为了深入地了解 Linux 的实现机制，还必须阅读 Linux 的内核源代码，下面是对有关源代码的介绍。
1 多版本的内核源代码
对不同的内核版本，系统调用一般是相同的。新版本也许可以增加一个新的系统调用，但旧的系统调用将依然不变，这对于保持向后兼容是非常必要的—一个新的内核版本不能打破常规的过程。在大多数情况下，设备文件将仍然相同，而另一方面，版本之间的内部接口有所变化。
Linux 内核源代码有一个简单的数字系统，任何偶数内核（如 2.0.30）是一个稳定的版本，而奇数内核（如 2.1.42）是正在发展中的内核。本书是基于稳定的 2.4.16 源代码的。发展中的内核总是有最新的特点，支持最新的设备，尽管它们还不稳定，也许不是你所想要的，但它们是发展最新而又稳定的内核的基础。
对内核源代码的修改是以补丁文件的形式发布的。patch 实用程序用来对内核源文件进行一系列的修订，例如，如果你有 2.4.9 内核源代码，而想移到 2.4.16，你可以获得 2.4.16的补丁文件，应用 patch 来修订 2.4.9 源文件。例如：
$ cd /usr/src/linux
$ patch -p1 < patch-2.4.162 Linux 内核源代码的结构
Linux 内核源代码位于/usr/src/linux 目录下，其结构分布如下图 所示，每一个目录或子目录可以看作一个模块，其目录之间的连线表示“子目录或子模块”的关系。
下面是对每一个目录的简单描述:
- include/ 目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件，这个模块利用其他模块重建内核。
- init/ 子目录包含了内核的初始化代码，这是内核开始工作的起点。
- arch/子目录包含了所有硬件结构特定的内核代码，如上图所示，arch/子目录下有 i386和 alpha 模块等。
- drivers/ 目录包含了内核中所有的设备驱动程序，如块设备，scsi 设备驱动程序等。
- fs/ 目录包含了所有文件系统的代码，如：ext2，vfat 模块的代码等。
- net/ 目录包含了内核的连网代码。
- mm/ 目录包含了所有的内存管理代码。
- ipc/ 目录包含了进程间通信的代码。
- kernel/ 目录包含了主内核代码。
上图显示了 8 个目录，即 init、kernel、mm、ipc、drivers、fs、arch 及 net 的包含文件都在“include/”目录下。
在 Linux 内核中包含了 drivers、fs、arch 及 net 模块，这就使得 Linux 内核既不是一个层次式结构，也不是一个微内核结构，而是一个“整体式”结构。
因为系统调用可以直接调用内核层，因此，该结构使得整个系统具有较高的性能，其缺点是内核修改起来比较困难，除非遵循严格的规则和编码标准。
上图所示的模块结构，代表了一种工作分配单元。利用这种结构，我们期望 Linus Torvalds能维护和增强内核的核心服务，即 init/、kernel/、mm/及 ipc/，其他的模块 drivers、fs、arch 及 net 也可以作为工作单元，例如，可以分配一组人对块文件系统进行维护和进一步地开发，而另一组人对 scsi 文件系统进行完善。
上图所示类似于 Linux 的自愿者开发队伍一起工作来增强和扩展整个系统的框架。
如何阅读Linux Kernel 源代码
像 Linux 内核这样庞大而复杂的程序看起来确实让人望而生畏，它像一个很大的球，没有起点和终点。在读源代码的过程中，你会遇到这样的情况，当读到内核的某一部分时又会涉及到其他更多的文件，当返回到原来的地方想继续往下读时，又忘了原来读的内容。在Internet 上，很多人为此付出了很大的努力，制作出了源代码导航器，这为源代码阅读提供了很好的条件，下载站点为http://lxr.linux.no/source。
下面给出阅读源代码的一些线索。
1．系统的启动和初始化
在基于 Intel 的系统上，当 loadlin.exe 或 LILO 把内核装入到内存并把控制权传递给内核时，内核开始启动。关于这一部分，看 arch/i386/kernel/head.S ，head.S 进行特定结构的设置，然后跳转到 init/main.c 的 main（）例程。
2．内存管理
