调皮的程序员:Linux之父雕刻在Linux内核中的故事

简介: 本文内容由公众号“格友”原创分享1、引言因为LINUX操作系统的流行,Linus 已经成为地球人都知道的名人。虽然大家可能都听过钱钟书先生的名言:“假如你吃个鸡蛋觉得味道不错,又何必认识那个下蛋的母鸡呢?” 但是如果真是遇到一个“特别显赫”的鸡蛋,很多人还是想看看能生出这颗神蛋的母鸡的,或者想听听这只母鸡的故事。

本文内容由公众号“格友”原创分享

1、引言

因为LINUX操作系统的流行,Linus 已经成为地球人都知道的名人。虽然大家可能都听过钱钟书先生的名言:“假如你吃个鸡蛋觉得味道不错,又何必认识那个下蛋的母鸡呢?” 但是如果真是遇到一个“特别显赫”的鸡蛋,很多人还是想看看能生出这颗神蛋的母鸡的,或者想听听这只母鸡的故事。

其实,在Linux内核的代码里,就隐藏着关于Linus大神的一些美妙故事


2、代码中隐藏着“feel dead”这句话

启动Linux系统,Ctrl + Alt + T打开一个终端窗口,执行如下命令,唤出GDB,并打开描述内核空间的kcore虚拟文件:

$ sudo gdb --core /proc/kcore

然后在GDB中执行如下命令加载内核的符号信息:

(gdb) file /home/ge/work/linux-3.12.2/vmlinux

再切换为INTEL风格的反汇编:

(gdb) set disassembly-flavor intel

接下来反汇编用于系统重启的SYSC_reboot内核函数:

(gdb) disassemble  SYSC_reboot

结果类似下图所示:


img_01394ae323e11997072e64f689533729.png

对于看到汇编就晕的看官勿要急(^_^),其实x86汇编是非常简单易懂的,特别是这个函数很好理解,里面充满着故事。另外,这可是地地道道Linus大神所写的代码啊。

在这个函数里有一串比较指令,有理且有趣。不妨先看这一句:

cmp DWORD PTR [ebp-0x114],0xfee1dead

这个常量很酷吧?Feel Dead(中文直译就是“感觉要死了!”)。Linus大神是著名的语言大师,常常语出惊人,用非常简短的语言说出人间真善美,说出他人所不敢说。因为这个函数是用来重启的,如果不feel dead,干嘛要重启呢?

3、Linus大神的生日也藏在了代码中

再往下看,会看到这样一条比较指令:

cmp    edi,0x28121969

这个常量是不也很特别,0x28121969,是不很像是日期,对的,这就是Linus大神的出生年月日:1969年12月28日。

明年,Linus大神50岁了,时光如流水啊,当年的毛头小伙,就要50岁了。三十而立,四十不惑,五十而知天命。Linus大神显然提前完成了“知天命”的目标。他就是上天派下来革Windows的命的。(^_^)

4、Linus大神把一家人都藏在代码里了

再往下看,还有一个日期:

cmp    edi,0x5121996

1996年12月5日,这个日期是什么呢?是Linus大女儿的生日。

把时光倒退回1993年,那时Linus还是24岁的棒小伙,应该是大学毕业不久吧,当时知道Linux的还不多。有一天,Linus亲自授课,宣传Linux的用法。课程结束时,Linus留了一个课后测验,要求参加者做好了以邮件形式交卷。结果,有一位上课的美女在交测验结果的同时向Linus发出了一个约会的邀请,于是一场培训成就了一段美妙的姻缘,这个女生(Tove)成了Linus的太太。值得一提的是,Linus太太武功高强,曾经6次夺得芬兰国家级别的跆拳道比赛冠军。

1997年6月,第二届亚特兰大Linux展示会(Atalanta Linux Showcase,简称ALS)在美国举行,这是Linux发展早期的一个年度盛会。在周五晚上的感谢晚宴上,Linus全家出席,在会议的相册中,可以看到幸福的一家人。


img_3f741ecbb5e8753411cd126bc59dd0cd.png

照片来自http://linuxshowcase.org)

