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年那個稚嫩的0.01版就是Linus在操作系統(tǒng)課上寫的一個大作業(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)了八百多個版本的變遷，其中變化的點滴都記錄在Linux內(nèi)核郵件列表（LKML）中，從這些足跡中，我們會尋覓到一個變量為什么那樣定義，一個結(jié)構(gòu)體為什么要增減字段，一個函數(shù)的參數(shù)為什么從三個變?yōu)閮蓚�，在這一個個的細(xì)節(jié)中，軟件設(shè)計的蛛絲馬跡也就逐步展現(xiàn)出來。但是，這些過往的信息是海量的，多本教材都無法容納，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)，使讀者從宏觀上對操作系統(tǒng)有一個初步認(rèn)識。之后，簡要介紹了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Linux有初步了解后動手實踐，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，讓讀者近距離感知Linux內(nèi)核代碼設(shè)計中的精彩和美妙。
　　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)計密切相關(guān)的概念。比如，實模式、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。然后對保護(hù)模式的分段機制和分頁機制簡要描述，并從Linux設(shè)計的角度分析了這些機制的具體落實。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)，對其熟悉和掌握可深入了解進(jìn)程的入口點。另外，進(jìn)程控制塊的各種組織方式鏈表、散列表、隊列等數(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，對核心內(nèi)容進(jìn)程調(diào)度進(jìn)行了代碼級的描述，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，涉及請頁問題，把虛空間中的頁真正搬到物理空間，由此要對物理空間進(jìn)行分配和回收，而在物理內(nèi)存不夠時，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)運而生。本章最后一節(jié)給出了一個比較完整的例子，說明內(nèi)存管理在實際中的應(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、中斷請求隊列、中斷的上半部和下半部、時鐘中斷、時鐘節(jié)拍、節(jié)拍率、定時器等。中斷使得硬件與處理器進(jìn)行通信，不同的設(shè)備對應(yīng)的中斷不同； 同時，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)某個中斷發(fā)生時，對應(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制，其本質(zhì)都是推后下半部函數(shù)的執(zhí)行。時鐘中斷是內(nèi)核跳動的脈搏，本章引入了時鐘節(jié)拍、jiffies、節(jié)拍率等概念，簡要介紹了時鐘中斷的運行機制，同時給出了定時器的簡單應(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)例程在整個系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行過程中的作用。最后，通過兩個實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)用的簡單例子。本章最后的日志收集系統(tǒng)實例給出了完整的過程，以便讀者充分認(rèn)識系統(tǒng)調(diào)用的價值并在自己的項目開發(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、自旋鎖以及信號量，其中對信號量的實現(xiàn)機制進(jìn)行了稍微深入的分析。為了加強讀者對同步機制的應(yīng)用能力，本章給出了兩大實例，其一是生產(chǎn)者消費者模型，其二是內(nèi)核中線程、系統(tǒng)調(diào)用以及定時器任務(wù)隊列的并發(fā)執(zhí)行。通過這兩個例子，讓讀者深刻體會并發(fā)程序編寫中如何應(yīng)用同步機制。
　　第8章文件系統(tǒng)首先介紹了文件系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，其中涉及索引節(jié)點、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)機制使得Linux可以支持各種不同的文件系統(tǒng)，其實現(xiàn)中涉及的主要對象有超級塊、索引節(jié)點、目錄項以及文件，對這些數(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，簡要討論了文件系統(tǒng)的注冊、安裝以及卸載，最后的實例給出romfs文件系統(tǒng)的具體實現(xiàn)。
　　第9章設(shè)備驅(qū)動首先闡述了設(shè)備驅(qū)動程序在文件系統(tǒng)中所處的位置。接著介紹了驅(qū)動程序的通用框架，以及Linux字符驅(qū)動的簡單實例，讓讀者對驅(qū)動程序有一個初步認(rèn)識。然后對設(shè)備驅(qū)動開發(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)動一節(jié)，把內(nèi)存空間的一片區(qū)域看做一個字符設(shè)備，并給出了開發(fā)這樣一個驅(qū)動程序的具體步驟和過程。最后，對塊設(shè)備驅(qū)動程序的開發(fā)給出了簡要描述。
　　為了突出主題，本教材盡量簡化相關(guān)內(nèi)容，但為了填補課堂教學(xué)和實踐開發(fā)之間的鴻溝，我們在Linux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。針對讀者學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)課程后，苦于無用武之地的現(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)，并配以有實用價值或指導(dǎo)意義的實驗。
　　在近幾年的教學(xué)過程中，依然感到學(xué)生對Linux系統(tǒng)的陌生和動手能力偏弱，針對這種現(xiàn)狀，在本次改版過程中，盡量從Linux命令級入手，逐步過渡到原理； 從簡單的小實驗入手，逐步過渡到大例子，以便學(xué)生把所學(xué)原理與平時遇到的問題聯(lián)系起來。
　　由于本教材的篇幅所限，本書內(nèi)容進(jìn)行了一定的簡化，這可能在某種程度上影響了讀者對其內(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