linux 0.11 内核完全注释V3.0学习笔记（一）

第1章 概述

1.1 Linux的诞生和发展

Linux操作系统是UNIX操作系统的一种克隆系统，诞生于1991年10月5日（第一次对外公布时间），Linux操作系统的诞生、发展和成长过程依赖以下5大支柱：UNIX操作系统、MINIX操作系统、GNU计划、POSIX标准和Internet网络。目前Linux内核版本已经开发到4.13.11稳定版本，获取kernel源码可从Linux官方网站下载https://www.kernel.org，通过https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/选择相应版本下载，也可通过git获取源码git clone git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/stable/linux-stable.git获取源码后可切换到相应版本分支上。

1.1.1 UNIX操作系统

UNIX操作系统是美国贝尔实验室Ken.Thompson和Denis Ritchie在DEC PDP-7小型计算机开发的一个分时操作系统。1969年夏Ken.Thompso在PDP-7使用BCPL（基本组合编程语言）一个月开发出了UNIX操作系统的原型，后经Denis Ritchie于1972年用移植性很强的C语言改写，使得UNIX系统在院校得到了推广。

1.1.2 MINIX操作系统

MINIX是一种基于微内核架构的类UNIX计算机操作系统，由Andrew S. Tanenbaum发明。MINIX最初发布于1987年，开放全部源代码给大学教学和研究工作。同时提供了用C语言和汇编语言编写的系统源代码。

1.1.3 GNU计划

GNU计划和自由软件基金会FSF（the Free Software Foundation）是由Richard M.Stallman于1984年一手创办的，旨在开发一个类UNIX并且是自由软件的完整操作系统。GNU是“GNU’s Not UNIX”的递归缩写。到90年代初，GNU项目已经开发初许多高质量的免费代码。其中包括有名的emacs编辑系统、bash shell程序、gcc系列编辑程序、gdb调试程序等，这些软件为Linux操作系统的开发创造了一个合适的环境。

1.1.4 POSIX标准

POSIX表示可移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，缩写为 POSIX ）POSIX标准定义了操作系统应该为应用程序提供的接口标准，是IEEE为要在各种UNIX操作系统上运行的软件而定义的一系列API标准的总称，其正式称呼为IEEE 1003，而国际标准名称为ISO/IEC 9945。
POSIX标准意在期望获得源代码级别的软件可移植性。换句话说，为一个POSIX兼容的操作系统编写的程序，应该可以在任何其它的POSIX操作系统（即使是来自另一个厂商）上编译执行。
1991~1993年间，POSIX标准的制定正处在最后投票敲定的时候，也是Linux刚刚起步的时候，这个UNIX标准为Linux提供了极为重要的信息，使得Linux能够在标准的指导下进行开发，并能与绝大UNIX操作系统兼容。在最初的Linux内核源代码中（0.01版、0.11版）就已经为Linux系统与POSIX标准的兼容做好了准备工作。

1.1.5 Linux操作系统的诞生

1.1.6 Linux操作系统版本的变迁

1.1.7 Linux名称的由来

Linux操作系统刚开始并没有称作Linux，Linus给他的操作系统取名FREAX，怪诞的、怪物、异想天开的意思。在他将新的操作系统放到ftp.funet.fi服务器上时，管理员Ari Lemke很不喜欢这个名称，他认为是Linus的操作系统就取谐音Linux作为操作系统的目录吧，于是这个名称就这个流传下来。

1.1.8 早期Linux系统开发的主要贡献者

Thedore Ts’o(Ted Ts’o):Linux操作系统刚刚问世，怀着极大的热情为linux的发展提供了maillist，linux 0.10版添加了虚拟盘驱动程序ramdisk.c和内核内存分配程序kmalloc.c,最大贡献之一是提出并实现了ext2文件系统，该文件系统现已成为Linux文件系统标准，后面又推出了ext3文件系统，该系统大大提高了文件系统的稳定性和访问效率。
Alan Cox：Linux系统上TCP/IP网络代码的最早使用人之一，2001年负责维护linux内核2.4.x的代码。
Michael K.johnson:著名的linux文档计划的发起者之一。
Linux如今飞速发展，有着众多高手做出极大的贡献，具体名单可在Linux内核中的CREDITS文件查看，按字母列出了做出贡献的名单列表。

1.2 内容综述

Linux-0.11版本在1991年12月8日发布，发布时包含以下文件：
bootimgage.Z –具有美国键盘代码的压缩启动映像文件；
bootimgage是引导启动image文件，其中主要包含磁盘引导扇区代码，操作系统加载程序和内核执行代码。
rootimage.Z –用于向内核提供最基本支持的根文件系统，其中包括配置文件和命令执行程序。
as86.tar.Z –16位汇编链接程序软件包。
linux-0.11.tar.Z –linux 0.11内核源代码。
INSTALL-0.11 –linux 0.11系统简单安装说明文档。
Linux 0.11内核源代码结构列表如下：

本书各个章节介绍：
- 第2章：基于传统微机系统组成框图，主要介绍Linux内核运行之上的IBM PC/AT386微机的组成部分和介绍各大组成部分的功能和相互联系。
- 第3章：介绍Linux内核使用的编程语言、主要是阅读linux0.11源码所需的汇编语言和GNU C语言中的内嵌扩展知识。
- 第4章：80X86 CPU的体系结构以及保护模式下编程基础知识，主要包括：80X86基础知识、保护模式内存管理、中断和异常处理、任务管理及一个简单的内核示例。
- 第5章：内核体系结构及中断机制、系统调用和进程控制、堆栈等。
- 第6章：引导启动程序BOOTSECT.s、SETUP.s、HEAD.s。
- 第7章：初始化程序 main.c 。
- 第8章：kernel目录中所有程序，最重要部分进程调度函数schedule()、sleep()和有关系统调用程序。
- 第9章：kernel/blk_drv/目录下块设备驱动程序（磁盘、软盘）。
- 第10章：kernel/char_drv/目录下字符设备驱动程序（串行、键盘、显示器）
- 第11章：kernel/math/目录下数学协处理器仿真程序。
- 第12章：fs/文件系统程序，可参考书籍Andrew S.Tanenbaum。 《操作系统设计与实现》有关MINIX文件系统章节。
- 第13章：内存管理程序。
- 第14章：所有头文件的详细说明。
- 第15章：lib下所有文件。
- 第16章：tools/build.c,仅用于将内核的 磁盘引导程序块和其他主要内核模块连接成一个完整的内核映像。
- 第17章：实验环境和使用方法。

Linus开发linux主要参考3本书籍
- M.J.Bach 《UNIX操作系统设计》该书描述了UNIX System V内核的工作原理和数据结构
- John H Crawford 《Programming the 80386》是讲解80X86下保护模式编程方法的好书
- Andrew S.Tanenbaum 《操作系统设计与实现》使用了该书中描述的MINIX文件系统1.0版本