星球 - 十本 Linux 核心開發書籍介紹

作者:Rex Tsai | 來自:Rex's blah blah blah | 2011/3/17 0:00:48

「利益揭露: 本文英文書籍連接使用 href="http://en.wikipedia.org/wiki/Amazon_Affiliates#Third-party_sellers">Amazon Associates Program.」

我相信絕大部分 Linux 開發者都會告訴你,Driver 的開發比 Linux Application 容易許多,即便寫驅動程式聽起來莫名偉大,其實也不過是一段 C/assembly 的組合程式碼。有別於桌面應用程式,Linux kernel API 較少因爲不同的新軟硬體規格,而進行大幅度 API 更動 (參數的簡化倒是十分常見),且由傑出的軟體開發者撰寫的核心架構,穩定性已經十分可靠。

相較與 userland 高度複雜的設定機制,Linux Kernel 暴露的界面十分簡單,style="text-decoration: underline;">在硬體穩定的前提之下,你也難得碰到 API 反應與預期不符合的處境。一般開發者對於核心驅動程式上手的時間,應該不會比開發桌面軟體來的更久。花費時間較多應該是研讀硬體手冊,以及不嚴謹的開發習慣造成臭蟲而所需的除錯時間。

對於深具經驗的開發者,在學習開發 Linux kernel driver 時,最快的方法莫過於直接解開 Kernel tarbar, 切進欲開發的 subsystem 目錄,拿出 href="http://www.gnu.org/software/global/">global, href="http://www.vim.org/">vim, href="http://lxr.linux.no/">LXR 直接把現成程式碼當作範例學習,很快就可以理解程式結構。不過,偶爾還是需要參考書來驗證對於架構得理解是否正確,另外接觸新的 subsystem 時先閱讀入門文章也可以減少無謂的撞牆期。

所幸,幾位 Linux kernel hacker 也是傑出的文件作者。在 Linux kernel sourc tree 中已有一些各子系統的架構、操作參考文件,涵蓋了基本的 coding style、設計哲學等。另外,像是 href="http://blog.rlove.org/">Robert Love, href="http://www.kroah.com/linux/">Greg Kroah-Hartman (PCI, USB maintainer) 等開發者也出版了完整的書籍,很值得參考。

不過市面上針對 Linux kernel 開發的書籍也不少,那一本是適合你的呢?這類的技術書籍,通常設定不同的讀者羣來設定內容,有的偏重知識,有的偏重操作實務。且出版版次也會影響所介紹的 API 差異,造成無法編譯其範例,但並非舊書,所談之理論就不正確。

以下分享不才對於市面上 2005 年之後出版的href="http://www.anobii.com/chihchun/books/?filterType=3&filterValue=7&tagPage=1&doScroll=true">核心開發書籍的評論,希望對於想擴充團隊圖書館的朋友提供些參考。

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596100795?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596100795">class="size-full wp-image-2387" title="9780596100797" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/9780596100797-.jpeg" alt="" width="107" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596100795?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596100795">Linux Kernel in a Nutshell 是 2006 年年底發行,作者是 GregKH,使用核心為 2.6.18,部分操作方式或指令已經略有更改。GregKH 基於讓更多新手參與開發行列,針對的讀者是從未編譯過 Linux kernel,想瞭解下載、設定、編譯需求等等細節,適合剛從其他平臺進入 Linux 核心開發的朋友,可以較快熟悉核心編譯的操作程序。書內主要介紹通用性知識,因此未提各 distro 間安裝 kernel 的細節 (如 initrd 建制方式)。

title="Linux kernel in a Nutshell">LKN 已採 href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/">CC BY-SA 2.5 授權。電子書可於 GregKH 的href="http://www.kroah.com/lkn/">網頁下載。

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596005652?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596005652">class="alignnone size-full wp-image-2390" title="0596005652" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0596005652.jpg" alt="" width="122" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596005652?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596005652">Understanding the Linux Kernel, Third Editionsrc="http://www.assoc-amazon.com/e/ir?t=rexsblahblahb-20&l=as2&o=1&a=0596005652" border="0" alt="" width="1" height="1" /> 這本由兩位博士 Daniel P. Bovet 與 href="http://www.sprg.uniroma2.it/home/cesati/">Marco Cesati 所撰寫,從 2000 年底出版之後,到 2005 已經是第三版,介紹的核心是 2.6.24。有href="http://www.anobii.com/books/LINUX%E6%A0%B8%E5%BF%83%E8%A9%B3%E8%A7%A3%EF%BC%88%E4%B8%89%E7%89%88%EF%BC%89/9789867794833/01a1519d5282b63a4a/">中譯版。