内存管理的代码主要在/mm，但特定结构的代码在 arch/*/mm。缺页中断处理的代码在mm/memory.c ，而内存映射和页高速缓存器的代码在 mm/filemap.c。缓冲器高速缓存是在mm/buffer.c 中实现，而交换高速缓存是在 mm/swap_state.c 和 mm/swapfile.c 中实现。
3．内核
内核中，特定结构的代码在 arch/*/kernel，调度程序在 kernel/sched.c，fork 的代码在 kernel/fork.c，task_struct 数据结构在 include/linux/sched.h 中。
4．PCI
PCI 伪驱动程序在 drivers/pci/pci.c ，其定义在 include/linux/pci.h。每一种结构都有一些特定的 PCI BIOS 代码，Intel 的在 arch/alpha/kernel/bios32.c。
5．进程间通信
所 有 System V IPC 对 象 权 限 都 包 含 在 ipc_perm 数 据 结 构 中 ， 这 可 以 在include/linux/ipc.h 中找到 System V 消息是在 ipc/msg.c 中实现, 共享内存在 ipc/shm.c中，信号量在 ipc/sem.c 中，管道在 ipc/pipe.c 中实现。
6．中断处理
内核的中断处理代码是几乎所有的微处理器所特有的。中断处理代码在arch/i386/kernel/irq.c 中，其定义在 include/asm-i386/irq.h 中。
7．设备驱动程序
Linux 内核源代码的很多行是设备驱动程序。Linux 设备驱动程序的所有源代码都保存在/driver，根据类型可进一步划分为：
/block
块设备驱动程序如 ide（在 ide.c）。如果想看包含文件系统的所有设备是如何被初始化的，应当看 drivers/block/genhd.c 中的 device_setup（），device_setup（）不仅初始化了硬盘，当一个网络安装 nfs 文件系统时，它也初始化网络。块设备包含了基于 IDE 和 SCSI的设备。
/char
这是看字符设备（如 tty，串口及鼠标等）驱动程序的地方。
/cdrom
Linux 的所有 CDROM 代码都在这里，如在这儿可以找到 Soundblaster CDROM 的驱动程序。注意 ide CD 的驱动程序是 ide-cd.c，放在 drivers/block；SCSI CD 的驱动程序是 scsi.c，
放在 drivers/scsi。
/pci
这是 PCI 伪驱动程序的源代码，在这里可以看到 PCI 子系统是如何被映射和初始化的。
/scsi
在这里可以找到所有的 SCSI 代码及 Linux 所支持的 scsi 设备的所有设备驱动程序。
/net
在这里可以找到网络设备驱动程序，如 DECChip 21040 PCI 以太网驱动程序在 tulip.c中。
/sound
这是所有声卡驱动程序的所在地。
8．文件系统
EXT2 文 件 系 统 的 源 代 码 全 部 在 fs/ext2/ 目 录 下 ， 而 其 数 据 结 构 的 定 义 在include/linux/ ext2_fs.h,ext2_fs_i.h 及 ext2_fs_sb.h 中。虚拟文件系统的数据结构在include/linux/fs.h 中描述，而代码是在 fs/*中。缓冲区高速缓存与更新内核的守护进程的实现是在 fs/buffer.c 中。
9．网络
网络代码保存在/net 中，大部分的 include 文件在 include/net 下，BSD 套节口代码在net/socket.c 中，IP 第 4 版本的套节口代码在 net/ipv4/af_inet.c。一般的协议支持代码（包括 sk_buff 处理例程）在 net/core 下，TCP/IP 联网代码在 net/ipv4 下，网络设备驱动程序在/drivers/net 下。
10．模块
内核模块的代码部分在内核中，部分在模块包中，前者全部在 kernel/modules.c 中，而 数 据 结 构 和 内 核 守 护 进 程 kerneld 的 信 息 分 别 在 include/linux/module.h 和include/linux/kerneld.h 中。如果想看 ELF 目标文件的结构，它位于 include/linux/elf.h中。
Linux 内核源代码分析工具
