图解linux内核,通俗易懂讲解linux内核

首页 > 教育培训 > 作者:YD1662023-06-12 00:17:24

前言:本文和其它的“Linux内核分析”文章都基于如下约定: 内核版本为Linux 3.10.29(该版本是一个long term的版本,会被Linux社区持续维护至少2年),可以从下面的链接获取:https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.10.29.tar.xz ,鉴于嵌入式系统大多使用arm处理器,因此涉及到体系结构部分的内容,都以ARM为分析对象。

图解linux内核,通俗易懂讲解linux内核(1)

一,Linux内核的核心功能

如下图所示,Linux内核只是Linux操作系统一部分。对下,它管理系统的所有硬件设备;对上,它通过系统调用,向Library Routine(例如C库)或者其它应用程序提供接口。

图解linux内核,通俗易懂讲解linux内核(2)

因此,其核心功能就是:管理硬件设备,供应用程序使用。而现代计算机(无论是PC还是嵌入式系统)的标准组成,就是CPU、memory(内存和外存)、输入输出设备、网络设备和其它的外围设备。所以为了管理这些设备,Linux内核提出了如下的架构。

二,Linux内核的整体架构

整体架构和子系统划分

图解linux内核,通俗易懂讲解linux内核(3)

上图说明了Linux内核的整体架构。根据内核的核心功能,Linux内核提出了5个子系统,分别负责如下的功能:

1. Process Scheduler,也称作进程管理、进程调度。负责管理CPU资源,以便让各个进程可以以尽量公平的方式访问CPU。

2. Memory Manager,内存管理。负责管理Memory(内存)资源,以便让各个进程可以安全地共享机器的内存资源。另外,内存管理会提供虚拟内存的机制,该机制可以让进程使用多于系统可用Memory的内存,不用的内存会通过文件系统保存在外部非易失存储器中,需要使用的时候,再取回到内存中。

3. VFS(Virtual File System),虚拟文件系统。Linux内核将不同功能的外部设备,例如Disk设备(硬盘、磁盘、NAND Flash、Nor Flash等)、输入输出设备、显示设备等等,抽象为可以通过统一的文件操作接口(open、close、read、write等)来访问。这就是Linux系统“一切皆是文件”的体现(其实Linux做的并不彻底,因为CPU、内存、网络等还不是文件,如果真的需要一切皆是文件,还得看贝尔实验室正在开发的"Plan 9”的)。

4. Network,网络子系统。负责管理系统的网络设备,并实现多种多样的网络标准。

5. IPC(Inter-Process Communication),进程间通信。IPC不管理任何的硬件,它主要负责Linux系统中进程之间的通信。

进程调度(Process Scheduler)

进程调度是Linux内核中最重要的子系统,它主要提供对CPU的访问控制。因为在计算机中,CPU资源是有限的,而众多的应用程序都要使用CPU资源,所以需要“进程调度子系统”对CPU进行调度管理。

进程调度子系统包括4个子模块(见下图),它们的功能如下:

图解linux内核,通俗易懂讲解linux内核(4)

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