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简述5个Linux内核子系统

更新时间:2020-12-16 17:40 浏览102次 来源:银猪在线

Linux实际上是一种开源电脑操作系统内核。一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体,它们互相依赖,不可分割,而计算机的硬件在没有软件来操作和控制的情况下是无法工作的,完成这个控制工作的软件就称为操作系统,在Linux的术语中被称为“内核”,也可以称为“核心”。根据内核的核心功能,分为5个Linux 内核子系统,分别为:系统调用、进程管理、内存管理、文件系统、网络管理,如下图示:

 

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1. 系统调用(System Call Interface)

系统调用接口。进程调度子系统通过系统调用接口,将需要提供给用户空间的接口开放出去,同时屏蔽掉不需要用户空间程序关心的细节。

SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。正如前面讨论的一样,这个接口依赖于体系结构,甚至在相同的处理器家族内也是如此。SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现,并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。

 

2. 进程管理(Process Management)

用户空间有那么多进程,如何让他们有条不紊地进行着正是进程管理所要做的事。每个进程都要使用到 CPU 资源(如 CPU ,内存),但 CPU 资源毕竟有限,不可能让某个进程一进独占着资源。

因此,进程管理就充当着管理员的角色,它调度着所有的进程,当需要选择下一进程运行时,会由调度算法来选择最需要运行的进程。如果某个进程在等待其它硬件资源,则它就会被挂起。

因此,通过一系列的调度算法,内核尽可能地公平地让各个进程使用到 CPU 资源。

 

3. 内存管理(Memory Management)

内存管理主要提供对内存资源的访问控制,以便让各个进程可以安全地共享机器的内存资源。它提供了物理内存与虚拟内存的一种映射关系,因而不同的进程可以使用相同的虚拟内存,而这些相同的虚拟内存,可以映射到不同的物理内存上。这个映射关系主要由 MMU 来完成。

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。

为了支持多个用户使用内存,有时会出现可用内存被消耗光的情况。由于这个原因,页面可以移出内存并放入磁盘中。这个过程称为交换,因为页面会被从内存交换到硬盘上。内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。

 

4. 虚拟文件系统(Virtual File System)

内核隐藏了不同功能的外部设备,例如硬盘、输入输出设备、显示设备等等的具体细节,将它们抽象为可以通过统一的文件操作接口(open、close、read、write等)来访问,也就是我们所熟知的「一切皆文件」。

随着计算机技术的发展,历史上出现了多种文件系统,比如:FAT、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3 等等。为了兼容这些文件系统,内核将它们抽象为统一的表现形式,这就是虚拟文件系统的概念。

虚拟文件系统可分为逻辑文件系统和设备驱动程序。逻辑文件系统指 Linux 所支持的文件系统,如ext2, fat等,设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。

 

5. 网络管理(Network Stack)

网络子系统在 Linux 内核中主要负责管理各种网络设备,并实现各种网络协议栈,最终实现通过网络连接其它系统的功能。

网络接口提供了对各种网络标准协议的存取和各种网络硬件的支持。网络接口可分为网络协议和网络驱动程序两部分。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议,网络设备驱动程序负责与硬件设备进行通信,每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。

 

以上就是对 Linux 内核子系统的简单介绍,Linux内核结构各个模块的功能都与此息息相关。我们只有通过不断的实践,真正弄懂Linux系统的运行原理和结构,才能学有所成。在本站的Linux教程中,有着对Linux系统的全面讲解,想要学好Linux的小伙伴不要错过!


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