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跟濤哥一起學嵌入式15：你為什麼看不懂Linux內核驅動源碼？

03-04

學習嵌入式Linux驅動開發，最核心的技能就是能夠編寫Linux內核驅動、深入理解Linux內核。而做到這一步的基礎，就是你要看得懂Linux內核源碼，了解其基本的框架和具體實現，了解其內核API的使用方法，然後才能根據自己的需求寫出高質量的內核驅動程序。

說易行難，很多新人、甚至工作1-2年的開發者剛接觸Linux內核時，別說寫了，看內核代碼可能都是一臉懵逼：明明是C語言，但是就是看不懂是什麼意思，除了根據函數名、函數參數、函數的返回值以及注釋，了解整個函數的基本功能外，一旦分析其細節，你會發現，寸步難行，每一行代碼似乎都深不可測，彷彿蘊含著極大的陷阱和能量，於是你翻書、百度、Google，一步一步地向前推進。

這是很多初學者常用的學習方法，包括我在內，剛接觸Linux內核驅動時，看到很多似曾相識，但仔細推敲起來又很陌生的內核代碼，內心是崩潰的、內心是虛的：乖乖，這是啥玩意兒，為什麼看不懂，難道我智商有問題？就我一個人看不懂嗎？甚至工作後我曾請教過很多工作經驗的同事，想請教一些關於閱讀內核的經驗和方法，你會發現，他們很多其實對內核也沒深入研究，除了自己負責的模塊比較熟悉外(寄存器配置，數據流程)，對於其它的模塊也很少有時間和精力去關注，甚至關於本模塊的框架也很少關注，當然，這大部分是精力和時間的關係，工作量的需求要求你快速通過各種API完成任務。甚至有同事會說，看Linux內核就像隔霧看花，朦朧一點比較好，不能細看，越細看越不懂。

但是，要想編寫高質量的程序，對Linux內核、模塊的理解肯定要深入的，否則，你就永遠停留在外圍，縫縫補補。根據我的各種學習經歷和經驗總結，Linux內核並不是堅不可摧、攻不可破，掌握了正確的學習方法和知識基礎，我們也可以在內核的代碼里遨遊，領略Linux內核中C語言的各種奇妙應用和強大技巧，對Linux內核各種複雜的框架、子系統也可以指點江山，胸有成竹。

那學習Linux驅動、分析Linux內核源碼之前，到底需要哪些知識儲備和技能呢？

1）C語言基礎+數據結構

Linux內核，好不誇張地說，就是由各種結構體、函數指針、鏈表、隊列堆徹而成的。所以在進軍Linux內核之前，你的C語言基礎一定要打牢固：什麼函數指針、指針函數、數組指針、指針數組、以及各種指針作為函數參數、返回值等等都要搞清楚，因為Linux內核中大量使用這些。這些都是基礎，現在犯迷糊，看內核更是暈。

除此之外，數據結構也是要掌握的，鏈表、隊列在Linux內核中大量使用，所以必須要掌握。像其它的一些非線性數據結構：比如樹、二叉樹、紅黑樹等，對於做底層驅動的開發者來說，接觸得很少，可以先不學，用到的時候再補也不遲。

2）C語言的語法擴展

在閱讀Linux內核代碼的過程中，你有沒有感覺到，有些代碼，看起來「怪怪的」，跟一般的C語言不太一樣？看起來是C語言，仔細一分析，發現又看不懂了。

這些你看起來「怪怪的C語言代碼」，其實都是GCC編譯器對標準C語言的擴展語法：比如語句表達式、局部標籤、__attribute__屬性聲明、可變參數宏等。這些GCC擴展的語法，在Linux內核、驅動源碼中，廣泛使用，尤其是涉及到底層啟動、編譯鏈接的一些設置。如果你不掌握這些擴展的C語言語法的使用，在閱讀Linux內核源碼、或驅動的過程中，可能就會遇到很多障礙，跟著跟著就沒路了，斷篇了，對我們理解代碼造成各種干擾。

所以在打算閱讀Linux源碼之前，建議先學習下GNU C對標準C的常用擴展語法

學完了這個，掃除了閱讀Linux源碼的語法障礙，接下來可以選擇一個自己感興趣的小模塊：先把這個模塊留給用戶的API玩熟，學會編程，再慢慢研究其內核內部的實現。從底層到上層，打通任督二脈，再去分析內核中，其它複雜的系統，也就觸類旁通，比較容易上手了。

3）Linux內核中的面向對象思想

有了上面的基礎，我們分析一個小的Linux內核模塊，是沒有問題的。當遇到一個大的複雜子系統，比如說USB子系統、內存管理、MTD、文件系統等，結構體裡面嵌套多層結構體，各種device、bus、driver、各種層，是不是有點繞暈了？有種盲人摸象、在森林裡迷路的感覺，把握不了「全局」。

這時候，我們就不能使用C語言的面向過程思維了，Linux內核的設計其實大量使用了面向對象思想、設計模式。因此，我們要學會用面向對象的思維去分析Linux內核，分析各個模塊的復用，這樣就很方便的在腦海中搭建出系統的框架和層次了。然後再使用面向過程思維去分析具體的功能實現、具體細節，多花點時間和精力，相信你會有不一樣的收穫的。

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  • 計算機系統結構與原理
  • ARM結構與彙編語言編程
  • 程序的編譯、鏈接和運行原理
  • 堆棧內存管理、堆棧溢出攻擊原理、內存泄露
  • Linux內核中的GNU C擴展語法
  • C語言指針深入詳解
  • 嵌入式中常用的數據結構
  • Linux內核中的面向對象思想
  • C語言的模塊化編程
  • CPU和操作系統入門

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