ldd3: https://lwn.net/Kernel/LDD3/
做Linux下驱动开发有段时间了，但是有时候对Linux kernel涉及到的部分依然不甚明了，所以打算再把kernel相关的一些书籍过一遍，同时分享下自己的理解。既然是做driver，就从ldd3开始吧。今天是第一篇，从导论开始吧，虽然看上去导论很浅显，但是往往能起到提纲挈领的左右，有助于对device driver有个全盘的了解。
Linux kernel虽然复杂和庞大，但是最核心的部分仍然是设备驱动。为什么这么说呢？kernel作为操作系统的底层，直接管理着所有连接的device，用户的几乎任何一个操作，都会对应到物理设备。比如你通过键盘敲击一个字符，就需要中断处理例程，USB设备驱动，再到用户态的字符处理程序，屏幕上显示的内容发生了变化，就需要windows manager等重新绘制，X server使用GPU驱动绘制framebuffer，并最终交给显示驱动，最后显示在显示器中。可以说device driver是kernel非常核心的部分，也是OS最终的操作对象。
对于开发者而言，device driver可难可易，可以简单也可以复杂，取决于设备本身，当然也跟开发者的个人能力有关。ldd3认为device driver实现的基本原则有两个，机制（mechanism）和策略（policy）。这不止是device driver的开发，任何程序的设计都应该以这两个原则为出发点，比如接口的设计和实现，就应该只考虑机制的实现，不应该关注client会怎么样用。我一个接口该实现设么样的功能就只实现什么样的功能，不对client的用法做任何假设，否则只会导致接口实现逻辑混乱，模块耦合，接口不合理等等。device driver更是如此。复杂的设备驱动可能会涉及到内存管理，schedule的实现，设备寄存器的读写访问，用户态程序的功能实现等等，如果写驱动脑袋不清楚，每实现一个接口都要考虑别人会怎么用，那实现出来的设备驱动必然是bug百出，难以维护的。总而言之，policy-free是非常重要的实现原则，虽然能在coding的时候想清楚哪些是machanism，哪些是policy，是很不容易的事。
device driver作为loadable的module driver，天生注定了要依靠kernel的utility来实现各种功能，包括上文提到的内存的管理，调度，乃至设备寄存器的访问。kernel的角色自然非常重要，进程管理，内存管理，文件系统，设备控制，网络数据管理等等，无论哪一部分，都是整个操作系统的基础。驱动的好坏，往往取决于是否对kernel的这些功能熟悉，是否使用得当，驱动开发难就难在这里，需要结合kernel的feature，实现自己的业务逻辑，对kernel不熟，要么浪费时间自己造轮子，要么驱动性能/功能差。所以即便是写device driver，如果能对整个kernel有个全盘了解，也会有很大帮助，有助于实现功能全面，性能优越，可扩展，可维护性好的驱动程序。
kernel里有很多优秀的设计，比如module，每个驱动程序的实现都是一个个独立的module driver，可以在runtime动态的加载和卸载。说白了就是动态链接库，kernel就是manager，module driver就是一个个的小弟，需要什么资源就向老大申请，老大按需分配。所有的driver按照type或者class分好组，方便组织和管理，driver只需要按照kernel的要求实现固定的一些callback，就能正常工作，极大的减少了driver developer的工作难度，同时又赋予driver足够的灵活性，可以不受拘束的实现自己业务上的逻辑。一个优秀的操作系统就是如此，你想要的都给你，又给你充分的自由，像极了爱情。
kernel的组成部分，核心就这么多，但是每一个部分展开都是一个巨大的工程。subsystem向下封装device driver，向上提供接口，kernel里的每一层都各司其职，软件工程里万年不变的准则，只要中间加一层，就可以解决一切问题，看似各个功能松散，实际保证了各个功能的独立性，互不干扰。
绝大部分设备都属于字符设备，即character device，还有一类是block device，以及network device。这几种设备对于数据的处理是不一样的，字符设备是按照字节流的方式来处理，block device是按照data block处理，network device则是按照packet来处理。驱动开发者需要知道自己的设备是属于什么设备，因为driver的用法会不一样，字符设备在注册的时候，需要调用字符设备特定的接口，block 设备和网络设备也是调用对应的接口。因为设备的属性不同，kernel对这些设备的处理也是不透明的，需要driver开发者自己处理。
模块化可以说是所有软件工程里的设计准则，各个模块功能独立，如果按照cs模型看，每个模块既是client也是server。
作为introduce，没有涉及到coding的部分，主要是对kernel进行high level的description，认清kernel和device driver的角色和职责，为后面sample driver的coding做好准备。
ldd3 overview：
chapter 2 introducing modularization
chapter 3 sample driver that based on memory, instead of actual hardware device, "device" can be read/written via sample driver.
chapter 4 debug technology.
chapter 5 concurrency and race condition.
chapter 6 advance topic, blocking operation of char device, use of select and ioctl.
chapter 7 time manage in kernel
chapter 8 memory allocation.
chapter 9 management of device I/O and device memory.
chapter 10 interrupt handle.
chapter 11 use kernel structure and portable code.
chapter 12 pci device driver.
chapter 13 USB device.
chapter 14 kernel bottom-up device model infrastructure.
chapter 15 kernel memory management.
chapter 16 block device driver.
chapter 17 network device driver.
