文章出處 ： http://www.wowotech.net/linux_kenrel/11.html （感謝wowo科技）
- 簡(jiǎn)述
Linux內(nèi)核簡(jiǎn)稱kernel是整個(gè)操作系統(tǒng)的最底層，它負(fù)責(zé)整個(gè)硬件的驅(qū)動(dòng)吉执，以及提供各種系統(tǒng)所需的核心功能的圆，包括防火墻機(jī)制站超、是否支持LVM或Quota等文件系統(tǒng)等等布蔗，如果內(nèi)核不認(rèn)識(shí)某個(gè)最新的硬件棱烂，那么硬件也就無(wú)法被驅(qū)動(dòng)境输，你也就無(wú)法使用該硬件 仪或。 -
組成
一個(gè)完整的Linux內(nèi)核一般由5部分組成幼东，它們分別是進(jìn)程管理臂容、內(nèi)存管理、進(jìn)程間通信根蟹、虛擬文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)接口 脓杉。
Linux內(nèi)核整體架構(gòu).png
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Process Scheduler，也稱作進(jìn)程管理简逮、進(jìn)程調(diào)度球散。負(fù)責(zé)管理CPU資源，以便讓各個(gè)進(jìn)程可以以盡量公平的方式訪問(wèn)CPU散庶。
進(jìn)程調(diào)度是Linux內(nèi)核中最重要的子系統(tǒng)蕉堰，它主要提供對(duì)CPU的訪問(wèn)控制。因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)中悲龟，CPU資源是有限的屋讶，而眾多的應(yīng)用程序都要使用CPU資源，所以需要“進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)”對(duì)CPU進(jìn)行調(diào)度管理须教。
進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)包括4個(gè)子模塊（見(jiàn)下圖）皿渗，它們的功能如下：
進(jìn)程調(diào)度.gif
1.1) Scheduling Policy，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度的策略轻腺，它決定哪個(gè)（或哪幾個(gè)）進(jìn)程將擁有CPU羹奉。
1.2) Architecture-specific Schedulers，體系結(jié)構(gòu)相關(guān)的部分约计，用于將對(duì)不同CPU的控制，抽象為統(tǒng)一的接口迁筛。這些控制主要在suspend和resume進(jìn)程時(shí)使用煤蚌，牽涉到CPU的寄存器訪問(wèn)耕挨、匯編指令操作等。
1.3) Architecture-independent Scheduler尉桩，體系結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的部分筒占。它會(huì)和“Scheduling Policy模塊”溝通，決定接下來(lái)要執(zhí)行哪個(gè)進(jìn)程蜘犁，然后通過(guò)“Architecture-specific Schedulers模塊”resume指定的進(jìn)程翰苫。
1.4) System Call Interface，系統(tǒng)調(diào)用接口这橙。進(jìn)程調(diào)度子系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用接口奏窑，將需要提供給用戶空間的接口開(kāi)放出去，同時(shí)屏蔽掉不需要用戶空間程序關(guān)心的細(xì)節(jié)屈扎。 -
Memory Manager埃唯，內(nèi)存管理。負(fù)責(zé)管理Memory（內(nèi)存）資源鹰晨，以便讓各個(gè)進(jìn)程可以安全地共享機(jī)器的內(nèi)存資源墨叛。另外，內(nèi)存管理會(huì)提供虛擬內(nèi)存的機(jī)制模蜡，該機(jī)制可以讓進(jìn)程使用多于系統(tǒng)可用Memory的內(nèi)存漠趁，暫時(shí)不用的內(nèi)存會(huì)通過(guò)文件系統(tǒng)保存在外部非易失存儲(chǔ)器中，需要使用的時(shí)候忍疾，再取回到內(nèi)存中闯传。
內(nèi)存管理主要提供對(duì)內(nèi)存資源的訪問(wèn)控制。Linux系統(tǒng)會(huì)在硬件物理內(nèi)存和進(jìn)程所使用的內(nèi)存（稱作虛擬內(nèi)存）之間建立一種映射關(guān)系膝昆，這種映射是以進(jìn)程為單位丸边，因而不同的進(jìn)程可以使用相同的虛擬內(nèi)存，而這些相同的虛擬內(nèi)存荚孵，可以映射到不同的物理內(nèi)存上妹窖。
內(nèi)存管理子系統(tǒng)包括3個(gè)子模塊（見(jiàn)下圖），它們的功能如下：
內(nèi)存管理.gif
2.1) Architecture Specific Managers收叶，體系結(jié)構(gòu)相關(guān)部分骄呼。提供用于訪問(wèn)硬件Memory的虛擬接口。
2.2) Architecture Independent Manager判没，體系結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)部分蜓萄。提供所有的內(nèi)存管理機(jī)制，包括：以進(jìn)程為單位的memory mapping澄峰；虛擬內(nèi)存的Swapping嫉沽。
2.3) System Call Interface，系統(tǒng)調(diào)用接口俏竞。通過(guò)該接口绸硕，向用戶空間程序應(yīng)用程序提供內(nèi)存的分配堂竟、釋放，文件的map等功能玻佩。 -
VFS（Virtual File System）出嘹，虛擬文件系統(tǒng)。Linux內(nèi)核將不同功能的外部設(shè)備咬崔，例如Disk設(shè)備（硬盤税稼、磁盤、NAND Flash垮斯、Nor Flash等）郎仆、輸入輸出設(shè)備、顯示設(shè)備等等甚脉，抽象為可以通過(guò)統(tǒng)一的文件操作接口（open丸升、close、read牺氨、write等）來(lái)訪問(wèn)狡耻。這就是Linux系統(tǒng)“一切皆是文件”的體現(xiàn) 。
