linux源码解析
1. 怎么使用，手上有一本linux内核2.4版源代码分析大全
一般在Linux系统中的/usr/src/linux*.*.*（*.*.*代表的是内核版本，如2.4.23）目录下就是内核源代码（如果没有类似目录，是因为还没安装内核代码）。另外还可从互连网上下载。注意，不要总到去下载，最好使用它的镜像站点下载。请在mirrors/里找一个合适的下载点，再到pub/linux/kernel/v2.6/目录下去下载2.4.23内核。
代码目录结构
在阅读源码之前，还应知道Linux内核源码的整体分布情况。现代的操作系统一般由进程管理、内存管理、文件系统、驱动程序和网络等组成。Linux内核源码的各个目录大致与此相对应，其组成如下（假设相对于Linux-2.4.23目录）：
1.arch目录包括了所有和体系结构相关的核心代码。它下面的每一个子目录都代表一种Linux支持的体系结构，例如i386就是Intel CPU及与之相兼容体系结构的子目录。PC机一般都基于此目录。
2.include目录包括编译核心所需要的大部分头文件，例如与平台无关的头文件在include/linux子目录下。
3.init目录包含核心的初始化代码（不是系统的引导代码），有main.c和Version.c两个文件。这是研究核心如何工作的好起点。
4.mm目录包含了所有的内存管理代码。与具体硬件体系结构相关的内存管理代码位于arch/*/mm目录下。
5.drivers目录中是系统中所有的设备驱动程序。它又进一步划分成几类设备驱动，每一种有对应的子目录，如声卡的驱动对应于drivers/sound。
6.ipc目录包含了核心进程间的通信代码。
7.moles目录存放了已建好的、可动态加载的模块。
8.fs目录存放Linux支持的文件系统代码。不同的文件系统有不同的子目录对应，如ext3文件系统对应的就是ext3子目录。
Kernel内核管理的核心代码放在这里。同时与处理器结构相关代码都放在arch/*/kernel目录下。
9.net目录里是核心的网络部分代码，其每个子目录对应于网络的一个方面。
10.lib目录包含了核心的库代码，不过与处理器结构相关的库代码被放在arch/*/lib/目录下。
11.scripts目录包含用于配置核心的脚本文件。
12.documentation目录下是一些文档，是对每个目录作用的具体说明。
一般在每个目录下都有一个.depend文件和一个Makefile文件。这两个文件都是编译时使用的辅助文件。仔细阅读这两个文件对弄清各个文件之间的联系和依托关系很有帮助。另外有的目录下还有Readme文件，它是对该目录下文件的一些说明，同样有利于对内核源码的理解。
在阅读方法或顺序上，有纵向与横向之分。所谓纵向就是顺着程序的执行顺序逐步进行；所谓横向，就是按模块进行。它们经常结合在一起进行。对于Linux启动的代码可顺着Linux的启动顺序一步步来阅读；对于像内存管理部分，可以单独拿出来进行阅读分析。实际上这是一个反复的过程，不可能读一遍就理解。
2. Linux 之mutex 源码分析
mutex相关的函数并不是linux kernel实现的，而是glibc实现的，源码位于nptl目录下。
http://ftp.gnu.org/pub/gnu/glibc/glibc-2.3.5.tar.gz
首先说数据结构：
typedef union
{
struct
{
int __lock;
unsigned int __count;
int __owner;
unsigned int __nusers;
/* KIND must stay at this position in the structure to maintain
binary compatibility. */
int __kind;
int __spins;
} __data;
char __size[__SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T];
long int __align;
} pthread_mutex_t;
int __lock; 资源竞争引用计数
int __kind; 锁类型，init 函数中mutexattr 参数传递，该参数可以为NULL，一般为 PTHREAD_MUTEX_NORMAL
结构体其他元素暂时不了解，以后更新。
/*nptl/pthread_mutex_init.c*/
int
__pthread_mutex_init (mutex, mutexattr)
pthread_mutex_t *mutex;
const pthread_mutexattr_t *mutexattr;
{
const struct pthread_mutexattr *imutexattr;
assert (sizeof (pthread_mutex_t) <= __SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T);
imutexattr = (const struct pthread_mutexattr *) mutexattr ?: &default_attr;
/* Clear the whole variable. */
memset (mutex, '\0', __SIZEOF_PTHREAD_MUTEX_T);
/* Copy the values from the attribute. */
mutex->__data.__kind = imutexattr->mutexkind & ~0x80000000;
/* Default values: mutex not used yet. */
// mutex->__count = 0; already done by memset
// mutex->__owner = 0; already done by memset
// mutex->__nusers = 0; already done by memset
// mutex->__spins = 0; already done by memset
return 0;
}
init函数就比较简单了，将mutex结构体清零，设置结构体中__kind属性。
/*nptl/pthread_mutex_lock.c*/
int
__pthread_mutex_lock (mutex)
pthread_mutex_t *mutex;
{
assert (sizeof (mutex->__size) >= sizeof (mutex->__data));