凡是尝试做过内核分析的人都知道，Linux 的内核组织结构虽然非常有条理，但是，它毕竟是众人合作的结果，在阅读代码的时候要将各个部分结合起来，确实是件非常困难的事情。因为在内核中的代码层次结构肯定分多个层次，那么对一个函数的分析，肯定会涉及到多个函数，而对每一个函数都可能有多层的调用，一层层下来，直接在代码文件中查找肯定会让你失去耐心和兴趣的。最后，很多人只能望洋兴叹，或者只是找一本书来看看基本原理，却不敢去说自己真正看过内核源代码。任何一本原理书只能是你阅读源代码的导航器，绝不能代替源代码的阅读。
俗话说：“工欲善其事，必先利其器”。面对 Linux 这样庞大的源代码，必须有相应工具的支持才能使分析有效地进行下去。在此介绍两种源代码的分析工具，希望能对感兴趣的读者有所帮助。
1 Linux 超文本交叉代码检索工具
Linux 超文本交叉代码检索工具 LXR（Linux Cross Reference），是由挪威奥斯陆大学数学系 Arne Georg Gleditsch 和 Per Kristian Gjermshus 编写的。这个工具实际上运行在Linux 或者 UNIX 平台下，通过对源代码中的所有符号建立索引，从而可以方便地检索任何一个符号，包括函数、外部变量、文件名、宏定义等。不仅仅是针对 Linux 源代码，对于 C 语言的其他大型的项目，都可以建立其 LXR 站点，以便开发者查询代码，以及后继开发者学习代码。
目前的 LXR 是专门为 Linux 下面的 Apache 服务器设计的，通过运行 perl 脚本，检索在安装时根据需要建立的源代码索引文件，将数据发送到网络客户端的 Web 浏览器上。任何一种平台上的 Web 浏览器都可以访问，这就方便了习惯在 Windows 平台下工作的用户。
LXR 的 英 文 网 站 为 http://lxr.linux.no/ ， 在 中 国 Linux 论 坛http://www.linuxforum.net上有其镜像。
读者如果想建立自己的 LXR网站，则可直接通过 http://lxr.linux.no/lxr-0.3.tar.gz，下载 LXR 的 tarball 形式的安装包。另外，因为 LXR 使用 glimpse 作为整个项目中文本的搜
索工具，因此还需要下载 glimpse，位置在 http://glimpse.cs.arizona.edu ，下载glimpse-4.12.6.bin.Linux- 2.2.5-22-i686.tar.gz，也可以使用更新的版本下载以后按照
说明进行安装和配置，就可以建立自己的 LXR 网站。
如果你上网很方便，就可以直接从http://lxr.linux.no/网站查询所需要的各种源代码信息。
2 Windows 平台下的源代码阅读工具（Source Insight）
为了方便地学习 Linux 源程序，我们不妨回到我们熟悉的 Windows 环境下。但是在Windows 平台上，使用一些常见的集成开发环境，效果也不是很理想，比如难以将所有的文件加进去，查找速度缓慢，对于非 Windows 平台的函数不能彩色显示。在 Windows 平台下有一个强大的源代码编辑器，它的卓越性能使得学习 Linux 内核源代码的难度大大降低，这便是 Source Insight 3.0 ， 它 是 一 个 Windows 平 台 下 的 共 享 软 件 ， 可 以 从http://www.sourceinsight.com/上下载 30天试用版本。
由于 Source Insight是一个 Windows平台的应用软件，所以首先要通过相应手段把 Linux 系统上的程序源代码移到 Windows 平台下，这一点可以通过在 linux 平台上将/usr/src 目录下的文件拷贝到 Windows 平台的分区上，或者从网上或光盘中直接拷贝文件到 Windows 平台的分区上。
这个软件的安装非常简单，双击安装文件名，然后按提示进行即可。安装完成后，就可启动该程序。这个软件使用起来也非常简单：先选择 Project 菜单下的 new，新建一个工程，输入工程名，接着要求你把欲读的源代码加入（可以加入整个目录）后，该软件就分析你所加的源代码。分析完后，就可以进行阅读了。对于打开的阅读文件，如果想看某一变量的定义，先把光标定位于该变量，然后单击工具条上的相应选项，该变量的定义就显示出来。对于函数的定义与实现也可以同样操作。
