上一节讲Python运行环境初始化的时候，曾经提到一个阶段是加载sys module，其实不只sys，还有很多常用的内建module，例如os、exceptions等，都会被加载到内存。但当我们打开Python解释器，敲“sys”时，它会提示你“NameError: name 'sys' is not defined”，需要我们输入“import sys”后，sys才变得“可用”。
其实在Python，有一个module pool的概念，顾名思义，是一个放置模块的池，池是什么概念？其实就是缓存。对于每一个被加载到内存的module，Python都将它放置在这个池里，以供程序的不同地方使用。而这个池，就是我们的sys.modules。Python启动时虽然加载了很多module到sys.modules，但大部分都没有将它们“映射”到local里，需要我们用的时候“手动指定”哪个“可用”。所以对于“import”这个词的理解，应该是这样的：当程序某个部分通过import希望加载某个module时，Python先在sys.modules里面寻找，如果找到了，就引入一个符号（这取决于你用怎样的import形式，有from？有as？）到该处的local名字空间，指向找到的这个module，否则就执行动态加载机制，加载相应模块，当然也需要在相应名字空间增加其关联的符号。
下面我们通过构造一个例子，逐步深入源代码来剖析其原理。假设我们有以下一个文件夹结构（Debian环境下）：
user@debian:~$ls
test
user@debian:~$ls test
__init__.py test2
user@debian:~$ls test/test2
__init__.py m2.py
我们启动Python，并进行import动作：
user@debian:~$python
...
>>>import test.test2.m2
>>>dir()
['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'test', 'sys']
>>>sys.modules.keys() # 显示结果做了删减处理
[..., 'test', 'test.test2', 'test.test2.m2', ...]
可以看到，直接通过“.”（dot）符号来加载“m2”，local里增加的是test这个顶层package符号，而sys.modules增加了3个module：“test”，“test.test2”，“test.test2.m2”。我们试试新开一个terminal，用“from”来import：
...
>>>from test.test2 import m2
>>>dir()
['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'm2', 'sys']
>>>sys.modules.keys() # 显示结果做了删减处理
[..., 'test', 'test.test2', 'test.test2.m2', ...]
跟上一个情况类似，增加了3个相同的module，而local里却没有了“test”，取而代之的是“m2”。如果是加as呢？看看：
...
>>>from test.test2 import m2 as mm2
>>>dir()
['__builtins__', '__doc__', '__name__', 'mm2', 'sys']
>>>sys.modules.keys() # 显示结果做了删减处理
[..., 'test', 'test.test2', 'test.test2.m2', ...]
这次，local变成了“mm2”，其它均没改变。我们推测，不同的import形式只是在该程序段local引入符号时不同，而加载到module pool的是一样的。好，我们将3者的字节码列出来，进行比较：
#############################################
import test.test2.m2
LOAD_CONST 1 (-1)
LOAD_CONST 0 (None)
IMPORT_NAME 0 (test.test2.m2)
STORE_FAST 0 (test)
#############################################
from test.test2 import m2
LOAD_CONST 1 (-1)
LOAD_CONST 2 (('m2',))
IMPORT_NAME 0 (test.test2)
IMPORT_FROM 1 (m2)
STORE_FAST 0 (m2)
#############################################
from test.test2 import m2 as mm2
LOAD_CONST 1 (-1)
LOAD_CONST 2 (('m2',))
IMPORT_NAME 0 (test.test2)
IMPORT_FROM 1 (m2)
STORE_FAST 0 (mm2)
#############################################
从最后的STORE_FAST可以知道，我们的推测至少正确了一半（引入local的符号不同），现在关键在于IMPORT_NAME、IMPORT_FROM，它们是干什么的，还有前面的两个LOAD_CONST，不同的字节码参数代表着什么。
