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Linux内核探秘 视频教程
课程简介：3 x' F; W4 S* w" N. p9 ?( v8 Y
本课程的内容很简单，分析透彻一个简单的文件系统，分析透彻一个设备驱动，
课后检验和作业也简单，学习者独立写一个简单文件系统，独立写一个设备驱动。
如果完成课程，达到课后目标，相信我，你已经超过了国内主流公司绝大多数人的内核水准。
$ |7 f$ ~1 p# [* i% G6 J; o
老师致学习者的话：
我认为，计算机技术层面可以分为系统和架构、语言和编译、OS。而系统内核无疑是其中最有难度，学习路径最陡峭的一部分。各位既然选择业余时间来学习这门艰深的课程，想必对自己有所期许，也有投入的计划。诚实的说，本课程确实不是容易通过的，但对有志向的各位来说，如果很容易通过，那么别人也会很容易。既然大家都容易得到，那么价值就大打折扣了。由此有志于此的学习者需要做好挑战的准备。
老师只是课程的引导者，而非代替学习者实践和思考的人。学习者可以利用网络搜索和自行发现答案，我想这一定可以大大提升学习者的信心。
) I& b' \- V1 d" u2 H% ?
本课程不需要太多内核方面的知识。毕竟这是一门从基础开始的课程。基本的c语言编程知识还是需要的，起码要编译过内核，能配置内核编译的选项。 6 J( r5 a: z. T1 W$ q$ I; x
3 P4 b. c# K2 k( k& i1 h# d
本课程的内容设置和典型的教科书不同，也和其它类似的教程不同，课程设置完全反应了老师的思考和对国内工业界现实的理解。将OS内核分为基础层面和应用层面是作者的一个创造，也是导引学习者快速入门和学以致用的关键。本课程包括对OS内存和任务调度的应用，但并不包括这些的原理。因为老师并不认为知识的堆彻就可以加深理解和思考，学习—应用—创新—再学习是作者理解的较好路径。如果能学以致用，就已经达到很深的程度。毕竟这只是起步阶段，太多的知识只会打击初学者的信心。( M( \5 i1 F! b, R% Z4 f* p
* p5 I9 z3 e, s4 M/ l
虽然课程有大量的学习内容，但课程的目的不是为了掌握某些知识，而是为了了解学习的方法，再进一步了解思考的方式。我一直认为，独立学习是重要的，而独立思考能力是最重要的。所以课程作业可能和课程的内容并没关系，甚至是课程里面完全没有的内容。没问题，如果深入思考，作业不会超过初学者可以达到的水准，而找到答案的学习者，会发现已经找到了自己的学习之路。
课程大纲：( }& e9 B8 X& z1 C( X$ ]
第1课前言(第一阶段：基础知识)
国内内核应用的现状
各大公司内核应用情况的介绍（百度、阿里、腾讯、IBM、intel、华为等）
国内普遍的内核应用模式和问题 h$ x) P& ]& g; i5 P' K
/ N/ `, j4 @1 n' k+ U$ h% b
内核在当前的主流应用
云计算和虚拟化中内核的应用* k0 C* R7 w1 O" j
设备开发中驱动的开发% ~: T' d) ~+ k* `1 j9 _
分布式系统应用：分布式文件系统，
' k8 Z& ?5 M$ g& D" P7 k
如何学习内核
带着使用的目的学习内核，边学边用，学以致用7 M# W8 h5 |4 i
阅读和修改活着的代码，而非读书籍
以培养阅读代码的能力为主，而非具体知识的学习( q1 _6 w- Y3 i0 l, a6 c" H* V
内核基础层的范畴
内核基础层和应用层的划分逻辑/ i! w% c9 @/ T8 F* K' e4 ?7 l
从代码量和应用模式理解应用层和基础层6 y+ W0 T9 Q6 |$ ~
学习方法和内容2 b2 e* C. z* g/ D i
切勿贪大求全，聚焦关键应用领域
奠定基础，循序渐进' b0 e* A1 b+ d% C
兴趣是第一驱动力# P6 m9 g5 s; K) G
本课程提出的学习方法和内容8 v: g" a5 ]7 @; _2 z
第2课内核基础层数据结构(第一阶段：基础知识)
内核数据结构
双向链表5 e8 P, t, ~: P
Hash链表
单向链表4 M! u+ }. B* _' _8 ]
红黑树( l' {9 G% M& M, f+ }
Radix树
2 d8 u9 J) t, J; T. T8 v
内核同步机制
自旋锁- b2 |, m7 U" `7 u! G% O, P3 Y
内核信号量! c$ ~+ A; x7 l" Q7 Z0 J/ x
自旋锁和内核信号量的区别1 B7 r; c6 V9 h# ~3 S, _
原子变量
completion
每CPU变量
RCU无锁机制" ?7 @7 ]( R$ n0 z
- G+ I! I0 w8 M8 Q3 s: t. q
第3课内核基础层提供的服务