此書結構以流水帳方式帶過各個子系統,但稍嫌膚淺的僅僅介紹表面的細節,未能給予概觀性的理論說明,也未能直指程式核心。篇幅常用於註記資料結構或函式用途,適合想尋著麵包屑理解 Linux kernel 運作的探險家使用。

href="http://www.amazon.com/gp/product/0470343435?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0470343435">title="0470343435" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0470343435.jpg" alt="" width="128" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/0470343435?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0470343435">Professional Linux Kernel Architecture 在2008 年出版,作者是 Wolfgang Mauerer,作者的背景是量子物理學家。在沒有社群內知名開發者的背書與協助下,他完成了一本巨大的書籍,篇幅高達 1368 頁。

有別於 title="Understanding the Linux Kernel">UTLK,也許是為了非科班出生的讀者,作者試著詳盡的敘述作業系統的基本概念,另外一方面也以程式碼告訴讀者 Linux 的運作模式。

如果你讀不下純粹理論導向的作業系統教科書,而想透過 Linux理解一個作業系統的設計原理,這是適合你的書。本書基於 Linux kernel 2.6.24.

href="http://www.amazon.com/gp/product/0672329468?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0672329468">class="alignnone size-full wp-image-2409" title="0672329468" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0672329468.jpg" alt="" width="124" height="160" />

身為知名的 kernal hacker, href="http://rlove.org/">Robert Love 在 href="http://www.amazon.com/gp/product/0672329468?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0672329468">Linux Kernel Development (3rd Edition) 一書中為讀者拆解 Linux kernel source tree, 直接從設計理念切入,酌以程式碼輔助,讀者需要有作業系統理論素養以及 Linux 開發經驗,才能消化理解筆者的解剖。最新第三版發表於 2010 年初版,更新到 2.6.34.

簡體中譯版 href="http://www.books.com.tw/exep/prod/china/chinafile.php?item=CN10623111">Linux 内核设计与实现 翻譯自 Linux Kernel Development 第二版。正體中文版有維科圖書有限公司出版沈中庸, 沈彥男翻譯的 href="http://www.anobii.com/books/Linux_%E6%A0%B8%E5%BF%83%E9%96%8B%E7%99%BC%E6%8C%87%E5%8D%97,_2e/9789867503084/01f52037ae93f55382/">Linux 核心開發指南, 2/e。

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596002556?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596002556">class="alignnone size-full wp-image-2413" title="0596002556" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0596002556.jpg" alt="" width="122" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596002556?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596002556">Linux Network Internals 的作者是 href="http://benve.info/">Christian Benvenuti,發表於 2005 年。少數專談 Linux Network stacks 的書籍,作者循序的從設定工具、核心啟動開始,逐一介紹 封包傳送接受、Bridging、IPv4、Neighboring Subsystem 與 Routing。

書中涵蓋了 Layer 2, Layer 3 等協定, 可惜遺漏了 IPv6, title="Internet Group Management Protocol">IGMP, title="Protocol Independent Multicast">PIM, Traffic Control, href="http://www.netfilter.org">Netfilter, Virtual devices (802.1Q, bonding, IPIP, GRE) 等等重要原件。讀者需要基本開發能力與網路協定常識。此書有href="http://www.oreilly.com.tw/product2_linux.php?id=a204">中譯版。

href="http://www.amazon.com/gp/product/1584504811?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=1584504811">class="alignnone size-full wp-image-2426" title="1584504811" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/1584504811.jpg" alt="" width="127" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/1584504811?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=1584504811">The Linux TCP/IP Stack: Networking for Embedded Systems href="http://www.amazon.com/gp/product/1584502843?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=1584502843">第一版發表與 2004 年,最新href="http://www.amazon.com/gp/product/1584504811?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=1584504811">第二版 2006 年,針對的版本是 2.6.16,作者是 Thomas F. Herbert。此書對於讀者的定位不明。雖然意圖以一個章節討論嵌入式系統中的 TCP/IP Stack,但除了說明一般嵌入式系統需求外,缺乏實際有用資訊。