照片中,Tove深情地看着Linus。Linus抱着的就是他们的大女儿,名叫Patricia Torvalds。Linus把她称作Linus v2.0。在位于母校网站的一个个人主页上(https://www.cs.helsinki.fi/u/torvalds/),Linus放了几张Patricia婴儿时的照片,至今仍在,好久没有更新了。从网页上的信箱(torvalds@transmeta.com)来看,当时Linus还没有全职做Linux,还在Transmeta公司工作。


img_a6ba64907102d6fe029d1c7c867d1d57.png

(照片来自https://www.cs.helsinki.fi/u/torvalds/)

2015年8月,opensource.com特别采访了已经在读大学的Patricia(报道地址:https://opensource.com/life/15/8/patricia-torvalds-interview)。报道提到,Patricia热爱计算机科学,已经在多个IT公司实习,技术方面小有成就,大有子承父业的雄心壮志。


img_c6d1fc0a62f1ac0856ca79b1a767eb96.png

(照片来自opensource.com)

照片中站在中间便是Patricia,她旁边的另两个年轻女生是她的两个妹妹,她们的生日也可以在上面的汇编代码里找到:

cmp    edi,0x16041998

cmp    edi,0x20112000

一位是98年,一位是00后。

5、那么,这些神秘的常量是如何用的呢?

这要看一下reboot API的函数原型:

int reboot(int magic, int magic2, int cmd, void *arg);

在这个API的文档中(man reboot(2)),可以看到关于上述常量的说明: 

This system call will fail (with EINVAL) unless magic equals LINUX_REBOOT_MAGIC1 (that is, 0xfee1dead) and magic2 equals LINUX_REBOOT_MAGIC2 (that is, 672274793).   However, since  2.1.17  also  LINUX_REBOOT_MAGIC2A  (that  is,  85072278) and since 2.1.97 also

LINUX_REBOOT_MAGIC2B (that is, 369367448) and since 2.5.71  also  LINUX_REBOOT_MAGIC2C (that  is,  537993216)  are permitted as value for magic2.  (The hexadecimal values of these constants are meaningful.)

括号里的一句说这些常量的十六进制是富有含义的,诚然。

换句话来说,要想成功调用reboot API,那么前两个参数必须严格按如下规则填写:

1)第一个参数必须是0xfee1dead;

2)在Linus大神的大女儿Patricia出生之前,第二个参数能且只能是0x28121969,也就是大神的生日;

3)当Linus有了大女儿Patricia后,第二个参数也可以是Patricia的生日0x5121996。这样说有点不精确,精确的说法是从Linux内核2.1.17版本开始,第二个参数也可以是0x5121996。查阅kernel.org上的内核;4)发布历史,2.1.17应该发布于1996年12月22日。可以想见,Linus大神在喜得爱女的几天内就修改了内核代码,然后在女儿满月之前把把这个代码发布给世界了;

5)当Linus有二女儿后,第二个参数也可以是二女儿的生日;

6)当Linus有了小女儿后,第二个参数也可以是小女儿的生日。

在内核代码中,上述规则是在reboot.c中强制的,代码如下:

/* For safety, we require "magic" arguments. */

if(magic1 != LINUX_REBOOT_MAGIC1 ||

                (magic2 != LINUX_REBOOT_MAGIC2 &&

                magic2 != LINUX_REBOOT_MAGIC2A &&

                magic2 != LINUX_REBOOT_MAGIC2B &&

                magic2 != LINUX_REBOOT_MAGIC2C))

        return-EINVAL;

这个for safety,有点含糊啊!哈哈。

因为应用程序调用这个系统服务的时候必须使用这一系列常量,因为它们的定义写在uapi目录下的reboot.h,即:


/*  * Magic values required to use _reboot() system call.  */ #define        LINUX_REBOOT_MAGIC1        0xfee1dead #define        LINUX_REBOOT_MAGIC2        672274793 #define        LINUX_REBOOT_MAGIC2A        85072278 #define        LINUX_REBOOT_MAGIC2B        369367448 #define        LINUX_REBOOT_MAGIC2C        537993216

注意啊:在这个文件和文档中,代表生日的四个常量都是以十进制表达的,应该是为了隐藏一下秘密吧。

0:000> .formats 0n85072278

Evaluate expression:

Hex:     00000000`05121996

如此看来,Linus大神不仅把这些常量写在Linux内核代码中,而且使它们成为Linux API的一部分。这意味着,这将成为永远。只要Linux系统还在,那么这些常量就将永远使用,因为API意味着用户态和内核态的法定接口。为了保障应用程序的兼容性,不可轻易变化。

6、写在最后

无论哪种文化,家庭都有着极其重要的地位。修身齐家治国平天下,欲治其国者,先齐其家。从上面的故事来看,Linus大神是个很爱家的男人。他把自己心爱的家庭成员生日铭记(雕刻)在了他的伟大作品之中。

那么,Linus大神为什么选择reboot系统调用呢?reboot代表着新的开始,代表不拘泥于现状,从新出发,从头再来。这是很多人都喜欢的人生哲学。在古老的易经中,第63卦是既济,字面意思是渡河成功,代表成就了一个目标。但这并不是终结,最后一卦(第64卦)是未济,代表还有新的目标没有达到,需要继续努力。

某种程度上来说,人生应该在实现一个个“既济”的成果之后,不断地向着“未济”的目标进军。这也意味着人生要不断学习,用《荀子》一书开篇的话来说就是“学不可以已(停止)”。

这篇短文是带着对Linus大神的敬意来写的,希望大家受到鼓舞,学习Linus爱家爱代码的敬业精神

感谢阅读

对高端程序员的要求,不是精通某一门语言或者某一个平台,而是工程能力/解决问题的能力。换言之,你应该针对项目提出解决方案,然后为解决方案寻求最好的工具,而这些工具可能是你用过的也有可能是没用过的,如果没用过,这不能成为你避开该工具的理由。如此说来,强调自己是“某语言程序员”将会过时,替代的说法是“全栈”。