IMPORT_NAME是核心的字节码，它要做的是，把import动作需要的一些信息——当前PyFrameObject的global、local名字空间，IMPORT_NAME的参数，两个LOAD_CONST参数（对于其中那个“-1”，还要进行判断决定是否包含进去）打包成一个PyTupleObject对象，然后作为参数调用我们内建module里面的那个“__import__”，然后把返回值放到栈顶。这个返回值是IMPORT_NAME的参数对应的module对象，主要给IMPORT_FROM用的。而IMPORT_FROM要做的很简单，就是在该返回的module对象中搜索它的参数代表的符号（例如“from test.test2 import m2”，就是在“test.test2”这个module搜索“m2”），并压栈。为此我们需要深入“__import__”的实现（一些参数拆包，上锁的外层函数封装我们忽略了，直奔最核心的实现——import_module_level）：
static PyObject *
import_module_level(char *name, PyObject *globals, PyObject *locals,
PyObject *fromlist, int level)
{
char buf[MAXPATHLEN+1];
int buflen = 0;
PyObject *parent, *head, *next, *tail;
//[1]: 获得import动作发生的package环境
parent = get_parent(globals, buf, &buflen, level);
//[2]: 解析module的“路径”结构，依次加载每一个package/module
head = load_next(parent, Py_None, &name, buf, &buflen);
tail = head;
while (name) {
next = load_next(tail, tail, &name, buf, &buflen);
tail = next;
}
//[3]: 处理from *** import *** 语句
if (fromlist != NULL) { //fromlist就是上面每个字节码的第二个LOAD_CONST了，不是None就是tuple的那个
if (fromlist == Py_None || !PyObject_IsTrue(fromlist))
fromlist = NULL;
}
//import不是from *** import ***的形式，返回head
if (fromlist == NULL) {
return head;
}
//是from *** import ***，返回tail
if (!ensure_fromlist(tail, fromlist, buf, buflen, 0)) {
return NULL;
}
return tail;
}
以“import test.test2.m2”为例，先看[1]处，get_parent要做的是获得package环境。什么是package环境？就是一个module对象（package在Python眼中也是一种module），在这个交互式的例子里比较特别，是一个并不存在的“__main__ package”对应的module对象，它被定义为Py_None（或者举另外一个例子来说，假如我们有一个文件夹“~/my_package”，里面有__init__py、a.py和b.py3个文件，a.py里有“import b”，那做这个import动作时，package环境就是“my_package”对应的module对象了）。所有的import动作都限定在一个package环境的范围内（在对应module对象的“__path__”路径内），此时get_parent要在sys.modules查找“__main__ package”，当然找不到了，返回定义的Py_None。接下来[2]处的load_next函数和while组合，是一个“加载test－>加载test2－>加载m2”的过程，由于之前的package环境返回的是Py_None，所以Python没有在特定的package路径搜索，而是在默认路径搜索（就是sys.path，其中包括当前启动Python解释器的相对路径，你懂的）。首先找到“test”，然后是“test2”，最后是“m2”，逐一加载到sys.modules（从一开始的演示知道，加载的名字分别是“test”、“test.test2”、“test.test2.m2”，算法不展开了）。这里会用到module pool，就是之前加载过一次，再次import就不用加载了，另外假如在特定的package环境加载不成功，Python会尝试在默认路径搜索，例子就是A文件夹下的a.py尝试import sys，但sys.py显然不在文件夹A的package环境中。
对于每个module/package，是如何加载的呢？我们知道，获得package环境，我们就获得各个要加载文件的路径了，所以接下来就是针对不同类型的文件进行加载动作，对于py文件，就是对其编译，得到PyCodeObject对象，执行其中的字节码（也就是会创建PyFrameObject对象了），将生成的module加入sys.modules，另外还生成一个其对应pyc文件（都编译了一次了，下次程序再运行当然不想再编译一次了）。对于pyc文件，动作其实跟处理py文件相似，只是少了编译的过程。而对于package，则会尝试寻找并加载__init__.py文件（缺少这个则会抛异常），并将自身加入到sys.modules。对于某些不常用的内建module和C扩张module，形式类似，我们不作展开了。