Linux内核特性
是一个类Unix操作系统,但不是简化的Unix;不仅继承了Unix的特征,还有其他特性。
- Linux内核的组织形式:整体式的结构,方便每个领域的开发人员参与开发;
- Linux进程调度方式简单高效:采用动态优先级的调度方式,软中断保证内核进程的高效执行;
- Linux支持内核线程(守护进程):内核线程在后台运行,不需要中端和Shell;
- Linux内核支持多种平台的虚拟内存管理:和硬件平台紧密相关,为了保证通用性,统一接口,移植简单;
- Linux内核另一个独具的特色是虚拟文件系统(VFS,Virtual File System):不仅可以为逻辑文件系统提供标准的文件接口,还可以为硬件设备提供了统一的标准接口。(硬件是特殊的文件);
- Linux的模块机制是的内核保持独立而且容易扩充:有利于研发增加新设备和业务;
- 增加系统调用主要是满足特殊的需求:允许设计自己的系统调用,加入到内核模块中;
- Linux内核网络模块面向对象的设计思想:能够使得内核支持多种协议,多种网卡驱动程序等等。
为什么要学Linux内核
- 提升软件水平,研发出高水平软件;
- 开发自己的操作系统;
- 有助于计算机科学领域研究;
- Linux系统性能优化。
Linux操作系统结构
Linux内核在系统中的位置
- 应用程序:运行在操作系统上的一个进程;
- 系统调用接口(System call interface):由诺干指令构成的过程,实现特定的服务。但是与一般的过程不同:运行在内核态,一般过程运行在用户态;
- Linux Kernel:实际就是抽象的资源操作到具体硬件操作的接口;
- 硬件:内核赖以生存的条件。
Linux内核子系统之间关系
Linux内核五大主要子系统关系图:
- 进程调度:控制进程对CPU的访问操作。Linux使用优先级调度算法来选择进程;
- 内存管理(MM):允许多个进程共享主存区域;
- 虚拟文件系统(VFS):设备驱动程序,逻辑文件系统(ext2、ext3、ext4…);
- 网络管理:提供对各种网络标准协议的存取和网络硬件支持;
- 进程间通信:支持进程之间各种通信机制。
Linux内核源码组织
Linux内核源码结构(5.6.18)
- arch:不同平台体系结构的相关代码;
- block:设备驱动;
- certs:与认证和签名相关的代码;
- crypto:内核常用的压缩算法,加密算法源代码;
- Documentation:描述模块功能和协议规范的代码;
- drivers:驱动程序(USB总线驱动程序。PCI总线,显卡,网卡);
- fs:虚拟文件系统VFS代码;
- include:内核源码依赖的绝大部分头文件;
- init:内核初始化代码,直接关联到内存的各个组件入口;
- ipc:进程间通信的实现,比如:信号量,构想内存等等;
- kernel:内核核心代码,包括进程管理,IRQ等等;
- lib:C标准库的子集
- LICenSES:Linux内核根据Licenses/perferred/GPL-2.0中提供GNU通用公共许可版本
- mm:内存管理的相关实现操作;
- net:网络协议代码,比如TCP、Wifi、IPv6等等;
- samples:内核实例代码;
- scripts:编译和配置内核所需要的脚本;
- security:内核安全模型相关代码;
- sound:声卡驱动源码;
- tools:与内核交互;
- usr:用户打包盒压缩内核实现的源码;
- virt:kvm虚拟化目录相关支持实现。
Linux内核目录下文件
- .clang-format:开发团队合作时要注意的代码格式化;
- COPYING:许可和授权信息;
- CREDITS:贡献者列表;
- Kbuild:内核设定脚本;
- Kconfig:开发人员配置内核的时候用到的参数
- MAINTAINERS:目前维护开发人员列表;
- Makefile:编译内核主要文件;
- README:编译内核信息。