สำรวจเคอร์เนลลินุกซ์

• เคอร์เนลลินุกซ์ ไม่ใช่โปรเซสเดี่ยว แต่เป็น ชั้นแกนหลักที่ประกอบขึ้นเป็นทั้งระบบ ซึ่งเป็นโครงสร้างที่คงอยู่ตลอดเวลาและเชื่อมฮาร์ดแวร์กับซอฟต์แวร์
• ทำหน้าที่ประสาน system call, interrupt, scheduling เพื่อให้การทำงานสำหรับโปรเซสของผู้ใช้ดำเนินต่อไป
• เคอร์เนลทำงานเป็นโครงสร้างหลายชั้นที่ ถูกทำให้เป็นนามธรรม, ทำแผนที่, แยกขาด, และควบคุม
• ยก ไฟล์ซอร์สหลัก สำหรับการเรียนรู้ เช่น init/main.c, kernel/fork.c, include/linux/sched.h, arch/x86/kernel/entry_64.S
• มีความสำคัญในฐานะ สื่อการเรียนรู้พื้นฐาน เพื่อทำความเข้าใจโครงสร้างและบทบาทของเคอร์เนล

---

แก่นแท้ของเคอร์เนล

• เคอร์เนลคือ ตัวระบบเอง ไม่ใช่โปรเซส เป็น ชั้นอำนาจหลักที่คงอยู่ตลอดเวลา ซึ่งเชื่อมฮาร์ดแวร์กับซอฟต์แวร์
  • ทำหน้าที่ศูนย์กลางในการรองรับการทำงานของโปรเซสผู้ใช้และจัดการทรัพยากรของระบบ
• เคอร์เนลเป็น ผู้ให้บริการแก่โปรเซส โดยประสาน system call, interrupt และ scheduling เพื่อคงการทำงานของผู้ใช้ไว้

โครงสร้างแบบลำดับชั้นของระบบ

• เคอร์เนลประกอบด้วย โครงสร้างควบคุมที่ถูกทำให้เป็นนามธรรม ถูกทำแผนที่ และแยกขาดจากกัน
  • หลายชั้นทำงานโต้ตอบกันในรันไทม์เพื่อรักษาเสถียรภาพและการควบคุมของระบบ

ไฟล์สำหรับการเรียนรู้

• มีการยกไฟล์สำคัญ 4 ไฟล์ต่อไปนี้เพื่อทำความเข้าใจโครงสร้างของเคอร์เนล
  • init/main.c
  • kernel/fork.c
  • include/linux/sched.h
  • arch/x86/kernel/entry_64.S

คำถามทบทวนแนวคิด

• ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างเคอร์เนลกับโปรเซส: B. เคอร์เนลไม่ใช่โปรเซส แต่คือตัวระบบเอง
• วิธีที่เคอร์เนลรองรับโปรเซสผู้ใช้: B. ประสาน system call, interrupt และ scheduling
• ลักษณะเชิงลำดับชั้นของเคอร์เนล: C. โครงสร้างที่ถูกทำให้เป็นนามธรรม ถูกทำแผนที่ แยกขาด และควบคุม

[GN⁺]

ความคิดเห็นบน Hacker News

• เป็นโปรเจกต์ที่เจ๋งมาก ทำให้นึกถึง โครงหน้าแบบ Talmud — โครงสร้างที่มีคำอธิบายประกอบจากหลายร้อยปีซ้อนทับกันอยู่ในหน้าเดียวช่างน่าสนใจ
  แม้โค้ดจะไม่ได้เป็นเส้นตรงแบบนั้น แต่ใน Linux Kernel Explorer นี้ก็ให้ความรู้สึกถึง ‘ชั้นของคำอธิบาย’ ที่คล้ายกัน
  ชอบรูปแบบโน้ตที่แปะไว้ด้านข้างเป็นพิเศษ
  ลิงก์อ้างอิงที่เกี่ยวข้อง: เลย์เอาต์หน้าของ Talmud, โน้ตเกี่ยวกับเลย์เอาต์ Talmud

  • ถ้าจะว่าไป Talmud ก็ดูเหมือน ไฮเปอร์เท็กซ์ต์ยุคบุกเบิก (ไม่แน่ใจนัก แต่ให้ความรู้สึกแบบนั้น)

• เหมือนผมจะพลาดอะไรไป เพราะก่อนหน้านี้ก็มีเว็บสำหรับสำรวจซอร์สเคอร์เนลมานานแล้ว — เช่น Elixir Bootlin
  แต่ยังไม่เห็นว่าอันนี้มี ความสามารถเพิ่มเติม อะไรบ้าง Bootlin ยังค้นหาได้ แต่ที่นี่ไม่เห็นมี
  ในยุคนี้คาดหวังว่าจะมีคำอธิบายโค้ดด้วย LLM หรืออะไรอย่าง dependency graph

  • ตอนแรกนึกว่าจะเป็น “ยุคทองของ AI!” แต่เอาเข้าจริงกลับรู้สึกว่าเป็นแค่ AI รีมิกซ์ที่เอาความสามารถเดิมมาห่อด้วยเว็บเฟรมเวิร์กใหม่ เลยแอบผิดหวังนิดหน่อย

