Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Разработка ядра Linux

Второе издание

Роберт Лав

Посвящается Дорис (Doris) и Хелен (Helen)

Предисловие

В связи с тем, что ядро и приложения операционной системы Linux используются все более широко, возрастает число разработчиков системного программного обеспечения, желающих заняться разработкой и поддержкой операционной системы Linux. Некоторые из этих инженеров руководствуются исключительно собственным интересом, некоторые работают в компаниях, которые занимаются операционной системой Linux, некоторые работают на производителей компьютерных аппаратных средств, некоторые заняты в проектах по разработке программного обеспечения на дому.

Однако все они сталкиваются с общей проблемой: кривая затрат на изучение ядра становится все длиннее и круче. Система становится все более сложной и, кроме того, очень большой по объему. Годы проходят, и нынешние члены команды разработчиков ядра приобретают все более широкие и глубокие знания, что увеличивает разрыв между ними и разработчиками-новичками.

Я уверен, что понимание основного кода ядра Linux уже сейчас является проблемой, приводящей к ухудшению качества ядра, и в будущем эта проблема станет еще более серьезной. Все, кому нравится операционная система Linux, несомненно, заинтересованы в увеличении числа разработчиков, которые смогут внести свой вклад в развитие ядра этой операционной системы.

Один из возможных подходов к решению данной проблемы — ясность исходного кода: удобные интерфейсы, четкая структура, следование принципу "Делать мало, но делать хорошо" и т.д. Такое решение предложено Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds).

Подход, который предлагаю я, состоит в использовании большего числа комментариев внутри исходного кода, что поможет читателю понять, чего хотел достичь программист. (Процесс выявления расхождений между целью и реализацией известен как отладка. Этот процесс значительно затрудняется, если не известно, чего хотели достичь.)

Однако комментарии все же не дают представления о том, для чего предназначено большинство подсистем и как разработчики приступали к их реализации.

Именно печатное слово лучше всего подходит для стартовой точки такого понимания.

Вклад Роберта Лава (Robert Love) состоит в предоставлении возможности, благодаря которой опытные разработчики смогут получить полную информацию о том, какие задачи должны выполнять различные подсистемы ядра и каким образом предполагается выполнение этих задач. Этой информации должно быть достаточно для многих людей: для любопытных, для разработчиков прикладного программного обеспечения, для тех, кто хочет ознакомиться с устройством ядра, и т.д.

Кроме того, данная книга является ступенькой, которая может перенести начинающих разработчиков на новый уровень, где изменения в ядро вносятся для того, чтобы достичь определенной цели. Я хотел бы посоветовать начинающим разработчикам, чтобы они не боялись испачкать свои руки: наилучший способ понять какую- либо часть ядра — это внести в нее изменения. Внесение изменений повышает понимание разработчика до уровня, которого нельзя достичь простым чтением кода ядра.

Серьезный разработчик ядра присоединится к спискам рассылки разработчиков и будет контактировать с другими коллегами. Это основной способ, позволяющий разработчикам учиться и быть на высоком уровне. Роберт очень хорошо осветил механизмы и культуру этой важной части жизни сообщества разработчиков ядра.

Пользуйтесь книгой Роберта и учитесь по ней! Может быть, и вы решите сделать следующий шаг и вступить в сообщество разработчиков ядра, куда мы вас и приглашаем. Людей ценят по важности их дел, поэтому, помогая развитию операционной системы Linux, знайте, что ваша работа — небольшая, но непосредственная помощь десяткам или даже сотням миллионов людей.

Введение

Когда я сделал первую попытку превратить свой опыт работы с ядром Linux в текст книги, понял, что не знаю, как двигаться дальше. Не хотелось просто писать еще одну книгу о ядре операционной системы. Конечно, на эту тему не так уж и много книг, но все же я хотел сделать что-то такое, благодаря чему моя книга была бы особенной. Как достичь этой цели? Я не могу успокоиться, пока не сделаю что- нибудь особенное, лучшее в своем роде.