内核中使用内存6 @/ D& ^! v% X* a" a: S' b1 R; m
Linux内存管理基础-伙伴系统和slab2 O4 C; J: F( a" P( [
从伙伴系统申请内存
从slab系统申请内存
内核中的任务调度" Y& P) i; E2 o) ^" U" F) y
内核中进程调度的目的和应用范围
从例子程序学习进程调度: I0 g) [6 s& j" {2 Z
内核进程调度的几种方式3 `4 j1 F6 {0 d, j1 g% s
$ C8 t7 S0 {. q3 I# E! ]: _/ v
软中断和tasklet/ O- D8 V# D. K
软中断和中断的关系( I. D2 X% C9 X1 I! p6 k0 R
内核缺省定义的软中断—BLOCK_SOFTIRQ、NET_TX_SOFTIRQ、NET_RX_SOFTIRQ9 Z# A, k6 E# W' _! v
takslet" g4 a+ l3 y, W, x1 a o# F
工作队列
可以被调度的工作队列
创建自己的工作队列. T N: q. P! g2 A2 T3 e8 c; o% s
第4课（第二阶段：文件系统）
文件系统的基本概念
虚拟文件系统VFS7 y& G& G& n- B/ g
超级块9 v9 L P+ ~6 a5 m+ {" k
目录项dentry
索引节点inode
文件—和进程有关的概念! N; C+ i7 _7 {
文件系统的架构
超级块在文件系统中的基础作用" B2 v% e: G! b; v: L* Q g8 i n
Dentry—将文件组织为树状
Inode—文件的代表+ x! U7 Z3 o, r
文件—和进程有关的逻辑对象
从代码层次理解文件系统
写一个最简单文件系统' S. m! h7 B( ?. n2 O2 Y$ a
登记文件系统7 m) q; q+ W/ M+ J
文件系统申请自身的数据结构
文件系统创建目录和文件
第5课文件的打开过程
9 S; o: _: ~# H! a# x$ s8 k6 T
第6课sysfs文件系统（第二阶段：文件系统）" J% H4 V/ D0 s/ m% R1 E
Sysfs—为设备服务的特殊文件系统
Sysfs的作用以及sysfs和dev目录、proc文件系统的区别
Sysfs文件系统的初始化6 J* ~ _; G/ q- |8 I
目录文件的创建
普通文件的创建
文件的打开过程
和普通文件打开过程的衔接8 `+ N8 l% r8 N+ D
为文件创建inode结构4 A; m8 r8 U6 @, n. s8 x
为dentry结构绑定属性, O6 r2 a; d$ U/ q/ a- _ ?4 I; K
在文件中保存私有数据
文件的读写- h* b$ q% I: x6 a4 T2 _
读文件的过程分析 g7 T! `+ O/ o% W
写文件的过程分析
( q R5 P8 N' B1 p0 a
为对象属性服务的Kobject结构! E \5 B1 W2 W+ l/ Z( Q2 U
Kobject概念和作用* m% E0 F, |) g# d1 h
利用koject理解总线的注册( E+ R1 p! b7 f ~2 t* b2 _8 `$ b$ l
% Q$ w3 R7 ^* t6 | `% t
第7课文件系统的读写（第二阶段：文件系统）2 U7 I( a% _% }) T
文件系统的page cache机制
buffer I/O和direct I/O0 L. V+ P, F- \5 O
块缓存和page cache
Page cache的管理
Page cache的状态
文件预读( S' `# c& f8 d% S6 B3 S
预读的作用
预读机制的架构和算法
& Y) O2 g1 m; |' N% G
文件锁概念和应用
建议锁和强制锁
读锁和写锁( A( a& R" a7 B% E3 h
文件读过程代码分析
硬盘操作模式和文件读写的关系
文件同步操作和异步操作
页状态和读操作的关系
读操作的返回
2 t s8 g* {! U( x0 y5 u
文件写过程代码分析
- L$ [3 H; F: J0 c
第8课通用块层和scsi层（第二阶段：文件系统）
块设备队列! g r# [, C+ c! `
Scsi块设备队列
电梯算法和电梯对象/ |" B! Q: {4 V0 R3 W( F
硬盘HBA抽象层0 z9 ~( ~2 I, ]. H* [) |! P( o; L
1 \' U) h3 ~3 R( R
IO的顺序控制) |" e5 m3 x7 B0 K E
IO调度算法2 ^, g# v) o+ p, p, C5 w
IO调度算法的架构
Noop调度算法9 X, k D' ?+ r3 Y! f6 }( ^* g: S* j9 O
Deadline调度算法+ @ w( z' x1 s. f, P
IO的处理过程
