微软拥抱开源,Win10为啥要引入真Linux4.X内核?

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微软拥抱开源,Win10为啥要引入真Linux4.X内核?

异步社区 2019-05-15 10:01:42 浏览1124
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2019 年微软 Build 开发者大会在雷德蒙德召开。继将 Bash shell、原生 OpenSSH、WSL 引入 Windows,以及在微软商店提供 Ubuntu、SUSE Linux 和 Fedora 等发行版,微软又宣布了一个重大的决定 —— 将完整的 Linux 内核引入 Windows 10。

按照微软的说法,到时 Windows 10 将包含内置的完整定制版 Linux 内核,为最新的 WSL 提供更好的支持。Linux 内核版本为 4.19,是一个长期稳定版。随着 WSL2 正式发布,WSL2 用的 Linux 内核也将完全开源。近些年,微软公司来雇佣了很多 Linux contributor,给微软带来了很多业界领先的 Linux 技术,所以才会有去年的 WSL,这样的举动也必将吸引更多的人才加入。

Linux内核是使用最广泛的开源内核,在服务器和智能手机领域处于统治地位,物联网、大数据、云计算和人工智能等热点技术也离不开Linux内核。对于商业公司而言,采用开源的Linux内核可以享受很多好处,比如节约成本,可以利用行业先进的技术,还可以根据自己的需求定制、修改内核。对于个人而言,从Linux内核中可以学习先进的设计方法和编程技术,为内核贡献代码可以证明自己的技术实力。

可是,当我们准备学习Linux内核时,会发现Linux内核的代码庞大而复杂,在没有专业书籍指导的情况下,读懂代码是一件非常困难的事情。如何学Linux内核?小编推荐这本《Linux内核深度解析》,书中剖析的代码基于Linux 4.12版本,同时,它基于ARM64硬件平台,将两者结合。

作为一个优秀的开源系统,Linux在业界有很广泛的应用。从1994年发布1.0正式版本开始,Linux内核一直在发展,代码越来越庞大,参伍以变,错综其数,要想深入掌握它,并不是一件轻松的事情。

本书作者余华兵从事Linux内核开发工作十余年,有着丰富的实践经验,使用过不同的版本和硬件平台,从2.x到4.x,从MIPS、x86到ARM。伴随着研发大楼的华灯,当年初出校门的学子,如今萧萧两鬓生华,成为一个在Linux领域有深厚积累的专家。相信这本书会让你收获满满。

 对于从事应用程序开发的软件工程师,是否有必要学习内核呢?

应用程序通常使用封装好的库,看起来似乎和内核没有关系,但是库是在内核提供的系统调用的基础上做了一层封装。读者如果研究了库函数和内核配合实现库函数提供的功能,那么对软件运行过程的理解将会更深刻,个人的技术水平也将会提升到新的高度—能够设计开发出高质量的应用程序,在软件运行过程中出现问题时可以快速地分析定位。另外,内核代表了软件行业的最高编程技术,这些编程技术也适用于应用程序。是否有必要学习内核呢?答案是肯定的。

 为什么要学Linux4.X? 

早些年数通领域各厂商(包括思科和华为)的操作系统,都是基于传统的嵌入式操作系统(如典型的VxWorks操作系统)开发的。2010年以后,Linux内核在数通厂商中快速生长,迅速成为数通设备网络操作系统的内核。就像基于Linux内核的安卓系统已经成为智能手机领域的领头羊一样,在数通设备领域,Linux内核也大有一统江湖之势。

我们在基于Linux内核开发网络操作系统的过程中遇到的某些技术问题,在Linux内核的演进过程中已经提供了解决方案。Linux 3.11版本ARM架构支持巨型页机制,解决了ARM架构的进程访问大内存的性能问题。Linux 3.14版本引入ZRAM内存压缩技术,用于节省内存空间,这项技术适合在内存容量小的设备上使用。Linux 2.6.29版本引入的squash文件系统和Linux 3.18版本引入的overlay文件系统,在闪存容量小的设备上解决了存储空间不足的问题。squash文件系统可以压缩数据,但是它是一个只读的文件系统,而设备需要一个可写的文件系统,我们在Linux内核找到了解决方案—使用overlay文件系统在squash文件系统上面叠加一个可写的文件系统。这些拿来即用的Linux内核技术,在这本书中都有提及。

近年来Linux发展迅速,公司最早使用的Linux内核是2.6版本,从2011年发布3.0版本开始到2018年年底发布4.20版本,Linux一共发布了41个版本,技术发展日新月异。很多技术虽然有众多的工程师在使用和总结,但仍相对零散,基于Linux 4.x的图书更是少之又少。

 本书特点是什么吗? 