文件系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)猴凹，就是“存儲(chǔ)和組織數(shù)據(jù)的方法”夷狰，文件系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，就是“從某個(gè)設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)和向某個(gè)設(shè)備寫(xiě)入數(shù)據(jù)”郊霎。常見(jiàn)文件系統(tǒng)的類型 ：FAT沼头、FAT32、NTFS书劝、EXT2进倍、EXT3，EXT4 购对。而為了兼容猾昆，操作系統(tǒng)或者內(nèi)核，要以相同的表現(xiàn)形式骡苞，同時(shí)支持多種類型的文件系統(tǒng)垂蜗，這就延伸出了虛擬文件系統(tǒng)（VFS）的概念。VFS的功能就是管理各種各樣的文件系統(tǒng)解幽，屏蔽它們的差異贴见，以統(tǒng)一的方式，為用戶程序提供訪問(wèn)文件的接口躲株。
我們可以從磁盤片部、硬盤、NAND Flash等設(shè)備中讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)霜定，因而最初的文件系統(tǒng)都是構(gòu)建在這些設(shè)備之上的档悠。這個(gè)概念也可以推廣到其它的硬件設(shè)備捆探，例如內(nèi)存、顯示器（LCD）站粟、鍵盤、串口等等曾雕。我們對(duì)硬件設(shè)備的訪問(wèn)控制奴烙，也可以歸納為讀取或者寫(xiě)入數(shù)據(jù)，因而可以用統(tǒng)一的文件操作接口訪問(wèn)剖张。Linux內(nèi)核就是這樣做的切诀，除了傳統(tǒng)的磁盤文件系統(tǒng)之外，它還抽象出了設(shè)備文件系統(tǒng)搔弄、內(nèi)存文件系統(tǒng)等等幅虑。這些邏輯，都是由VFS子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)顾犹。
VFS子系統(tǒng)包括6個(gè)子模塊（見(jiàn)下圖）倒庵，它們的功能如下：
虛擬文件系統(tǒng).gif
3.1) Device Drivers，設(shè)備驅(qū)動(dòng)炫刷，用于控制所有的外部設(shè)備及控制器擎宝。由于存在大量不能相互兼容的硬件設(shè)備（特別是嵌入式產(chǎn)品），所以也有非常多的設(shè)備驅(qū)動(dòng)浑玛。因此绍申，Linux內(nèi)核中將近一半的Source Code都是設(shè)備驅(qū)動(dòng)，大多數(shù)的Linux底層工程師（特別是國(guó)內(nèi)的企業(yè)）都是在編寫(xiě)或者維護(hù)設(shè)備驅(qū)動(dòng)顾彰，而無(wú)暇估計(jì)其它內(nèi)容（它們恰恰是Linux內(nèi)核的精髓所在）极阅。
3.2) Device Independent Interface， 該模塊定義了描述硬件設(shè)備的統(tǒng)一方式（統(tǒng)一設(shè)備模型）涨享，所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)都遵守這個(gè)定義筋搏，可以降低開(kāi)發(fā)的難度。同時(shí)可以用一致的形勢(shì)向上提供接口灰伟。
3.3) Logical Systems拆又，每一種文件系統(tǒng)，都會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)Logical System（邏輯文件系統(tǒng)）栏账，它會(huì)實(shí)現(xiàn)具體的文件系統(tǒng)邏輯帖族。
3.4) System Independent Interface，該模塊負(fù)責(zé)以統(tǒng)一的接口（快設(shè)備和字符設(shè)備）表示硬件設(shè)備和邏輯文件系統(tǒng)挡爵，這樣上層軟件就不再關(guān)心具體的硬件形態(tài)了竖般。
3.5) System Call Interface，系統(tǒng)調(diào)用接口茶鹃，向用戶空間提供訪問(wèn)文件系統(tǒng)和硬件設(shè)備的統(tǒng)一的接口涣雕。 -
Network艰亮，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備挣郭，并實(shí)現(xiàn)多種多樣的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)迄埃。
網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)在Linux內(nèi)核中主要負(fù)責(zé)管理各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧兑障，最終實(shí)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接其它系統(tǒng)的功能侄非。在Linux內(nèi)核中，網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)幾乎是自成體系流译，它包括5個(gè)子模塊（見(jiàn)下圖）逞怨，它們的功能如下：
網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng).gif
4.1) Network Device Drivers，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)福澡，和VFS子系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)是一樣的叠赦。
4.2) Device Independent Interface，和VFS子系統(tǒng)中的是一樣的革砸。
4.3) Network Protocols除秀，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，例如IP, TCP, UDP等等业岁。
4.4) Protocol Independent Interface鳞仙，屏蔽不同的硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以相同的格式提供接口（socket)笔时。
4.5) System Call interface棍好，系統(tǒng)調(diào)用接口，向用戶空間提供訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一的接口允耿。 IPC（Inter-Process Communication）借笙，進(jìn)程間通信。IPC不管理任何的硬件较锡，它主要負(fù)責(zé)Linux系統(tǒng)中進(jìn)程之間的通信业稼。