pid_t id = THREAD_GETMEM (THREAD_SELF, tid);
switch (__builtin_expect (mutex->__data.__kind, PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP))
{
…
default:
/* Correct code cannot set any other type. */
case PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP:
simple:
/* Normal mutex. */
LLL_MUTEX_LOCK (mutex->__data.__lock);
break;
…
}
/* Record the ownership. */
assert (mutex->__data.__owner == 0);
mutex->__data.__owner = id;
#ifndef NO_INCR
++mutex->__data.__nusers;
#endif
return 0;
}
该函数主要是调用LLL_MUTEX_LOCK， 省略部分为根据mutex结构体__kind属性不同值做些处理。
宏定义函数LLL_MUTEX_LOCK最终调用，将结构体mutex的__lock属性作为参数传递进来
#define __lll_mutex_lock(futex) \
((void) ({ \
int *__futex = (futex); \
if (atomic_compare_and_exchange_bool_acq (__futex, 1, 0) != 0) \
__lll_lock_wait (__futex); \
}))
atomic_compare_and_exchange_bool_acq (__futex, 1, 0)宏定义为：
#define atomic_compare_and_exchange_bool_acq(mem, newval, oldval) \
({ __typeof (mem) __gmemp = (mem); \
__typeof (*mem) __gnewval = (newval); \
\
*__gmemp == (oldval) ? (*__gmemp = __gnewval, 0) : 1; })
这个宏实现的功能是：
如果mem的值等于oldval，则把newval赋值给mem，放回0，否则不做任何处理，返回1.
由此可以看出，当mutex锁限制的资源没有竞争时，__lock 属性被置为1，并返回0，不会调用__lll_lock_wait (__futex); 当存在竞争时，再次调用lock函数，该宏不做任何处理，返回1，调用__lll_lock_wait (__futex);
void
__lll_lock_wait (int *futex)
{
do
{
int oldval = atomic_compare_and_exchange_val_acq (futex, 2, 1);
if (oldval != 0)
lll_futex_wait (futex, 2);
}
while (atomic_compare_and_exchange_bool_acq (futex, 2, 0) != 0);
}
atomic_compare_and_exchange_val_acq (futex, 2, 1); 宏定义：
/* The only basic operation needed is compare and exchange. */
#define atomic_compare_and_exchange_val_acq(mem, newval, oldval) \
({ __typeof (mem) __gmemp = (mem); \
__typeof (*mem) __gret = *__gmemp; \
__typeof (*mem) __gnewval = (newval); \
\
if (__gret == (oldval)) \
*__gmemp = __gnewval; \
__gret; })
这个宏实现的功能是，当mem等于oldval时，将mem置为newval，始终返回mem原始值。
此时，futex等于1，futex将被置为2，并且返回1. 进而调用
lll_futex_wait (futex, 2);
#define lll_futex_timed_wait(ftx, val, timespec) \
({ \
DO_INLINE_SYSCALL(futex, 4, (long) (ftx), FUTEX_WAIT, (int) (val), \
(long) (timespec)); \
_r10 == -1 ? -_retval : _retval; \
})
该宏对于不同的平台架构会用不同的实现，采用汇编语言实现系统调用。不过确定的是调用了Linux kernel的futex系统调用。
futex在linux kernel的实现位于：kernel/futex.c
SYSCALL_DEFINE6(futex, u32 __user *, uaddr, int, op, u32, val,
struct timespec __user *, utime, u32 __user *, uaddr2,
u32, val3)
{
struct timespec ts;
ktime_t t, *tp = NULL;
u32 val2 = 0;
int cmd = op & FUTEX_CMD_MASK;
if (utime && (cmd == FUTEX_WAIT || cmd == FUTEX_LOCK_PI ||
cmd == FUTEX_WAIT_BITSET ||
cmd == FUTEX_WAIT_REQUEUE_PI)) {
if (_from_user(&ts, utime, sizeof(ts)) != 0)
return -EFAULT;
if (!timespec_valid(&ts))
return -EINVAL;
t = timespec_to_ktime(ts);
if (cmd == FUTEX_WAIT)
t = ktime_add_safe(ktime_get(), t);
tp = &t;
}
/*
* requeue parameter in 'utime' if cmd == FUTEX_*_REQUEUE_*.
