操作系統(tǒng)架構(gòu)
內(nèi)核倔撞、shell、文件系統(tǒng)和應(yīng)用程序谜诫。內(nèi)核漾峡、shell和文件系統(tǒng)一起形成了基本的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它們使得用戶可以運(yùn)行程序喻旷、管理文件并使用系統(tǒng)生逸。
linux 內(nèi)核
內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，具有很多最基本功能且预，它負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程槽袄、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序锋谐、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)遍尺，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。
Linux 內(nèi)核由如下幾部分組成：內(nèi)存管理涮拗、進(jìn)程管理乾戏、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理等三热。如圖：
系統(tǒng)調(diào)用接口：SCI 層提供了某些機(jī)制執(zhí)行從用戶空間到內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用鼓择。這個(gè)接口依賴于體系結(jié)構(gòu)，甚至在相同的處理器家族內(nèi)也是如此。SCI 實(shí)際上是一個(gè)非常有用的函數(shù)調(diào)用多路復(fù)用和多路分解服務(wù)。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的實(shí)現(xiàn)链瓦，并在 ./linux/arch 中找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分簿训。
內(nèi)存管理
對(duì)任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)而言，其內(nèi)存以及其它資源都是有限的。為了讓有限的物理內(nèi)存滿足應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的大需求量，Linux 采用了稱為“虛擬內(nèi)存”的內(nèi)存管理方式。Linux 將內(nèi)存劃分為容易處理的“內(nèi)存頁”（對(duì)于大部分體系結(jié)構(gòu)來說都是 4KB）懊蒸。Linux 包括了管理可用內(nèi)存的方式，以及物理和虛擬映射所使用的硬件機(jī)制悯搔。
不過內(nèi)存管理要管理的可不止 4KB 緩沖區(qū)骑丸。Linux 提供了對(duì) 4KB 緩沖區(qū)的抽象，例如 slab 分配器妒貌。這種內(nèi)存管理模式使用 4KB 緩沖區(qū)為基數(shù)通危，然后從中分配結(jié)構(gòu)，并跟蹤內(nèi)存頁使用情況灌曙，比如哪些內(nèi)存頁是滿的菊碟，哪些頁面沒有完全使用，哪些頁面為空在刺。這樣就允許該模式根據(jù)系統(tǒng)需要來動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)存使用逆害。
為了支持多個(gè)用戶使用內(nèi)存头镊，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)可用內(nèi)存被消耗光的情況。由于這個(gè)原因魄幕，頁面可以移出內(nèi)存并放入磁盤中相艇。這個(gè)過程稱為交換，因?yàn)轫撁鏁?huì)被從內(nèi)存交換到硬盤上纯陨。內(nèi)存管理的源代碼可以在 ./linux/mm 中找到坛芽。
進(jìn)程管理
進(jìn)程實(shí)際是某特定應(yīng)用程序的一個(gè)運(yùn)行實(shí)體。在 Linux 系統(tǒng)中翼抠，能夠同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程咙轩，Linux 通過在短的時(shí)間間隔內(nèi)輪流運(yùn)行這些進(jìn)程而實(shí)現(xiàn)“多任務(wù)”。這一短的時(shí)間間隔稱為“時(shí)間片”阴颖，讓進(jìn)程輪流運(yùn)行的方法稱為“進(jìn)程調(diào)度” 活喊，完成調(diào)度的程序稱為調(diào)度程序。
進(jìn)程調(diào)度控制進(jìn)程對(duì)CPU的訪問膘盖。當(dāng)需要選擇下一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)胧弛，由調(diào)度程序選擇最值得運(yùn)行的進(jìn)程尤误∠琅希可運(yùn)行進(jìn)程實(shí)際上是僅等待CPU資源的進(jìn)程，如果某個(gè)進(jìn)程在等待其它資源损晤，則該進(jìn)程是不可運(yùn)行進(jìn)程软棺。Linux使用了比較簡(jiǎn)單的基于優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程調(diào)度算法選擇新的進(jìn)程。
通過多任務(wù)機(jī)制尤勋，每個(gè)進(jìn)程可認(rèn)為只有自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)喘落，從而簡(jiǎn)化程序的編寫。每個(gè)進(jìn)程有自己?jiǎn)为?dú)的地址空間最冰，并且只能由這一進(jìn)程訪問瘦棋，這樣，操作系統(tǒng)避免了進(jìn)程之間的互相干擾以及“壞”程序?qū)ο到y(tǒng)可能造成的危害暖哨。 為了完成某特定任務(wù)赌朋，有時(shí)需要綜合兩個(gè)程序的功能，例如一個(gè)程序輸出文本篇裁，而另一個(gè)程序?qū)ξ谋具M(jìn)行排序沛慢。為此，操作系統(tǒng)還提供進(jìn)程間的通訊機(jī)制來幫助完成這樣的任務(wù)达布。Linux 中常見的進(jìn)程間通訊機(jī)制有信號(hào)团甲、管道、共享內(nèi)存黍聂、信號(hào)量和套接字等躺苦。
內(nèi)核通過 SCI 提供了一個(gè)應(yīng)用程序編程接口（API）來創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程（fork身腻、exec 或 Portable Operating System Interface [POSⅨ] 函數(shù)），停止進(jìn)程（kill匹厘、exit）霸株，并在它們之間進(jìn)行通信和同步（signal 或者 POSⅨ 機(jī)制）。
文件系統(tǒng)
