紹內核實現的各類保護臨界區的互斥技術。

第6章介紹內核的虛擬文件系統，內核使用虛擬文件系統支持各類不一樣的文件系統。

書名：《Linux內核深度解析》

做者：餘華兵

編輯推薦：

• 基於ARM64架構的Linux 4.x內核；

• 大量圖例描述數據結構之間的關係和函數的執行流程；

• 結合代碼分析，以通俗化語言全面剖析Linux內核。

本書基於4.x版本的Linux內核，介紹了Linux內核的若干關鍵子系統的技術原理。本書主要內容包括內核的引導過程、內核管理和調度進程的技術原理、內核管理虛擬內存和物理內存的技術原理、內核處理異常和中斷的技術原理，以及系統調用的實現方式等。此外，本書還詳細講解了內核實現的各類保護臨界區的互斥技術，以及內核的文件系統。本書內容豐富，深刻淺出，經過大量的圖例來描述數據結構之間的關係和函數的執行流程，並結合代碼分析，引導讀者閱讀和理解內核源代碼。

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