由于Linux 内核是一种单内核模式的系统，因此，内核中所有的程序几乎都有紧密的联系，它们之
间的依赖和调用关系非常密切。所以在阅读一个源代码文件时往往需要参阅其它相关的文件。因此有必
要在开始阅读内核源代码之前，先熟悉一下源代码文件的目录结构和安排。
这里我们首先列出Linux 内核完整的源代码目录，包括其中的子目录。然后逐一介绍各个目录中所
包含程序的主要功能，使得整个内核源代码的安排形式能在我们的头脑中建立起一个大概的框架，以便
于下一章开始的源代码阅读工作。
当我们使用tar 命令将linux-0.11.tar.gz 解开时，内核源代码文件被放到了linux 目录中。其中
的目录结构为：
该内核版本的源代码目录中含有14 个子目录，总共包括102 个代码文件。下面逐个对这些子目录中
的内容进行描述。
linux
├─ boot 系统引导汇编程序
├─ fs 文件系统
├─ include 头文件(*.h)
│ ├─ asm 与CPU 体系结构相关的部分
│ ├─ linux Linux 内核专用部分
│ └─ sys 系统数据结构部分
├─ init 内核初始化程序
├─ kernel 内核进程调度、信号处理、系统调用等程序
│ ├─ blk_drv 块设备驱动程序
│ ├─ chr_drv 字符设备驱动程序
│ └─ math 数学协处理器仿真处理程序
├─ lib 内核库函数
├─ mm 内存管理程序
└─ tools 生成内核Image 文件的工具程序
该内核版本的源代码目录中含有14 个子目录，总共包括102 个代码文件。下面逐个对这些子目录中
的内容进行描述。
2.3.1 内核主目录linux
linux 目录是源代码的主目录，在该主目录中除了包括所有的14 个子目录以外，还含有唯一的一个
makefile 文件。该文件是编译辅助工具软件make 的参数配置文件。make 工具软件的主要用途是通过识
别哪些文件已被修改过，从而自动地决定在一个含有多个源程序文件的程序系统中哪些文件需要被重新
编译。因此，make 工具软件是程序项目的管理软件。
linux 目录下的这个makefile 文件还嵌套地调用了所有子目录中包含的makefile 文件，这样，当linux
目录（包括子目录）下的任何文件被修改过时，make 都会对其进行重新编译。因此为了编译整个内核所
有的源代码文件，只要在linux 目录下运行一次make 软件即可。
2.3.2 引导启动程序目录boot
boot 目录中含有3 个汇编语言文件，是内核源代码文件中最先被编译的程序。这3 个程序完成的主
要功能是当计算机加电时引导内核启动，将内核代码加载到内存中，并做一些进入32 位保护运行方式前
的系统初始化工作。其中bootsect.s 和setup.s 程序需要使用as86 软件来编译，使用的是as86 的汇编
语言格式（与微软的类似），而head.s 需要用GNU as 来编译，使用的是AT&T 格式的汇编语言。这两种
汇编语言在下一章的代码注释里以及代码列表后面的说明中会有简单的介绍。
bootsect.s 程序是磁盘引导块程序，编译后会驻留在磁盘的第一个扇区中（引导扇区，0 磁道（柱
面），0 磁头，第1 个扇区）。在PC 机加电ROM BIOS 自检后，将被BIOS 加载到内存0x7C00 处进行执行。
setup.s 程序主要用于读取机器的硬件配置参数，并把内核模块system 移动到适当的内存位置处。
head.s 程序会被编译连接在system 模块的最前部分，主要进行硬件设备的探测设置和内存管理页
面的初始设置工作。
2.3.3 文件系统目录fs
是文件系统实现程序的目录，共包含17 个C 语言程序。这些程序之间的主要引用关系见图2.4 所示
图中每个方框代表一个文件，从上到下按基本按引用关系放置。其中各文件名均略去了后缀.c，虚框中
是的程序文件不属于文件系统，带箭头的线条表示引用关系，粗线条表示有相互引用关系。
read_write
block_dev
char dev
bitmap
buffer
pipe file dev
inode
super
exec
truncate
namei
open
ll_rw_block
file_table ioctl
stat
fcntl
在file_table.c 文件中，目前仅定义了一个文件句柄（描述符）结构数组。ioctl.c 文件将引用
kernel/chr_dev/tty.c 中的函数，实现字符设备的io 控制功能。exec.c 程序主要包含一个执行程序函