* number of waiters to wake in 'utime' if cmd == FUTEX_WAKE_OP.
*/
if (cmd == FUTEX_REQUEUE || cmd == FUTEX_CMP_REQUEUE ||
cmd == FUTEX_CMP_REQUEUE_PI || cmd == FUTEX_WAKE_OP)
val2 = (u32) (unsigned long) utime;
return do_futex(uaddr, op, val, tp, uaddr2, val2, val3);
}
futex具有六个形参，pthread_mutex_lock最终只关注了前四个。futex函数对参数进行判断和转化之后，直接调用do_futex。
long do_futex(u32 __user *uaddr, int op, u32 val, ktime_t *timeout,
u32 __user *uaddr2, u32 val2, u32 val3)
{
int clockrt, ret = -ENOSYS;
int cmd = op & FUTEX_CMD_MASK;
int fshared = 0;
if (!(op & FUTEX_PRIVATE_FLAG))
fshared = 1;
clockrt = op & FUTEX_CLOCK_REALTIME;
if (clockrt && cmd != FUTEX_WAIT_BITSET && cmd != FUTEX_WAIT_REQUEUE_PI)
return -ENOSYS;
switch (cmd) {
case FUTEX_WAIT:
val3 = FUTEX_BITSET_MATCH_ANY;
case FUTEX_WAIT_BITSET:
ret = futex_wait(uaddr, fshared, val, timeout, val3, clockrt);
break;
…
default:
ret = -ENOSYS;
}
return ret;
}
省略部分为对其他cmd的处理，pthread_mutex_lock函数最终传入的cmd参数为FUTEX_WAIT，所以在此只关注此分之，分析futex_wait函数的实现。
static int futex_wait(u32 __user *uaddr, int fshared,
u32 val, ktime_t *abs_time, u32 bitset, int clockrt)
{
struct hrtimer_sleeper timeout, *to = NULL;
struct restart_block *restart;
struct futex_hash_bucket *hb;
struct futex_q q;
int ret;
… … //delete parameters check and convertion
retry:
/* Prepare to wait on uaddr. */
ret = futex_wait_setup(uaddr, val, fshared, &q, &hb);
if (ret)
goto out;
/* queue_me and wait for wakeup, timeout, or a signal. */
futex_wait_queue_me(hb, &q, to);
… … //other handlers
return ret;
}
futex_wait_setup 将线程放进休眠队列中，
futex_wait_queue_me(hb, &q, to);将本线程休眠，等待唤醒。
唤醒后，__lll_lock_wait函数中的while (atomic_compare_and_exchange_bool_acq (futex, 2, 0) != 0); 语句将被执行，由于此时futex在pthread_mutex_unlock中置为0，所以atomic_compare_and_exchange_bool_acq (futex, 2, 0)语句将futex置为2，返回0. 退出循环，访问用户控件的临界资源。
/*nptl/pthread_mutex_unlock.c*/
int
internal_function attribute_hidden
__pthread_mutex_unlock_usercnt (mutex, decr)
pthread_mutex_t *mutex;
int decr;
{
switch (__builtin_expect (mutex->__data.__kind, PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP))
{
… …
default:
/* Correct code cannot set any other type. */
case PTHREAD_MUTEX_TIMED_NP:
case PTHREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP:
/* Normal mutex. Nothing special to do. */
break;
}
/* Always reset the owner field. */
mutex->__data.__owner = 0;
if (decr)
/* One less user. */
--mutex->__data.__nusers;
/* Unlock. */
lll_mutex_unlock (mutex->__data.__lock);
return 0;
}
省略部分是针对不同的__kind属性值做的一些处理，最终调用 lll_mutex_unlock。
该宏函数最终的定义为：
#define __lll_mutex_unlock(futex) \
((void) ({ \
int *__futex = (futex); \
int __val = atomic_exchange_rel (__futex, 0); \
\
if (__builtin_expect (__val > 1, 0)) \
lll_futex_wake (__futex, 1); \