和 DOS 等操作系統(tǒng)不同集乔，Linux 操作系統(tǒng)中單獨(dú)的文件系統(tǒng)并不是由驅(qū)動(dòng)器號(hào)或驅(qū)動(dòng)器名稱（如 A: 或 C: 等）來標(biāo)識(shí)的去件。相反，和 UNIX 操作系統(tǒng)一樣扰路，Linux 操作系統(tǒng)將獨(dú)立的文件系統(tǒng)組合成了一個(gè)層次化的樹形結(jié)構(gòu)尤溜，并且由一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體代表這一文件系統(tǒng)。Linux 將新的文件系統(tǒng)通過一個(gè)稱為“掛裝”或“掛上”的操作將其掛裝到某個(gè)目錄上汗唱，從而讓不同的文件系統(tǒng)結(jié)合成為一個(gè)整體宫莱。Linux 操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)是它支持許多不同類型的文件系統(tǒng)。Linux 中最普遍使用的文件系統(tǒng)是 Ext2哩罪，它也是 Linux 土生土長(zhǎng)的文件系統(tǒng)授霸。但 Linux 也能夠支持 FAT、VFAT际插、FAT32碘耳、MINIX 等不同類型的文件系統(tǒng)，從而可以方便地和其它操作系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)框弛。由于 Linux 支持許多不同的文件系統(tǒng)辛辨，并且將它們組織成了一個(gè)統(tǒng)一的虛擬文件系統(tǒng).
虛擬文件系統(tǒng)（VirtualFileSystem,VFS）:隱藏了各種硬件的具體細(xì)節(jié)，把文件系統(tǒng)操作和不同文件系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)分離了開來瑟枫，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口斗搞，VFS提供了多達(dá)數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)。虛擬文件系統(tǒng)可以分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序慷妙。邏輯文件系統(tǒng)指Linux所支持的文件系統(tǒng)僻焚，如ext2,fat等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指為每一種硬件控制器所編寫的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊膝擂。
虛擬文件系統(tǒng)（VFS）是 Linux 內(nèi)核中非常有用的一個(gè)方面虑啤，因?yàn)樗鼮槲募到y(tǒng)提供了一個(gè)通用的接口抽象。VFS 在 SCI 和內(nèi)核所支持的文件系統(tǒng)之間提供了一個(gè)交換層猿挚。即VFS 在用戶和文件系統(tǒng)之間提供了一個(gè)交換層咐旧。
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序
設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是 Linux 內(nèi)核的主要部分。和操作系統(tǒng)的其它部分類似绩蜻，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行在高特權(quán)級(jí)的處理器環(huán)境中铣墨，從而可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，但正因?yàn)槿绱税炀魏我粋€(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的錯(cuò)誤都可能導(dǎo)致操作系統(tǒng)的崩潰伊约。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)嶋H控制操作系統(tǒng)和硬件設(shè)備之間的交互姚淆。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序提供一組操作系統(tǒng)可理解的抽象接口完成和操作系統(tǒng)之間的交互，而與硬件相關(guān)的具體操作細(xì)節(jié)由設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序完成屡律。一般而言腌逢，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備
的控制芯片有關(guān)，例如超埋，如果計(jì)算機(jī)硬盤是 SCSI 硬盤搏讶，則需要使用 SCSI 驅(qū)動(dòng)程序，而不是 IDE 驅(qū)動(dòng)程序霍殴。
網(wǎng)絡(luò)接口（NET）
提供了對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持媒惕。網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議来庭。眾所周知妒蔚，TCP/IP 協(xié)議是 Internet 的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，同時(shí)也是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)月弛。Linux 的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)支持 BSD 套接字肴盏，支持全部的TCP/IP協(xié)議。Linux內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)部分由BSD套接字帽衙、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成菜皂。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備通訊，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序佛寿。
linux shell
shell是系統(tǒng)的用戶界面幌墓，提供了用戶與內(nèi)核進(jìn)行交互操作的一種接口。它接收用戶輸入的命令并把它送入內(nèi)核去執(zhí)行冀泻，是一個(gè)命令解釋器。另外蜡饵，shell編程語言具有普通編程語言的很多特點(diǎn)弹渔，用這種編程語言編寫的shell程序與其他應(yīng)用程序具有同樣的效果。
linux 文件系統(tǒng)
文件系統(tǒng)是文件存放在磁盤等存儲(chǔ)設(shè)備上的組織方法溯祸。Linux系統(tǒng)能支持多種目前流行的文件系統(tǒng)肢专，如EXT2、 EXT3焦辅、 FAT博杖、 FAT32、 VFAT和ISO9660筷登。