数do_execve()，它是所有exec()函数簇中的主要函数。fcntl.c 程序用于实现文件i/o 控制的系统调
用函数。read_write.c 程序用于实现文件读/写和定位三个系统调用函数。stat.c 程序中实现了两个获
取文件状态的系统调用函数。open.c 程序主要包含实现修改文件属性和创建与关闭文件的系统调用函
数。
char_dev.c 主要包含字符设备读写函数rw_char()。pipe.c 程序中包含管道读写函数和创建管道的
系统调用。file_dev.c 程序中包含基于i 节点和描述符结构的文件读写函数。namei.c 程序主要包括文
件系统中目录名和文件名的操作函数和系统调用函数。block_dev.c 程序包含块数据读和写函数。
inode.c 程序中包含针对文件系统i 节点操作的函数。truncate.c 程序用于在删除文件时释放文件所占
用的设备数据空间。bitmap.c 程序用于处理文件系统中i 节点和逻辑数据块的位图。super.c 程序中包
含对文件系统超级块的处理函数。buffer.c 程序主要用于对内存高速缓冲区进行处理。虚框中的
ll_rw_block 是块设备的底层读函数，它并不在fs 目录中，而是kernel/blk_dev/ll_rw_block.c 中的
块设备读写驱动函数。放在这里只是让我们清楚的看到，文件系统对于块设备中数据的读写，都需要通
过高速缓冲区与块设备的驱动程序（ll_rw_block()）来操作来进行，文件系统程序集本身并不直接与块
设备的驱动程序打交道。
在对程序进行注释过程中，我们将另外给出这些文件中各个主要函数之间的调用层次关系。
2.3.4 头文件主目录include
头文件目录中总共有32 个.h 头文件。其中主目录下有13 个，asm 子目录中有4 个，linux 子目录
中有10 个，sys 子目录中有5 个。这些头文件各自的功能见如下简述，具体的作用和所包含的信息请参
见对头文件的注释一章。
<a.out.h> a.out 头文件，定义了a.out 执行文件格式和一些宏。
<const.h> 常数符号头文件，目前仅定义了i 节点中i_mode 字段的各标志位。
<ctype.h> 字符类型头文件。定义了一些有关字符类型判断和转换的宏。
<errno.h> 错误号头文件。包含系统中各种出错号。(Linus 从minix 中引进的)。
<fcntl.h> 文件控制头文件。用于文件及其描述符的操作控制常数符号的定义。
<signal.h> 信号头文件。定义信号符号常量，信号结构以及信号操作函数原型。
<stdarg.h> 标准参数头文件。以宏的形式定义变量参数列表。主要说明了-个类型（va_list）和
三个宏（va_start, va_arg 和va_end），用于vsprintf、vprintf、vfprintf 函数。
<stddef.h> 标准定义头文件。定义了NULL, offsetof(TYPE, MEMBER)。
<string.h> 字符串头文件。主要定义了一些有关字符串操作的嵌入函数。
<termios.h> 终端输入输出函数头文件。主要定义控制异步通信口的终端接口。
<time.h> 时间类型头文件。其中最主要定义了tm 结构和一些有关时间的函数原形。
<unistd.h> Linux 标准头文件。定义了各种符号常数和类型，并申明了各种函数。如定义了
__LIBRARY__，则还包括系统调用号和内嵌汇编_syscall0()等。
<utime.h> 用户时间头文件。定义了访问和修改时间结构以及utime()原型。
2.3.4.1 体系结构相关头文件子目录include/asm
这些头文件主要定义了一些与CPU 体系结构密切相关的数据结构、宏函数和变量。共4 个文件。
<asm/io.h> io 头文件。以宏的嵌入汇编程序形式定义对io 端口操作的函数。
<asm/memory.h> 内存拷贝头文件。含有memcpy()嵌入式汇编宏函数。
<asm/segment.h> 段操作头文件。定义了有关段寄存器操作的嵌入式汇编函数。
<asm/system.h> 系统头文件。定义了设置或修改描述符/中断门等的嵌入式汇编宏。
2.3.4.2 Linux 内核专用头文件子目录include/linux
<linux/config.h> 内核配置头文件。定义键盘语言和硬盘类型（HD_TYPE）可选项。
<linux/fdreg.h> 软驱头文件。含有软盘控制器参数的一些定义。
<linux/fs.h> 文件系统头文件。定义文件表结构（file,buffer_head,m_inode 等）。