}))
atomic_exchange_rel (__futex, 0);宏为：
#define atomic_exchange_rel(mem, value) \
(__sync_synchronize (), __sync_lock_test_and_set (mem, value))
实现功能为：将mem设置为value，返回原始mem值。
__builtin_expect (__val > 1, 0) 是编译器优化语句，告诉编译器期望值，也就是大多数情况下__val > 1 ？是0，其逻辑判断依然为if(__val > 1)为真的话执行 lll_futex_wake。
现在分析，在资源没有被竞争的情况下，__futex 为1，那么返回值__val则为1，那么 lll_futex_wake (__futex, 1); 不会被执行，不产生系统调用。 当资源产生竞争的情况时，根据对pthread_mutex_lock 函数的分析，__futex为2， __val则为2，执行 lll_futex_wake (__futex, 1); 从而唤醒等在临界资源的线程。
lll_futex_wake (__futex, 1); 最终会调动同一个系统调用，即futex, 只是传递的cmd参数为FUTEX_WAKE。
在linux kernel的futex实现中，调用
static int futex_wake(u32 __user *uaddr, int fshared, int nr_wake, u32 bitset)
{
struct futex_hash_bucket *hb;
struct futex_q *this, *next;
struct plist_head *head;
union futex_key key = FUTEX_KEY_INIT;
int ret;
if (!bitset)
return -EINVAL;
ret = get_futex_key(uaddr, fshared, &key);
if (unlikely(ret != 0))
goto out;
hb = hash_futex(&key);
spin_lock(&hb->lock);
head = &hb->chain;
plist_for_each_entry_safe(this, next, head, list) {
if (match_futex (&this->key, &key)) {
if (this->pi_state || this->rt_waiter) {
ret = -EINVAL;
break;
}
/* Check if one of the bits is set in both bitsets */
if (!(this->bitset & bitset))
continue;
wake_futex(this);
if (++ret >= nr_wake)
break;
}
}
spin_unlock(&hb->lock);
put_futex_key(fshared, &key);
out:
return ret;
}
该函数遍历在该mutex上休眠的所有线程，调用wake_futex进行唤醒，
static void wake_futex(struct futex_q *q)
{
struct task_struct *p = q->task;
/*
* We set q->lock_ptr = NULL _before_ we wake up the task. If
* a non futex wake up happens on another CPU then the task
* might exit and p would dereference a non existing task
* struct. Prevent this by holding a reference on p across the
* wake up.
*/
get_task_struct(p);
plist_del(&q->list, &q->list.plist);
/*
* The waiting task can free the futex_q as soon as
* q->lock_ptr = NULL is written, without taking any locks. A
* memory barrier is required here to prevent the following
* store to lock_ptr from getting ahead of the plist_del.
*/
smp_wmb();
q->lock_ptr = NULL;
wake_up_state(p, TASK_NORMAL);
put_task_struct(p);
}
wake_up_state(p, TASK_NORMAL); 的实现位于kernel/sched.c中，属于linux进程调度的技术。
3. Linux内核源码解析-list.h
开头就说明了这里的 list.h 文件来自 Linux Kernel （ */include/linux/list.h ），只是去除了列表项的硬件预加载部分。
进行宏替换后就是
Note: 没搞懂这里为什么加个 osn 前缀，原本是 list_add ，现在是 osn_list_add 。
可以看到就是个简单的链表节点删除过程，同时把删除节点的前后指针设为无法访问。
删除节点后初始化，前后指针都指向自己
从A链表删除后头插法插入B链表
从A链表删除后尾插法插入B链表
先对 list 判空，非空就把 list 链表除头节点外裁剪到 head 头节点在的链表中。函数不安全， list 节点可以继续访问其他节点。
多了一步 list 重新初始化的过程。
(unsigned long)(&((type *)0)->member))) 将0x0地址强制转换为 type * 类型，然后取 type 中的成员 member 地址，因为起始地址为0，得到的 member 的地址就直接是该成员相对于 type 对象的偏移地址了。
所以该语句的功能是：得到 type 类型对象中 member 成员的地址偏移量。