• GitHub API ติด rate limit เลยไม่แสดงรายการไฟล์
  ถ้าใครเจอปัญหาเดียวกัน เปลี่ยน IP ด้วย VPN หรือ Cloudflare Wrap ก็แก้ได้
  ถ้าเป็นฝั่งนักพัฒนา น่าจะเพิ่มตัวเลือกล็อกอิน GitHub หรือเพิ่มชั้นแคช เพื่อให้ผู้ใช้ใหม่เข้าถึงได้ง่ายขึ้น

  • ได้รับคำตอบขอบคุณที่แจ้งปัญหา และบอกว่าจะปรับปรุงหลังจากตระหนักว่าการทำไว้เดิมค่อนข้างเรียบง่ายเกินไป

• ชอบเครื่องมือแบบนี้มาก เคยใช้เครื่องมือคล้ายกันที่ Red Hat ทำไว้เพื่อวิเคราะห์ ซอร์สโค้ดเครื่องลงคะแนนอิเล็กทรอนิกส์ของบราซิล
  ตอนนั้นผมรับหน้าที่จัดระเบียบไฟล์และฟังก์ชันที่ซ้ำกัน และมันเป็นแอปเดสก์ท็อปที่ใช้ Motif UI

• ชอบไอเดียนี้มาก เวลาไล่ดูโค้ดของโปรเจกต์ซับซ้อนทีไร มักไม่รู้จะเริ่มจากตรงไหน แต่เครื่องมือนี้ช่วยให้ มองเห็นโครงสร้างหลักได้อย่างรวดเร็ว
  แต่เจอบั๊กอยู่อย่างหนึ่ง — ใน Chapter 2 ถ้าเปิดไดเรกทอรีอย่าง “mm/” จะขึ้นข้อผิดพลาด “Invalid file response” ดูเหมือนมันพยายามเปิดไดเรกทอรีเหมือนเป็นไฟล์

  • ผมเองก็เคยทำโปรเจกต์อยู่สองสามอันเพื่อช่วยลดกำแพงในการเริ่มต้นกับลินุกซ์เคอร์เนลด้วยเหตุผลเดียวกัน
    • แอปแสดงภาพการไหลของแพ็กเก็ต UDP: linux-kernel-network-stack-visualization
    • วิธีทำให้การดีบักเคอร์เนลง่ายขึ้นบน macOS: linux-kernel-debugging-on-mac
      ขอชื่นชมงานของ Florent Revest ด้วย

• Explorer ตัวนี้ดูเหมือนเป็นเครื่องมือที่นักพัฒนาหลายคนต้องการมานาน
  ซอร์สเคอร์เนลทั้งใหญ่และซับซ้อนมากจนไม่รู้จะเริ่มตรงไหน แต่อันนี้แสดงโครงสร้างออกมาเหมือนเป็น แผนที่
  มองเห็นทั้ง VFS และวิธีเชื่อมต่อของโมดูลได้ในภาพรวม แม้จะยังมีปัญหาอย่างข้อจำกัดของ API หรือข้อผิดพลาดเกี่ยวกับไดเรกทอรี แต่ก็เป็นก้าวแรกที่ยอดเยี่ยม

  • ทำให้นึกถึง LXR สมัยก่อน
    ตอนผมเริ่มทำงานกับลินุกซ์มันช่วยได้มาก และหลังจากนั้นก็มี Elixir ที่เขียนใหม่ด้วย Python รวมถึง ซอร์สโค้ด ด้วย
  • แต่ก็มีคำถามเหมือนกันว่า “ทั้ง pull master ก็ไม่ได้ จะ grep หรือ gmake ก็ไม่ได้ แล้วมันมีประโยชน์อะไร?”

• Elixir Bootlin มีมานานแล้ว แต่ ใช้งานบนมือถือได้ดีกว่า

  • ได้รับคำตอบขอบคุณสำหรับฟีดแบ็กเรื่องการรองรับมือถือ และบอกว่าจะปรับปรุง
  • Elixir เด่นเรื่องการไล่ดูแท็ก จึงเหมาะกับการ สำรวจโค้ดทั้งระบบ มากกว่าการดูเป็นรายไฟล์

• ดูเจ๋งมาก ผู้สร้างคือ fabiomaia.eu
  ผมกำลังคิดว่าจะขอให้ทำเครื่องมือคล้ายกัน สำหรับ Python
  น่าจะมีประโยชน์เวลาใช้สอนวิศวกรใหม่ให้เข้าใจโครงสร้างของรีโพซิทอรี CPython

  • ก็มีคนตอบกลับว่า “ทำเองเลยดีไหม?” ซึ่งในโลกโอเพนซอร์ส การคาดหวังให้มีคนลงมือทำเร็ว ๆ และตอบรับ issue ก็ถือเป็นเรื่องปกติ

• จู่ ๆ ก็สงสัยว่า ในบรรดาโค้ดของเคอร์เนล ส่วนไหนที่ น่าทึ่งที่สุด?

  • น่าจะเป็น fs/select.c หรือพวกกลไก polling

• ไฟล์ arch/x86/kernel/entry_64.S ใน Chapter 1 เปิดไม่ได้
  ในต้นไม้ไดเรกทอรีก็ไม่เห็นด้วย
  (เหมือนเคยมีคอมเมนต์อื่นพูดถึงปัญหานี้ แต่ดูเหมือนจะถูกลบไปแล้ว)

  • น่าจะเป็นการพิมพ์ path ผิด ที่ถูกจริง ๆ ควรเป็น arch/x86/entry/entry_64.S