<linux/hdreg.h> 硬盘参数头文件。定义访问硬盘寄存器端口，状态码，分区表等信息。
<linux/head.h> head 头文件，定义了段描述符的简单结构，和几个选择符常量。
<linux/kernel.h> 内核头文件。含有一些内核常用函数的原形定义。
<linux/mm.h> 内存管理头文件。含有页面大小定义和一些页面释放函数原型。
<linux/sched.h> 调度程序头文件，定义了任务结构task_struct、初始任务0 的数据，
还有一些有关描述符参数设置和获取的嵌入式汇编函数宏语句。
<linux/sys.h> 系统调用头文件。含有72 个系统调用C 函数处理程序,以'sys_'开头。
<linux/tty.h> tty 头文件，定义了有关tty_io，串行通信方面的参数、常数。
2.3.4.3 系统专用数据结构子目录include/sys
<sys/stat.h> 文件状态头文件。含有文件或文件系统状态结构stat{}和常量。
<sys/times.h> 定义了进程中运行时间结构tms 以及times()函数原型。
<sys/types.h> 类型头文件。定义了基本的系统数据类型。
<sys/utsname.h> 系统名称结构头文件。
<sys/wait.h> 等待调用头文件。定义系统调用wait()核waitpid()及相关常数符号。
2.3.5 内核初始化程序目录init
该目录中仅包含一个文件main.c。用于执行内核所有的初始化工作，然后移到用户模式创建新进程，
并在控制台设备上运行shell 程序。
程序首先根据机器内存的多少对缓冲区内存容量进行分配，如果还设置了要使用虚拟盘，则在缓冲
区内存后面也为它留下空间。之后就进行所有硬件的初始化工作，包括人工创建第一个任务（task 0），
并设置了中断允许标志。在执行从核心态移到用户态之后，系统第一次调用创建进程函数fork()，创建
出一个用于运行init()的进程，在该子进程中，系统将进行控制台环境设置，并且在生成一个子进程用
来运行shell 程序。
2.3.6 内核程序主目录kernel
linux/kernel 目录中共包含12 个代码文件和一个Makefile 文件，另外还有3 个子目录。由于这些
文件中代码之间调用关系复杂，因此这里就不详细列出各文件之间的引用关系图，但仍然可以进行大概
分类，见图2.5 所示。
图2.5 各文件的调用层次关系
asm.s 程序是用于处理系统硬件异常所引起的中断，对各硬件异常的实际处理程序则是在traps.c
通用程序
mktime
schedule.c
panic.c
pintk,vsprintf
硬件中断程序
asm.s
traps.c
系统调用程序
system_call.s
fork.c,sys.c,exit.c,signal.c
文件中，在各个中断处理过程中，将分别调用traps.c 中相应的C 语言处理函数。
exit.c 程序主要包括用于处理进程终止的系统调用。包含进程释放、会话（进程组）终止和程序退
出处理函数以及杀死进程、终止进程、挂起进程等系统调用函数。
fork.c 程序给出了sys_fork()系统调用中使用了两个C 语言函数：find_empty_process()和
copy_process()。
mktime.c 程序包含一个内核使用的时间函数mktime()，用于计算从1970 年1 月1 日0 时起到开机
当日的秒数，作为开机秒时间。仅在init/main.c 中被调用一次。
panic.程序包含一个显示内核出错信息并停机的函数panic()。
printk.c 程序包含一个内核专用信息显示函数printk()。
sched.c 程序中包括有关调度的基本函数(sleep_on、wakeup、schedule 等)以及一些简单的系统调
用函数。另外还有几个与定时相关的软盘操作函数。
signal.c 程序中包括了有关信号处理的4 个系统调用以及一个在对应的中断处理程序中处理信号的
函数do_signal()。
sys.c 程序包括很多系统调用函数，其中有些还没有实现。
system_call.s 程序实现了linux 系统调用（int 0x80）的接口处理过程，实际的处理过程则包含
在各系统调用相应的C 语言处理函数中，这些处理函数分布在整个linux 内核代码中。
vsprintf.c 程序实现了现在已经归入标准库函数中的字符串格式化函数。
2.3.6.1 块设备驱动程序子目录kernel/blk_dev