本书剖析的代码基于Linux 4.12版本,发布于2017年,是Linux内核史上变动较大的版本之一。基于这个版本进行内核代码解析并出版成书,是比较新颖的,既不失通用性,又兼顾4.x版本中引入的不少新技术点。同时,它基于ARM64硬件平台,将两者结合的书,目前还是比较少的。

另外,本书没有过多地介绍操作系统的基础原理,而更多地是以实际代码来解读在Linux内核中是如何实现操作系统的各个子系统的。对于熟悉操作系统基础的读者来说,可以快速地切入到具体代码的理解与实现中。从内核引导和初始化开始,到进程管理、内存管理、中断/异常/系统调用、内核互斥技术和文件系统,本书比较系统地对内核代码进行了深度解析。

Linux内核的知识点相当繁多,很难在一本书中面面俱到,也没有必要。所以,在这本书中,看似不经意间逐层展开的知识点,都是比较基础和常用的。作者以他的实践经历尽量通俗地进行解读,并抓住了其中的重点,可以让读者在实际的开发、调试和维护工作中学以致用。

“行是知之始,知是行之成”,学习Linux内核技术尤其如此。要真正消化理解Linux内核,离不开大量的工程实践。希望本书可以成为你前进路上的好帮手!

 如何读这本书?

本书介绍4.12版本的Linux内核,建议你在阅读本书时到Linux内核的官方网站中下载一份代码,对照代码学习。推荐使用“Source Insight”软件阅读代码。

Linux内核支持多种处理器架构,处理器架构特定的代码放在“arch”目录下。ARM处理器在手机和平板电脑等移动设备上处于统治地位。ARM处理器从ARMv7演进到支持64位的ARMv8,ARM公司重新设计了处理器架构,ARMv8定义了AArch64和AArch32两种执行状态,AArch64是64位架构;AArch32是32位架构,兼容ARMv7。因为ARMv8和ARMv7的差别很大,所以Linux内核把ARMv8和ARMv7当作两种不同的处理器架构,ARMv7架构的代码放在“arch/arm”目录下,ARMv8架构的代码放在“arch/arm64”目录下。人们通常把ARMv8架构的AArch64执行状态称为ARM64架构。本书在介绍Linux内核时选择ARM64处理器架构。

学习本书,需要具备ARM64处理器的基础知识,推荐以下两篇文档,读者可以从ARM公司的网站下载。

(1)“ARM Cortex-A Series Programmer’s Guide for ARMv8-A”:这篇文档接近300页,适合入门学习。

(2)“ARM Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile”:这篇文档有6000多页,写得很详细,适合当作工具书来查询。

学习内核,关键是要理解数据结构之间的关系和函数调用关系。内核中数据结构之间的关系错综复杂,函数调用层次深,有些函数中的分支非常多,一个函数就可能涉及很多技术,这些都是初学者学习中的障碍。作者建议读者在学习时抓住主要线索,弄清楚执行流程,刚开始不要过多关注函数的细节。为了方便学习,作者绘制了很多图来描述数据结构之间的关系和函数的执行流程。另外,作者在介绍每种技术时会先介绍使用方法,从使用方法开始学习技术,相信会对读者理解技术有很大的帮助。

全书内容共分为6章。

第1章介绍内核的引导过程,本书选择常用的引导程序U-Boot,读者可以从德国DENX软件工程中心的网站下载U-Boot的代码,对照学习。

第2章介绍内核管理和调度进程的技术原理。

第3章介绍内核管理虚拟内存和物理内存的技术原理。

第4章介绍内核处理异常和中断的技术原理,以及系统调用的实现方式。

第5章介绍内核实现的各种保护临界区的互斥技术。

第6章介绍内核的虚拟文件系统,内核使用虚拟文件系统支持各种不同的文件系统。

书名:《Linux内核深度解析》

作者:余华兵

编辑推荐:  

  • 基于ARM64架构的Linux 4.x内核;
  • 大量图例描述数据结构之间的关系和函数的执行流程;
  • 结合代码分析,以通俗化语言全面剖析Linux内核。

本书基于4.x版本的Linux内核,介绍了Linux内核的若干关键子系统的技术原理。本书主要内容包括内核的引导过程、内核管理和调度进程的技术原理、内核管理虚拟内存和物理内存的技术原理、内核处理异常和中断的技术原理,以及系统调用的实现方式等。此外,本书还详细讲解了内核实现的各种保护临界区的互斥技术,以及内核的文件系统。本书内容丰富,深入浅出,通过大量的图例来描述数据结构之间的关系和函数的执行流程,并结合代码分析,引导读者阅读和理解内核源代码。

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