哈喽，我是子牙老师。今天咱们聊聊这个话题吧，Linux作为当今科技世界的地基，我们越来越接近真理了，有木有？
这个文章的角度，你可能全网都很难找到第二篇如此系统讲透这个问题的文章
你可能想问：你之前不是写过操作系统吗，怎么又写一个Linux系统？
我之前写的，或者说做的课程，或者你们从这个网站上下载的，都是操作系统内核
操作系统内核，是一套管理硬件的程序，用户是用不了的。但是内核给开发用户态程序提供了丰富的API。基于Linux内核的API，开发出了Linux系统，即用户可以使用的用户态。其中包括：ubuntu、centos、redhat、Android、鸿蒙……Linux内核牛不牛逼？
基于Linux内核提供的API，基于Linux操作系统，又诞生了今天科技世界的基础设施：AI层、redis、MySQL、nginx、docker…还有很多很多关键基础设施，比如kvm……
我之前说Linux是当今科技世界的地基，有人说我乱说，真是无知者无畏。我后来想明白了，所处高度不同，眼前看到的风景自然不同，何必与夏虫语冰
写一个操作系统内核，是你学习计算机专业课《操作系统导论》《计算机组成原理》《数据结构》……或者说计算机学科所有专业课，最顶级的方式！而且生动有趣形象，那些看不见摸不着的理论，你在写的过程中，都变得具象化了：页表、内存映射、缺页异常、写时复制、进程切换、线程调度、线程上下文、中断触发……
那怎么开发一个用户态的Linux系统呢？以下，enjoy
缘起
看到这种图后，我的大脑开始抛出无数的问题
我后面理清了思绪，大概有这些问题：
- 用户态能看到的顶层进程是1号进程，那有没有0号进程呢？
- 0号进程在Linux内核的设计中承担了什么样的角色？
- 我记得最开始玩Linux的时候，用户态的顶层进程是init，与当前systemd之间什么关系？
- 用户态的顶层进程systemd，在内核态长啥样
- 自己开发的Linux系统，是如何与Linux内核关联起来的，比如busybox
- Linux内核是如何进入用户态的
- Linux内核是如何基于一个可执行文件起一个进程的
……
如果你恰好也有这些问题，受实力所限，无法得到答案，那太好了。BTW，技术还行哦，对Linux的理解能到这个程度
瓦特？你都不知道我在说什么？那你现在的水平，在AI时代，是非常危险的！赶紧去提升实力吧！ChatGPT能帮你写代码？ChatGPT能帮任何使用他的人写代码，你跟别人的区别在哪呢？或者说，谁能更好的使用AI呢？是那些对行业理解得更广更深的人，对吧
同样使用ChatGPT，你觉得你跟我，谁能最大化发挥ChatGPT的价值？
Linux始祖进程
看《玫瑰的故事》，黄亦玫的女儿名字叫太初，我觉得蛮好听的。太初其实就是始祖的意思，只不过含蓄一些。你们觉得，黄亦玫希望她的女儿是谁的始祖呢？我觉得应该是自己的始祖吧，永远做自己，不被世俗污染与束缚，满满的大爱
《道德经》中说“道生一，一生二，二生三，三生万象”。在道家的角度，零即为道。我猜Linux内核如果是中国人写的，它的进程结构应该是这样的
那Linux内核的始祖进程是谁呢？init_task，即0号进程。这个进程不像其他进程，是通过函数__do_fork创建出来的，这个进程是内核开发工程师编织出来的，如图
你是不是想问：为什么是编织，而不是通过程序创建？那你是否想过，今天的科技世界的源头，一定有一个编译器，是用二进制写出来的。一样的道理，总得有鸡才有蛋。你是不是想问，没有蛋哪来的鸡？鸡可以造出来，或者由其他物种变异而来，蛋就真的没办法
CPU何时切入0号进程执行的呢？这个有点特别，CPU不会切入0号进程，内核开发工程师会将0号进程与BSP核（CPU启动核）进行绑定。这个操作是在Linux内核的很早期完成的，在创建1号进程、启用所有AP核之前，在这两个阶段之前，很关键。代码没找着，自己写代码测的，Linux内核是这么干的
关于0号进程，还有一个关键点就是，当BSP核执行完所有初始化动作，0号进程就进化为idle进程，就是当CPU没事干的时候执行的进程，对应的代码：CPU进入低功耗，响应中断唤醒
更特别的是，进化为idle进程的0号进程可以被多个CPU核同时运行！
Linux1号进程
1号进程就好理解很多了。但是如果你想搞明白它与用户态，与一个可执行文件是如何关联上的，牵扯的东西就比较多了。但是于我而言，没啥难度，毕竟对于Linux，我已经建立了较为完整的认知
先看1号进程的创建，0号进程创建了两个内核线程：kernel_init（1号）、kthread（2号）
kernel_init内核线程就是1号进程systemd的内核态，kernel_init是如何进入用户态的呢？三个途径
接下来从源码层面讲解内核线程kernel_init进入用户态细节，其实就是函数run_init_process
函数run_init_process的调用链，我已经画好了图。
进入用户态
从上一段观点可知，Linux内核进入用户态，默认会去找init程序，先说对init的处理吧
run_init_process调用链中，会进入一个非常核心的函数：load_elf_binary，这个函数就是完成了进程的创建，内存空间长这样。其实就是将硬盘上的init程序，按照进程内存空间布局规范，实现程序内存化，又称进程态
看代码区吧，这是kernel_init内核线程进入用户态要执行的地方。理论上每个进程的代码区都是从0x40000开始的，但是实际中略有偏差，我们看init程序的代码入口点：0x400890，记住这个位置，后面会讲到
这时候进程就创建完了，等待调度。还有一点讲下，所有进程的入口函数都不是可执行文件中的那个，而是ret_from_fork，在这设置的
这个函数非常非常非常关键，就是所有进程由内核态进入用户态的那座桥！关于内核第一次由内核态切用户态，这个不懂汇编、中断的小伙伴可能看不懂了。这里是模拟中断跨态切换实现的。我就不展开讲了，直接看代码跟内存吧。当init进程获得调度，会进入函数ret_from_fork
在这个函数的执行过程中，我们找到init程序的入口点0x400890就找到答案了
至此，秘密全部揭开！太畅快了！
对了，还有init与systemd，它们都是内核线程kernel_init进入用户态的存在形式。早期是init，现在是systemd
如果你看懂了这篇文章，你就知道如何写一个Linux系统。