Наконец я решил, что смогу предложить достаточно уникальный подход к данной теме. Моя работа — изучение и разработка ядра операционной системы. Мое увлечение — изучение и разработка ядра операционной системы. Моя любовь — ядро операционной системы. Конечно, за многие годы я успел собрать много интересных анекдотов и полезных советов. С моим опытом я смог бы написать книгу о том, как нужно разрабатывать программный код ядра и как этого делать не нужно. Прежде всего, эта книга об устройстве и практической реализации ядра операционной системы Linux. В ней информация представлена так, чтобы получить достаточно знаний для решения реальных практических задач и чтобы эти задачи решать правильно. Я человек прагматичный, и книга имеет практический уклон. Она должна быть полезной, интересной и легко читаться.

Я надеюсь, что читатели, после прочтения этой книги, получат хорошее понимание тек правил (писанных и неписаных), которые действуют в ядре операционной системы. Я также надеюсь, что читатели сразу после прочтения этой книги смогут начать действовать и писать полезный, правильный и хороший код ядра. Конечно, эту книгу можно читать и просто ради интереса.

Это то, что касалось еще первого издания книги. Однако время идет и снова приходится возвращаться к рассмотренным вопросам. В этом издании представлено несколько больше информации по сравнению с первым: материал серьезно пересмотрен и доработан, появились новые разделы и главы. С момента выхода первого издания в ядро были внесены изменения. Однако, что более важно, сообщество разработчиков ядра Linux приняло решение[1] в ближайшем будущем не начинать разработку серии ядра 2.7. Было решено заняться стабилизацией серии ядра 2.6. Стабилизация включает в себя много моментов, тем не менее есть один важный, который касается данной книги, — книга, которая посвящена ядру серии 2.6, остается актуальной. Если изменения происходят не слишком быстро, то существует большой шанс, что "моментальный снимок" ядра останется актуальным и в будущем. В конце концов, книга сможет вырасти и стать канонической документацией по ядру. Я надеюсь, что именно такая книга и находится у вас в руках.

Как бы там ни было, книга написана, и я надеюсь, что она вам понравится.

Итак…

Разработка программного кода ядра операционной системы не требует наличия гениальной, волшебной или густой бороды Unix-хакера. Хотя ядро операционной системы и имеет некоторые свои особенности, оно незначительно отличается от любого большого программного продукта. Так же как и в случае любой сложной программы, здесь есть, что изучать, но в программировании ядра не намного больше священных или непонятных вещей, чем в создании любой другой программы.

Очень важно, чтобы вы читали программный код. Доступность открытого исходного кода операционной системы Linux — это подарок, который встречается очень редко. Однако недостаточно только читать исходный код. Необходимо взяться за дело серьезно и изменять этот программный код. Находите ошибки и исправляйте их! Улучшайте драйверы для своего аппаратного обеспечения! Находите слабые места и закрывайте их! У вас все получится, если вы будете сами писать программный код.

Версия ядра

Эта книга посвящена ядрам Linux серии 2.6 и базируется на версии ядра 2.6.10. Ядро — это "движущийся объект", и никакая книга не в состоянии передать динамику во все моменты времени. Тем не менее базовые внутренние структуры ядра уже сформировались, и основные усилия по представлению материала были направлены на то, чтобы этот материал можно было использовать и в будущем.

Читательская аудитория

Эта книга предназначена для разработчиков программного обеспечения, которые заинтересованы в понимании ядра операционной системы Linux. Тем не менее это не построчные комментарии исходного кода ядра. Это также не руководство по разработке драйверов и не справочник по программному интерфейсу (API) ядра (кстати, формализованного API ядра Linux никогда не было). Целью книги является предоставление достаточной информации об устройстве и реализации ядра для того, чтобы подготовленный программист смог начать разработку программного кода. Разработка ядра может быть увлекательным и полезным занятием, и я хочу ознакомить читателя с этой сферой деятельности по возможности быстро. В книге обсуждаются как вопросы теории, так и практические приложения, она обращена к людям, которые интересуются и тем, и другим. Я всегда придерживался мнения, что для понимания практических приложений необходима теория, тем не менее я считаю, что эта книга не сильно углубляется в оба этих направления. Я надеюсь, что, независимо от мотиваций необходимости понимания ядра операционной системы Linux, эта книга сможет объяснить особенности устройства и реализации в достаточной степени.