書籍想涵蓋各種 TCP/IP Stack 所涵蓋的項目,但章節設計雜亂,從基本的 Network Stack 開始介紹,對於 API 部分又缺乏系統性描述。既無法瞭解網路協定,或撰寫網路程式或作業系統核心架構。

書中時常夾雜敘述與程式碼,令讀者難以連貫消化,讀者需要開啟原始程式碼才能領會作者的。這是一本關於網路協定的原始碼註記,適合已具核心開發經驗的開發者參考使用,考量其版本日期,書籍的功能可能比自行追蹤程式碼的效用還差。另外,若你想瞭解嵌入式系統,這也不是你該買的書。

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596005903?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596005903">title="0596005903" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0596005903.jpg" alt="" width="122" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/0596005903?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0596005903">Linux Device Drivers, 3rd Editionsrc="http://www.assoc-amazon.com/e/ir?t=rexsblahblahb-20&l=as2&o=1&a=0596005903" border="0" alt="" width="1" height="1" /> 的作者是 href="http://www.oreillynet.com/pub/au/592">Jonathan Corbet (href="http://lwn.net/">LWN 的href="http://en.wikipedia.org/wiki/LWN.net">創辦人)、href="http://www.linux.it/~rubini/">Alessandro Rubini、href="http://www.kroah.com/linux/">Greg Kroah-Hartman。即便 LDD3 已經出版許久,還是所有想寫 Linux kernel driver 的第一優先入門參考書阿。此書有href="http://www.oreilly.com.tw/product_linux.php?id=a184_toc">中譯版。

LDD3 務實的從實做範例開始,帶領讀者理解各種 subsystem,含括了入門操作與基本觀念,對於初次開發 title="linux kernel module">lkm 的開發者提供了燈塔般的指引。

LDD3 授權採 href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/">CC BY-SA 2.0,線上版可於此下載 href="http://lwn.net/Kernel/LDD3/" target="new_win">http://lwn.net/Kernel/LDD3/。但由於書籍年代較久,針對的核心版本為 2.6.10,書中範例需要一點調整才能正常運作。已有同好改了幾份擺在  github (href="https://github.com/jesstess/ldd3-examples/">jesstess, href="https://github.com/martinezjavier/ldd3">martinezjavier).

href="http://www.amazon.com/gp/product/0132396556?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0132396556">class="alignnone size-full wp-image-2414" title="0132396556" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0132396556.jpg" alt="" width="115" height="160" />

href="http://www.amazon.com/gp/product/0132396556?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0132396556">Essential Linux Device Drivers 的作者是長期在 IBM 工作的 href="http://elinuxdd.com/~elinuxdd/elinuxdd.docs/aboutme.html">Sreekrishnan Venkateswaran,參與 href="http://www.research.ibm.com/WearableComputing/linuxwatch/linuxwatch.html">Linux Watch, href="http://www.linuxfordevices.com/c/a/Linux-For-Devices-Articles/Device-Profile-CDL-Paron-secure-PDA/">PDA, href="http://www.hill-rom.com/usa/NaviCare_NurseCall.htm">Nurse Call Systems, href="http://www.linuxfordevices.com/c/a/Linux-For-Devices-Articles/Device-Profile-Merlin-Patient-Care-System/">Merlin Patient Care System 等等開發專案。有正體中譯版 href="http://www.anobii.com/books/Linux%E9%A9%85%E5%8B%95%E7%A8%8B%E5%BC%8F%E9%96%8B%E7%99%BC%E5%AF%A6%E6%88%B0/9789866348174/017600ce73d44ab65e/">Linux驅動程式開發實戰 以及簡體中譯版 href="http://www.anobii.com/books/Essential_Linux_device_drivers/9787115206473/019c9e0bf8b5932e5f/">精通Linux驅動程序開發。

這本書是作者的實務工程筆記,出版於 2008 年,針對核心為 2.6.23/2.6.24,透過此書新手可以從中漫遊一個深具經驗的開發者,如何從原始碼迷霧之中理解 Linux device  driver,老手或可從雜亂的描述中再次驗證自己的理解。

