kernel-2 Linux内核简介

菜鸟上路CCLinux

2010-07-31

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操作系统是指整个系统中负责完成最基本功能和系统管理的那些部分，包括：
- 内核
- 驱动程序
- 启动引导程序
- 命令行shell或者其它种类的用户界面
- 基本的文件管理工具和系统工具
内核通常由：
- 负责响应中断的中断服务程序
- 负责管理多个进程从而分享处理器时间的调度程序
- 负责管理进程地址写意的内存管理程序
- 网络、进程间通信待系统服务
对于提供保护机制的现代系统来说，内核独立于普通应用程序，它一般处于系统态，拥有受保护的内存空间和访问硬件设备的所有权限；这种系统态和被保护起来的内存空间，统称为内核空间；相对地，应用程序在用户空间执行，它们只能看到允许它们使用的部分系统资源，并且不能使用某些特定的系统功能，不能直接访问硬件等；
当内核运行的时候，系统以内核态进行内核空间，相反，普通用户程序以用户态进入用户空间；应用程序通过系统调用和内核通过来运行；如下图所示：
通常情况下：
- 应用程序调用库函数（如C库函数）；
- 库函数通过系统调用让内核代其完成各种不同的任务；
- 应用程序通过系统调用在内核空间运行；而内核运行于进程上下文中；
当硬件设备想和系统通信的时候，它首先要发出一个异步的中断信号支打断内核正在执行的工作。
- 中断通常对应着一个中断号，内核通过这个中断号查找对应的中断服务程序，并调用这个程序响应和处理中断；
- 为了保证同步，内核可以停止中断（既可以停止所有的中断，也可以有选择地停止某个中断号对应的中断）；
- 许多操作系统的中断服务程序都不在进程上下文中执行，它们在一个与所有进程都无关的、专门的中断上下文中执行；这是为了保证中断服务程序能够在第一时间响应和处理中断请求，然后快速地退出；
处理器的活动范围：
- 运行于内核空间，处于进程上下文，代表某个特定的进程执行；
- 运行于内核空间，处于中断上下文，与任何进行无关，处理某个特定的中断；
- 运行于用户空间，执行用户进程；
- 例：当CPU空闲时，内核就运行一个空进程，处于进程上下文，但运行于内核空间；
Linux内核与Unix各种变体的内核特点的分析：
- Linux支持动态加载内核模块。尽管Linux内核是单内核，可是允许在需要的时候动态地卸载和加载部分内核模块；
- Linux支持对称多处理(SMP)机制，尽管许多Unix的变体也支持SMP，但传统的Unix并不支持这种机制；
- Linux内核可以抢占(perrmptive)；与传统的Unix不同，Linux内核具有允许在内核支持的任务优先执行的能力；
- Linux对线程支持的实现比较有意思：内核并不区分线程和其他的一般进程。对于内核来说，所有的进程都一样，只不过其中的一些共享资源而已；
- Linux提供具有设备类的面向对象的设备模型、热插拔事件，以及用户空间的设备文件系统；
- Linux忽略了一些被认为设计的很拙劣的特性；
- Linux体现了自由这个词的精髓，即任何改变都要针对现实中确实存在的问题，经过完善的设计并有正确简洁的实现；