研究Linux内核的乐趣

对Linux的内核学习和研究的越多，越觉得其乐无穷。因为Linux内核的代码是由这二三十年来，世界上聪明的一群人编写的，为提高效率而做的各种设计和算法，充满着智慧的光芒。有时，在理解这些设计和算法的过程中，就像在做思维体操。

Linux操作系统是一个世界，去探索这个世界，知道它为何要这么设计，能满足人的好奇心、求知欲。有时看到一个精妙的设计，真的很想让更多的人也领略到，就像你看到了一处绝美的风景，也想让身边的人都能一睹。

有很多长跑爱好者，以跑步为快乐，以参加各种马拉松赛事为目标，这可能不被一部分人所理解。跑步多累啊，跑个一千米都那么累，别说十公里，更别说马拉松了。可是，据科学研究表明，在跑到一定的时间和距离后，人体内就会分泌内啡肽，让人镇静和愉悦。可是，如果你不经历前面那几千米相对难受的阶段，就没法体会到这种特殊的感觉。

这就像探索Linux内核一样，如果你不掌握hash表，workqueue等基础的数据结构和组件，你就无法理解众多的代码是如何实现的。一个模块的数据结构看起来枯燥，但往往是理解这个模块的入口。而当你掌握了一些基础的组件，你就可以理解一些简单的模块，在理解这些模块的过程中，又可以学会一些更综合的组件，进而理解更复杂的模块。

当你可以不借助别人的解释，仅仅通过代码和必要的注释，就能基本理解一个模块大概在做什么，为什么要这么做，就能感受到一些乐趣。稍微复杂一点的代码看多了，再去看一些相对简单的代码，就会觉得更轻松。就像那些跑过马拉松的，平时跑个三千米对他们来说只能算是热身。

读书也好，看代码也罢，真正感兴趣的东西，根本用不着坚持，常年的做下去，是很自然而然的。不给你钱你也愿意做的事，才能持久。除了日常的工作，人是需要一点长久的兴趣爱好的，在你闲下来的时候，才不会因为找不到事做而无聊空虚。

操作系统是软件，但它和硬件的联系是非常多的。如果你不了解CPU，那么你可能都分不清Linux的哪些模块其实是依托于硬件的。没有硬件的MMU，软件的page table就难以实施，虚拟地址就不易实现；不懂cache，就无法理解多核环境下的原子操作，以及spinlock等各种同步机制的原理……所以，对CPU基本的掌握对理解操作系统是很必要的。

目前主流的处理器架构主要是x86和ARM，提到x86的手册，一般会说到Intel的SDM(Software Developer's Manual)，SDM有2个版本提供，一种是有4个volumes的，一种是有10个volume的，其实它们的内容是一样的，4个volumes的是分1, 2, 3, 4，10个volume的是细分为1A, 1B, 2A, 2B, 2C,2D, 3A, 3B, 4A, 4B。

SDM全加起来好几千页，不可能都去读，也没必要都读。volume 1是概括性的描述，适合总览，volume 3是对各部分功能更detailed的描述，平时翻看频率高。而volume 2是讲解指令的，就像字典一样，需要了解指令具体用法的时候才需要查阅。

还有一家做x86的公司AMD，它同样有一份针对x86-64的文档，叫AMD64 Architecture Programmer's Manual ，分为两个volumes，volume 1是概述，volume2更详细。我个人的体会是，AMD的这份文档比Intel的SDM更容易理解，配图也更丰富。

至于ARM，以v8为例，基础的是Programmer's Guide for ARMv8-A，更详细的就是ARM Architecture Reference Manual ，分别相当于Intel的volume 1的volume 3。描述指令的文档是ARM A64 Instruction Set Architecture，对应于Intel的volume 2。随着v8架构的演进，从v8.0到v8.5，还有相关的Reference Manual Supplement，介绍每个version新增的特性。

PS：笔者只是分享体验，而不是经验，不敢好为人师，各位别再问我应该怎么学习Linux了。