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Linux 内核剖析

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深深算网络 来源:原创

Linux 内核是一个庞大而复杂的操作系统的核心,不过尽管庞大,但是却采用子系统和分层的概念很好地进行了组织。在本文中,您将探索 Linux 内核的总体结构,并学......

Linux 还是一个动态内核,支持动态添加或删除软件组件。被称为动态可加载内核模块,它们可以在引导时根据需要(当前特定设备需要这个模块)或在任何时候由用户插入。

Linux 较新的一个增强是可以用作其他操作系统的操作系统(称为系统管理程序)。较近,对内核进行了修改,称为基于内核的虚拟机(KVM)。这个修改为用户空间启用了一个新的接口,它可以允许其他操作系统在启用了 KVM 的内核之上运行。除了运行 Linux 的其他实例之外, Microsoft® Windows® 也可以进行虚拟化。惟一的限制是底层优化器必须支持新的虚拟化指令。更多信息请参看 一节的内容。

设备驱动程序

Linux 内核中有大量代码都在设备驱动程序中,它们能够运转特定的硬件设备。Linux 源码树提供了一个驱动程序子目录,这个目录又进一步划分为各种支持设备,例如 Bluetooth、I2C、serial 等。设备驱动程序的代码可以在 ./linux/drivers 中找到。

在 20 世纪 60 年代,MIT(Massachusetts Institute of Technology)和一些公司为 GE-645 开发了一个名为 Multics(Multiplexed Information and Computing Service)的实验性的操作系统。这个操作系统的开发者之一 AT&T 后来退出了 Multics,并在 1970 年开发了自己的名为 Unics 的操作系统。与这个操作系统一同诞生的是 C 语言,C 语言就是为此而开发的,然后它们使用 C 语言对操作系统进行了重写,使操作系统开发具有可移植性。

在 VFS 上面,是对诸如 open、close、read 和 write 之类的函数的一个通用 API 抽象。在 VFS 下面是文件系统抽象,它定义了上层函数的实现方式。它们是给定文件系统(超过 50 个)的插件。文件系统的源代码可以在 ./linux/fs 中找到。

图 2. GNU/Linux 操作系统的基本体系结构

不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象,例如 slab 分配器。这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数,然后从中分配结构,并跟踪内存页使用情况,比如哪些内存页是满的,哪些页面没有完全使用,哪些页面为空。这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。

GNU C Library (glibc)也在这里。它提供了连接内核的系统调用接口,还提供了在用户空间应用程序和内核之间进行转换的机制。这点非常重要,因为内核和用户空间的应用程序使用的是不同的保护地址空间。每个用户空间的进程都使用自己的虚拟地址空间,而内核则占用单独的地址空间。 更多信息,请参看 一节中的链接。

虚拟文件系统

虚拟文件系统(VFS)是 Linux 内核中非常有用的一个方面,因为它为文件系统提供了一个通用的接口抽象。VFS 在 SCI 和内核所支持的文件系统之间提供了一个交换层(请参看图 4)。

作为一个生产操作系统和开源软件,Linux 是测试新协议及其增强的良好平台。Linux 支持大量网络协议,包括典型的 TCP/IP,以及高速网络的扩展(大于 1 Gigabit Ethernet [GbE] 和 10 GbE)。Linux 也可以支持诸如流控制传输协议(SCTP)之类的协议,它提供了很多比 TCP 更高级的特性(是传输层协议的接替者)。

Linux 内核的一些有用特性

如果 Linux 内核的可移植性和效率还不够好,Linux 还提供了其他一些特性,它们无法划分到上面的分类中。

内存管理

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