IO插入队列的过程& v! L2 Z" ^% [, U2 l5 j
IO出队列的过程( K/ ~) v5 L. W# j; I4 ~
IO返回路径! o6 c: I6 g( H
第9课一个真实的文件系统ext2(第二阶段)% z; {$ I- b5 h( A: F/ s
Ext2文件系统的布局
Ext2文件系统的目录树# j9 e, u7 U! ^# U, b- H
Ext2文件系统的内容管理
Ext2文件系统的读写8 Q/ `) \, ^# Y, J" X
; h* o& h B T: G, D
第10课设备概念和架构（第三阶段）- t1 M# T+ P1 L
设备概念和架构
设备的端口和设备内存1 q. C' o1 D1 q
设备中断和DMA
总线对设备的扫描0 m" ]9 z$ W j- ~+ K$ H- X
设备驱动管理
理解PCI总线( P8 I# P/ Z# t/ E
Pci设备工作原理; c+ S( o/ M5 L, n8 w' I
Pci总线域
Pci资源管理
Pci配置空间设置和读取
6 B ]! P# K. Y7 p! T
PCI设备的扫描和发现% D9 g: N2 w8 k- }3 {: Y) i
扫描系统0号总线/ i( R7 r9 |+ ?+ W4 |9 q) v
扫描总线上的pci设备1 S5 R, j' F8 S% L/ H8 D
扫描多功能设备
扫描single设备% r, ^; }) h0 `; v5 N# I3 u h
设备信息和属性
) Z B( {6 I- p: p
第11课字符设备和input
文件系统和设备的关系! T* e- J: g. Y) ?% S6 S, s
代表设备的文件
字符设备和字符设备的缺省处理函数2 V, j& Z; d& k: k
+ k6 G6 q y9 h% x
Input设备注册5 c7 Z) T7 i( z" |2 g
主从设备号
设备区间的登记. P* x; I5 T N& p q5 S! X1 k
注册字符设备0 Y- q' `7 |$ d, l F: f* ~
打开input设备
Input设备的架构分析
注册input设备的驱动
设备和驱动的匹配方式
注册input设备+ l( ?& Q2 f) K, s
2 E4 ?, m- l6 J7 B7 h9 c+ u
第12课platform总线
从驱动发现设备的过程7 x; J8 B+ g g
Q40kbd键盘驱动的初始化8 m5 _) R/ r4 i; u. A( t# v
注册platform驱动* G: u% K! }8 g/ L, A% f
将驱动注册到总线
驱动加载
遍历总线上的设备# { l- f* X: ?$ N% ^* p% T+ A
" R* k7 u3 `9 m3 t) }3 L
从设备找到驱动的过程+ X5 W. ^9 W6 y
注册设备和总线
注册设备的资源信息' \/ Y5 N. k9 w0 _8 [
添加设备对象. Y" P6 S1 D" P! h/ O. Z
第13课块设备
块设备的架构
块设备、通用磁盘对象和队列
块设备和通用磁盘对象的绑定
块设备的队列和应用, j3 b7 _/ v; V8 m; t! b7 N
: I$ t7 E: b3 g7 L' \
块设备的创建和使用过程分析
块设备例子-nbd驱动初始化( l" O' X2 y6 X
为通用磁盘对象创建队列
通用磁盘对象加入系统
+ y" F' ~0 k% w
块设备文件系统# v3 o2 _% k, r8 D
块设备文件系统的设计思路$ e+ d( ^" Z6 p" c* u
块设备文件系统的初始化8 t; u3 U k6 y2 P4 Q: }5 M1 \" c
5 c' w, W) X* i2 n+ ~+ w
块设备打开的过程0 o2 n2 Q7 w4 Q m6 y) M6 v8 G" `
块设备对象# f& b) T) m% p* b1 k" j
块设备的打开过程
, I) _% t3 C1 Y Y
软件版本：6 j6 F* C' s& n( l) |! j5 Z, X
2.6.18$ P/ L( A" Z; G! q* z6 Q% u0 O
课程环境：4 R) v7 F$ _; z; J
可运行linux和可编译内核的版本即可，内核版本可以从www.kernel.org下载 $ J& N7 T/ T7 @
授课讲师：
高剑林,资深Linux内核专家、存储系统专家、嵌入式系统专家。先后就职于华为、UT斯达康、赛门铁克等公司，从事路由器设备研发、软件开发和存储系统研究相关的工作10余年，经验非常丰富，著有《Linux内核探秘:深入解析文件系统和设备驱动的架构与设计 》一书
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发表于 2018-4-13 08:22:55
变色卡
发表于 2018-4-13 08:30:23