雖然篇幅高達 744 頁,卻被引用程式碼佔了許多頁面。這本書不足以提供開發者撰寫驅動程式的基本觀念,也無法協助理解作業系統概觀。

作者另有一小冊 href="http://www.anobii.com/books/Debugging_Linux_Systems/9780136123545/01c4d74310f48c2430/">Debugging Linux Systems 電子書短短九十頁,帶過幾個常見的核心除錯工具與技巧,很有實務參考價值。

href="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0131181637.jpg" rel="lightbox[2380]">class="alignnone size-full wp-image-2479" title="0131181637" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0131181637.jpg" alt="" width="82" height="110" />

id="static_txt_preview" href="http://www.amazon.com/gp/product/0131181637/ref=as_li_ss_tl?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0131181637">《The Linux(R) Kernel Primer: A Top-Down Approach for x86 and PowerPC Architectures》 出版於 2005 年,作者是 Claudia Salzberg Rodriguez, Gordon Fischer, Steven Smolski。有href="http://www.anobii.com/books/The_Linux_Kernel_Primer_%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88/9789867199614/013342e1203c95f23a/">中文版,但href="http://joyueng.twbbs.org/2006/12/31/the-linux-kernel-primer-chinese-edition/">評價頗差。

書名讓人非常期待總算有一本核心介紹書籍 x86 外的硬體平臺,畢竟 href="http://en.wikipedia.org/wiki/Reduced_instruction_set_computing">RISC vs href="http://en.wikipedia.org/wiki/Complex_instruction_set_computing">CISC 架構的不同, href="http://en.wikipedia.org/wiki/Endianness">endianness, href="http://en.wikipedia.org/wiki/Data_structure_alignment">alignment, href="http://en.wikipedia.org/wiki/Calling_convention">calling convention 等,應當有許多寫核心驅動程式應該注意得事項。但是整本書只在 2.2 節稍微說一下寫 Assembly 時,PowerPC, x86 的指令差異,剩下的細節根本沒提!

整本書還是著重在一般核心的結構介紹。

而書中除了少量的插圖之外,根本沒有沒有多少邏輯上的說明跟描述。通篇拆解程式碼,對資料結構作註解。這些資訊任何有點基礎的工程師都可自行閱讀程式碼及程式碼註解。新入門工程師還可能因爲書中解釋而疑惑。

除非你想寫沒有價值的書評,否則不建議購買。

href="http://www.amazon.com/gp/product/0131492470/ref=as_li_ss_tl?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0131492470">class="alignnone size-full wp-image-2480" title="0131492470" src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/wp-content/uploads/2011/03/0131492470.jpg" alt="" width="83" height="110" />

id="static_txt_preview" href="http://www.amazon.com/gp/product/0131492470/ref=as_li_ss_tl?ie=UTF8&tag=rexsblahblahb-20&linkCode=as2&camp=1789&creative=390957&creativeASIN=0131492470">Linux(R) Debugging and Performance Tuning: Tips and Techniques 出版於 2005, 作者是 Steve Best。此書少見的從除了應用程式之外,還從核心切入的除錯、效能測試書籍,因爲這方面的技術資訊總是一下就超過保鮮期。

作者試著含括基本的 Profiling 實務開始,介紹 gdb, 應用程式記憶體管理,再講核心的各種資訊界面。很可惜,以一本專講除錯與效能測試的書來說,範例與介紹過於粗淺,以第十二章 Dynamic Probes 為例,其介紹深度可能還比不上 href="http://www.kernel.org/doc/Documentation/kprobes.txt">Documents/kprobes.txt 中的概念介紹與 IBM developerWorks 的href="http://www.ibm.com/developerworks/library/l-kprobes.html">範例介紹。

適合剛切換到 Linux 的開發者,可概略學得各種基本開發工具者的入門資訊。

2011-03-17 18:00 更新/>

增列相關中譯版本連接,感謝 href="http://blog.ansoncat.com/">ansoncat 告知資訊。

src="http://people.debian.org.tw/~chihchun/?ak_action=api_record_view&id=2380&type=feed" alt="" />