相关实践学习
阿里云图数据库GDB入门与应用
图数据库(Graph Database,简称GDB)是一种支持Property Graph图模型、用于处理高度连接数据查询与存储的实时、可靠的在线数据库服务。它支持Apache TinkerPop Gremlin查询语言,可以帮您快速构建基于高度连接的数据集的应用程序。GDB非常适合社交网络、欺诈检测、推荐引擎、实时图谱、网络/IT运营这类高度互连数据集的场景。 GDB由阿里云自主研发,具备如下优势: 标准图查询语言:支持属性图,高度兼容Gremlin图查询语言。 高度优化的自研引擎:高度优化的自研图计算层和存储层,云盘多副本保障数据超高可靠,支持ACID事务。 服务高可用:支持高可用实例,节点故障迅速转移,保障业务连续性。 易运维:提供备份恢复、自动升级、监控告警、故障切换等丰富的运维功能,大幅降低运维成本。 产品主页:https://www.aliyun.com/product/gdb
相关文章
|
11天前
|
算法 Linux 调度
深入理解Linux内核调度器:从基础到优化####
本文旨在通过剖析Linux操作系统的心脏——内核调度器,为读者揭开其高效管理CPU资源的神秘面纱。不同于传统的摘要概述,本文将直接以一段精简代码片段作为引子,展示一个简化版的任务调度逻辑,随后逐步深入,详细探讨Linux内核调度器的工作原理、关键数据结构、调度算法演变以及性能调优策略,旨在为开发者与系统管理员提供一份实用的技术指南。 ####
45 4
|
14天前
|
缓存 算法 Linux
深入理解Linux内核调度器:公平性与性能的平衡####
真知灼见 本文将带你深入了解Linux操作系统的核心组件之一——完全公平调度器(CFS),通过剖析其设计原理、工作机制以及在实际系统中的应用效果,揭示它是如何在众多进程间实现资源分配的公平性与高效性的。不同于传统的摘要概述,本文旨在通过直观且富有洞察力的视角,让读者仿佛亲身体验到CFS在复杂系统环境中游刃有余地进行任务调度的过程。 ####
36 6
|
5天前
|
算法 Linux 开发者
Linux内核中的锁机制:保障并发控制的艺术####
本文深入探讨了Linux操作系统内核中实现的多种锁机制,包括自旋锁、互斥锁、读写锁等,旨在揭示这些同步原语如何高效地解决资源竞争问题,保证系统的稳定性和性能。通过分析不同锁机制的工作原理及应用场景,本文为开发者提供了在高并发环境下进行有效并发控制的实用指南。 ####
|
13天前
|
缓存 资源调度 安全
深入探索Linux操作系统的心脏——内核配置与优化####
本文作为一篇技术性深度解析文章,旨在引领读者踏上一场揭秘Linux内核配置与优化的奇妙之旅。不同于传统的摘要概述,本文将以实战为导向,直接跳入核心内容,探讨如何通过精细调整内核参数来提升系统性能、增强安全性及实现资源高效利用。从基础概念到高级技巧,逐步揭示那些隐藏在命令行背后的强大功能,为系统管理员和高级用户打开一扇通往极致性能与定制化体验的大门。 --- ###
41 9
|
12天前
|
缓存 负载均衡 Linux
深入理解Linux内核调度器
本文探讨了Linux操作系统核心组件之一——内核调度器的工作原理和设计哲学。不同于常规的技术文章,本摘要旨在提供一种全新的视角来审视Linux内核的调度机制,通过分析其对系统性能的影响以及在多核处理器环境下的表现,揭示调度器如何平衡公平性和效率。文章进一步讨论了完全公平调度器(CFS)的设计细节,包括它如何处理不同优先级的任务、如何进行负载均衡以及它是如何适应现代多核架构的挑战。此外,本文还简要概述了Linux调度器的未来发展方向,包括对实时任务支持的改进和对异构计算环境的适应性。
34 6
|
13天前
|
缓存 Linux 开发者
Linux内核中的并发控制机制:深入理解与应用####
【10月更文挑战第21天】 本文旨在为读者提供一个全面的指南,探讨Linux操作系统中用于实现多线程和进程间同步的关键技术——并发控制机制。通过剖析互斥锁、自旋锁、读写锁等核心概念及其在实际场景中的应用,本文将帮助开发者更好地理解和运用这些工具来构建高效且稳定的应用程序。 ####
32 5
|
13天前
|
算法 Unix Linux
深入理解Linux内核调度器:原理与优化
本文探讨了Linux操作系统的心脏——内核调度器(Scheduler)的工作原理,以及如何通过参数调整和代码优化来提高系统性能。不同于常规摘要仅概述内容,本摘要旨在激发读者对Linux内核调度机制深层次运作的兴趣,并简要介绍文章将覆盖的关键话题,如调度算法、实时性增强及节能策略等。
|
14天前
|
存储 监控 安全
Linux内核调优的艺术:从基础到高级###
本文深入探讨了Linux操作系统的心脏——内核的调优方法。文章首先概述了Linux内核的基本结构与工作原理,随后详细阐述了内核调优的重要性及基本原则。通过具体的参数调整示例(如sysctl、/proc/sys目录中的设置),文章展示了如何根据实际应用场景优化系统性能,包括提升CPU利用率、内存管理效率以及I/O性能等关键方面。最后,介绍了一些高级工具和技术,如perf、eBPF和SystemTap,用于更深层次的性能分析和问题定位。本文旨在为系统管理员和高级用户提供实用的内核调优策略,以最大化Linux系统的效率和稳定性。 ###
|
13天前
|
Java Linux Android开发
深入探索Android系统架构:从Linux内核到应用层
本文将带领读者深入了解Android操作系统的复杂架构,从其基于Linux的内核到丰富多彩的应用层。我们将探讨Android的各个关键组件,包括硬件抽象层(HAL)、运行时环境、以及核心库等,揭示它们如何协同工作以支持广泛的设备和应用。通过本文,您将对Android系统的工作原理有一个全面的认识,理解其如何平衡开放性与安全性,以及如何在多样化的设备上提供一致的用户体验。
|
16天前
|
Linux 数据库
Linux内核中的锁机制:保障并发操作的数据一致性####
【10月更文挑战第29天】 在多线程编程中,确保数据一致性和防止竞争条件是至关重要的。本文将深入探讨Linux操作系统中实现的几种关键锁机制,包括自旋锁、互斥锁和读写锁等。通过分析这些锁的设计原理和使用场景,帮助读者理解如何在实际应用中选择合适的锁机制以优化系统性能和稳定性。 ####
34 6
下一篇
无影云桌面