我的 Linux Kernel 學習之路
你可以先看看我的課程筆記 Linux Kernel Internals 2024 Spring Collections，如果覺得符合期待再往下閱讀。
背景
我的背景是統計系畢業，實習時接觸了 Computer Vision，當時是 2018 年左右，也幾乎是那個時候才有比較高強度的 Python 的練習；由於我不是本科系，對於 C/C++ 幾乎是僅勉強能讀懂，或是需要花時間慢慢查閱範例和文檔才能夠撰寫能夠運作的 C/C++ 程式等。
我記得在我的第二份正職工作，為了要防止模型被客戶取出，特意寫了一隻用 SHA256 把開機時從 Gitlab 下載的 Public Key 解出 root 密碼的 C++ 程式，那是我僅有能夠記起的 C/C++ 經驗，由於我的兩份正職工作都和 DL 強烈相關，故大多數時間還是寫 Python，一些協助後端開發的經驗也是以 Python 為主，可以說 2022 年以前， Python 是我用於接觸 CS 相關知識的母語，雖然也陸續搞過 C# 和 Go，但反正跟 C/C++ 不熟。
回成大唸碩
回到成大讀碩後也不是本科系，是運算學院的人工智慧機器人學位學程，碩論也是延續我第二份正職遺留的問題，使用 DL 解決點雲分割問題。
But, 回到成大後有意識的開始往更底層的 CS 知識走；首先是靠數位 IC 設計理解了 verilog 和電路設計的相關知識，再來是 jserv 開的計算機結構，最後是 jserv 開的 Linux Kernel。
我還記得在計結的第一份作業，應該是 RISCV 搭配 Ripes 分析一隻簡單的 C 程式；突然就理解到透過電位高低形成的二進制和 32 個 ports 就可以產生任意的 asm 指令，然後就可以驅動 CPU pipeline。
大概就是那一刻我對於現代計算機是如何運作的有一份初步的認識，也對我後來 Linux Kernel 的學習理解有很大的幫助，所以如果要我推薦這個方向修課的最小組合，就會是 Digital IC Design 相關 + 計組計結相關 + OS 相關。
其中計組一定要上強度，因為它負責將最底層的 IC 和上層的 OS 連結，學得好對於後來 OS 的學習會事半功倍。
「神課」Linux Kernel
碩二下的時候我才選到傳說中成大電資必定要修的這門神課，第一個的建議是越早修越好，越早修後續在其他相關課程的成長幅度越大；第二個建議是由於這門課的課程設計，你砸的時間和你的收穫高度相關，所以記得盡量把時間空出來，花越多時間你越強（這件事是難能可貴的，相信看過很多爛課的你深有體會）。
選擇你的「主修」Subsystem
從歷年課程的 Term Project 中，會發現每年一定會有的是 CPU 相關，我認為這是因為比起記憶體和檔案系統，它是相對好上手的 subsystem，你可以參考 Linux Kernel map，並選擇你的「主修」；所謂主修是如 “I/O”, “CPU”, “memory”, “storage”, “network” 等 subsystem，並從其中重要的部件起手，如 CPU 中最重要的函式是如 schedule(), context_switch(), pick_next_task() 等，最重要的結構是 task_struct 和 sched_entity 等，越有邏輯流程的部件就越適合看 code 起手，像上述提到的部件都是在 CPU 當中的 Scheduler。
從 Linux Kernel map 當中你也可以觀察到，相鄰的 subsystem 有強烈相關，像是討論 CPU 不可能不討論 I/O 和 memory 帶來的影響。選擇一個主修的 subsystem 只是方便你有個開始，最終你還是要逐個熟悉每一個 subsystem 的。
題外話，不嚴謹地說，每一個「主修」似乎恰好對應一線廠的業務，如聯發科以 CPU 為主、瑞昱以 I/O 為主、群聯和SMI以 storage 為主，當然不是那麼絕對，像群聯SMI擅長的 PCIE 介面就屬於 I/O，瑞昱的網通事業群也與 network 強烈相關，只是一個就業的參考 （也可能是我以管窺豹了）。
不要「舉燭」
這一點也被 jserv 強調許多次，這是因為很多同學（包括我）寫筆記寫到走火入魔，很多時候看不懂為什麼是這樣實作的，就開始幻想，有些時候甚至連實作都沒看就開始幻想，這是不對的。
首先，直接讀程式碼是必要的，再來是讀 Patch，有些程式碼是被改了又改、改了又改的，不讀 Patch 了解前因後果有時候根本不可能看懂。
最後，做實驗眼見為憑；把 qemu 和相關 toolchain 搞定，直接用 gdb 追蹤是最笨最沒有效率但也最具體的方法，對初學者有巨大幫助。
然而上述也不一定完全有效，據現役發哥 CAI E8 工程師（我弟），有時候他也看不懂在幹嘛，做了實驗還是搞不懂，最好的方法之一是跳過，因為你可能遺漏了某些關鍵，先去別的地方看看，晚點回來也許就看得懂了。然後，有時候還是需要有一些想像力的。
讀課程材料
我知道很多課程的材料都很古老，或是知識含量比例低，但不論是 CSAPP 或是 CMU 的 CA 教學影片都非常緊湊且通篇無廢話，絕對就是非本科學生需要的，我認為都很值得一讀。
當然 jserv 的文章一定要讀，你不一定要滾瓜爛熟，但讀一遍總是要的，有個印象哪些東西被提到，想到還可以回來找。
後期你也需要 《Demystifying the Linux CPU Scheduler》和 每位程式開發者都該有的記憶體知識 ，拜託一定要讀，讀完之後要反覆驗證邏輯，你的推敲和反芻才是精華所在。
使用好工具和好材料
當我碩二下修這門課的時候，ChatGPT 已經非常成熟，在修課過程中透過 VSCode 搭配讀核心程式碼是非常有用的，絕對推薦。它的「幻想」能力有時候也有出其不意的效果。
善用 lkml，找到幾個你主修 subsystem 的重點改動，結合其他資料整理出為什麼當前的程式碼會被接受、現在的實作是為了什麼等等。
最後是去讀前人的筆記；這門課已經開了很久，而且 Linux Kernel 的更新通常是以數年為單位，就算是 2020 的筆記其中某一段體悟都可能可以協助解決你想破頭的問題，你只需要搜尋 「Linux 核心」+ 你的問題就可以找到相關筆記了。
結語
寫下我的心得是因為我顯然只是一個普通人，甚至可以說只是處在本科學生的及格線邊緣，但靠著在這堂課的努力也算是踏入 OS 和嵌入式的領域了。
也是因為這門課，我也幾乎把所有一線都面完了 （SMI 沒找我哭），其他一些軟體和系統廠也都面過，最後也找到嵌入式相關的職位，多位面試官也都認可我在 Linux 的能力和技能符合他們的要求，我想我應該符合 jserv 對於「翻身」的期待吧。