先将 ptr 强制转换为 char * 类型（因为 char * 类型进行加减的话，加减量为 sizeof(char)*offset ， char 占一个字节空间，这样指针加减的步长就是1个字节，实现加一减一。）
整句话的意思就是：得到指向 type 的指针，已知成员的地址，然后减去这个成员相对于整个结构对象的地址偏移量，得到这个数据对象的地址。
就是从前往后，从后往前的区别
Note: 从head节点开始（不包括head节点！）遍历它的每一个节点！它用n先将下一个要遍历的节点保存起来，防止删除本节点后，无法找到下一个节点，而出现错误！
已知指向某个结构体的指针pos，以及指向它中member成员的指针head，从下一个结构体开始向后遍历这个结构体链
Note: 同理，先保存下一个要遍历的节点！从head下一个节点向后遍历链表。
list.h使用说明
linux内核list.h分析(一)
linux内核list.h分析(二)
【Linux内核数据结构】最为经典的链表list
4. 求一段Linux操作系统源代码分析
这个文件非常小 你们老师分析模板给了很好分析了
一，源代码文件名称
Linux/lib/setsid.c
二，源代码功能描述
整体功能：如果调用的进程不是一个组的组长时，setsid创建一个新会话。调用进程将成为该新会话的组长，新进程组的组长，并且没有控制终端。调用进程的组id和会话id被设置成进程的PID，调用进程将成为新进程组合和新会话中的唯一进程。
函数输入：pid-t，setsid
函数输出：调用进程的会话标识符
函数功能：（就一个函数，所以就跟整体功能相同就行了）
三，程序流程图 （可以省略了）
5. linux内核源码详解
Linux的内核源代码可以从很多途径得到。一般来讲，在安装的linux系统下，/usr/src/linux目录下的东西就是内核源代码。
对于源代码的阅读，要想比较顺利，事先最好对源代码的知识背景有一定的了解。对于linux内核源代码来讲，我认为，基本要求是:1、操作系统的基本知识; 2、对C语言比较熟悉，最好要有汇编语言的知识和GNU C对标准C的扩展的知识的了解。
另外在阅读之前，还应该知道Linux内核源代码的整体分布情况。我们知道现代的操作系统一般由进程管理、内存管理、文件系统、驱动程序、网络等组成。看一下Linux内核源代码就可看出，各个目录大致对应了这些方面。Linux内核源代码的组成如下(假设相对于linux目录):
arch 这个子目录包含了此核心源代码所支持的硬件体系结构相关的核心代码。如对于X86平台就是i386。
include 这个目录包括了核心的大多数include文件。另外对于每种支持的体系结构分别有一个子目录。
init 此目录包含核心启动代码。
mm 此目录包含了所有的内存管理代码。与具体硬件体系结构相关的内存管理代码位于arch/-/mm目录下，如对应于X86的就是arch/i386/mm/fault.c 。
drivers 系统中所有的设备驱动都位于此目录中。它又进一步划分成几类设备驱动，每一种也有对应的子目录，如声卡的驱动对应于drivers/sound。
ipc 此目录包含了核心的进程间通讯代码。
moles 此目录包含已建好可动态加载的模块。
fs Linux支持的文件系统代码。不同的文件系统有不同的子目录对应，如ext2文件系统对应的就是ext2子目录。
kernel 主要核心代码。同时与处理器结构相关代码都放在arch/-/kernel目录下。
net 核心的网络部分代码。里面的每个子目录对应于网络的一个方面。
lib 此目录包含了核心的库代码。与处理器结构相关库代码被放在arch/-/lib/目录下。
scripts 此目录包含用于配置核心的脚本文件。
Documentation 此目录是一些文档，起参考作用。
6. linux源码分析
linux的tcp-ip栈代码的详细分析
1.数据结构(msghdr,sk_buff,socket,sock,proto_ops,proto)
bsd套接字层,操作的对象是socket,数据存放在msghdr这样的数据结构：
创建socket需要传递family,type,protocol三个参数，创建socket其实就是创建一个socket实例，然后创建一个文件描述符结构，并且互相建立一些关联，即建立互相连接的指针，并且初始化这些对文件的写读操作映射到socket的read，write函数上来。
同时初始化socket的操作函数(proto_ops结构),如果传入的type参数是STREAM类型，那么就初始化为SOCKET->ops为inet_stream_ops，如果是DGRAM类型，则SOCKET-ops为inet_dgram_ops。对于inet_stream_ops其实是一个结构体，包含了stream类型的socket操作的一些入口函数，在这些函数里主要做的是对socket进行相关的操作，同时通过调用下面提到的sock中的相关操作完成socket到sock层的传递。比如在inet_stream_ops里有个inet_release的操作，这个操作除了释放socket的类型空间操作外，还通过调用socket连接的sock的close操作，对于stream类型来说，即tcp_close来关闭sock
释放sock。
创建socket同时还创建sock数据空间，初始化sock,初始化过程主要做的事情是初始化三个队列，receive_queue(接收到的数据包sk_buff链表队列),send_queue(需要发送数据包的sk_buff链表队列),backlog_queue(主要用于tcp中三次握手成功的那些数据包,自己猜的),根据family、type参数，初始化sock的操作，比如对于family为inet类型的，type为stream类型的，sock->proto初始化为tcp_prot.其中包括stream类型的协议sock操作对应的入口函数。
在一端对socket进行write的过程中，首先会把要write的字符串缓冲区整理成msghdr的数据结构形式(参见linux内核2.4版源代码分析大全),然后调用sock_sendmsg把msghdr的数据传送至inet层，对于msghdr结构中数据区中的每个数据包，创建sk_buff结构，填充数据，挂至发送队列。一层层往下层协议传递。一下每层协议不再对数据进行拷贝。而是对sk_buff结构进行操作。