该子目录共包含4 个c 文件和1 个头文件。头文件blk.h 由于是块设备程序专用的，所以与C 文件
放在一起。这几个文件之间的大致关系，见图2.6 所示。
图2.6 blk_dev 目录中文件的层次关系。
blk.h 中定义了3 个C 程序中共用的块设备结构和数据块请求结构。hd.c 程序主要实现对硬盘数据
块进行读/写的底层驱动函数，主要是do_hd__request()函数；floppy.c 程序中主要实现了对软盘数据
块的读/写驱动函数，主要是do_fd_request()函数。ll_rw_blk.c 中程序实现了低层块设备数据读/写函
数ll_rw_block()，内核中所有其它程序都是通过该函数对块设备进行数据读写操作。你将看到该函数
在许多访问块设备数据的地方被调用，尤其是在高速缓冲区处理文件fs/buffer.c 中。
2.3.6.2 字符设备驱动程序子目录kernel/chr_dev
字符设备程序子目录共含有4 个C 语言程序和2 个汇编程序文件。这些文件实现了对串行端口
rs-232、tty、键盘和终端控制台设备的驱动。下图（图2.7）是这些文件之间的大致调用层次关系。
图2.7 字符设备程序之间的关系示意图。
tty_io.c 程序中包含tty 字符设备读函数tty_read()和写函数tty_write()，另外还包括在串行中
断处理过程中调用的C 函数do_tty_interrupt()，该函数将会在中断类型为读字符的处理中被调用。
console.c 文件主要包含控制台初始化程序和控制台写函数con_write()，用于被tty 设备调用。还包含
对显示器和键盘中断的初始化设置程序con_init()。
rs_io.s 汇编程序用于实现两个串行接口的中断处理程序。该中断处理程序会根据从中断标识寄存
器（端口0x3fa 或0x2fa）中取得的4 种中断类型分别进行处理，并在处理中断类型为读字符的代码中
调用do_tty_interrupt()。
serial.c 用于对异步串行通信芯片UART 进行初始化操作，并设置两个通信端口的中断向量。另外
还包括tty 用于往串口输出的rs_write()函数。
tty_ioctl.c 程序实现了tty 的io 控制接口函数tty_ioctl()以及对termio(s)终端io 结构的读写
函数，并会在实现系统调用sys_ioctl()的fs/ioctl.c 程序中被调用。
keyboard.S 程序主要实现了键盘中断处理过程keyboard_interrupt。
2.3.6.3 协处理器仿真和操作程序子目录kernel/math
该子目录中目前仅有一个C 程序math_emulate.c。其中的math_emulate()函数是中断int7 的中断
处理程序调用的C 函数。当机器中没有数学协处理器，而CPU 却又执行了协处理器的指令时，就会引发
该中断。因此，使用该中断就可以用软件来仿真协处理器的功能。本书所讨论的内核版本还没有包含有
关协处理器的仿真代码。本程序中只是打印一条出错信息，并向用户程序发送一个协处理器错误信号
SIGFPE。
2.3.7 内核库函数目录lib
内核库函数主要用于用户编程调用，是编译系统标准库的接口函数之一。其中共有12 个C 语言文件，
除了一个由tytso 编制的malloc.c 程序较长以外，其它的程序很短，有的只有一二行代码。
这些文件中主要包括有退出函数_exit()、关闭文件函数close(fd)、复制文件描述符函数dup()、文件
打开函数open()、写文件函数write()、执行程序函数execve()、内存分配函数malloc()、等待子进程
状态函数wait()、创建会话系统调用setsid()以及在include/string.h 中实现的所有字符串操作函数。
2.3.8 内存管理程序目录mm
该目录包括2 个代码文件。
page.s 文件包括内存页面异常中断（int 14）处理程序，主要用于处理程序由于缺页而引起的页异
常中断和访问非法地址而引起的页保护。
memory.c 程序包括对内存进行初始化的函数mem_init()，由page.s 的内存处理中断过程调用的
do_no_page()和do_wp_page()函数。在创建新进程而执行复制进程操作时，即使用该文件中的内存处理
函数来分配管理内存空间。
2.3.9 编译内核工具程序目录tools
该目录下的build.c 程序用于将Linux 各个目录中被分别编译生成的目标代码连接合并成一个可运
行的内核映象文件image。其具体的功能可参见下一章内容。