(筆記)Linux內核學習(一)之內核介紹
內核與操作系統：
內核是操作系統的核心部分，包含了系統運行的核心過程，決定系統的性能，操作系統啟動內核被裝入到RAM中；
操作系統與底層硬件設備交互和為運行應用程序提供執行環境。
Linux內核與微內核比較：
微內核：內核只需要一個很小的函數集，通常包括幾個同步原語，一個簡單的調度程序和進程間通信機制。
運行在微內核之上的幾個系統進程實現系統級功能：內存分配，設備驅動程序……完全的模塊化進程。任何操作
系統層都是獨立的程序模塊，通過模塊化的方法定義明確清晰的軟件接口與其它層交互。內核中暫且不需要執行
的系統進程可以被調出或者撤銷。微內核便於移植和充分利用RAM，但開銷大效率是個問題。
宏內核：Linux內核：單塊結構。內核的全部代碼，包括所有子系統（如內存管理、文件系統、設備驅動程序）
都打包到一個文件中。內核中的每個函數都可以訪問內核中所有其他部分。模塊特性依賴於內核與用戶層之間設計
精巧的通信方法，這使得模塊的熱插拔和動態裝載得以實現。
每個內核層都被繼承到整個內核程序中，並代表著當前進程在內核態下運行。
模塊化（非進程）——允許在運行狀態下動態的安裝。模塊是一個目標文件，其代碼在運行時鏈接到內核或從內核解除鏈接。
目標代碼通常是一組函數組成，用來實現文件系統，驅動程序……這些模塊與其他靜態鏈接內核函數一樣，代表著當前進程
在內核態下執行，直接函數調用避免進程切換消息傳遞的開銷，效率可能更高。
Linux用戶程序兩種狀態：
用戶態和內核態；用戶態切換到內核態：
l 進程系統調用
l CPU異常
l 中斷
l 內核線程被執行
多用戶系統：
能並發執行和獨立的執行多個用戶的應用程序，各個用戶擁有獨立空間。用戶組，Root用戶。
Linux進程：
進程Process：
l 操作系統的基本抽象。
l 進程是程序執行時的一個實例；一個運行程序的執行上下文。
l 幾個進程能並發的執行同一個程序；而同一個進程能順序執行幾個程序。
l 具有獨立的地址空間；多個進程可以同時執行。
進程受內核管理；每個進程由一個進程描述符表示，包含進程當前的狀態信息。
當內核暫停一個進程的執行時，就把幾個相關處理器寄存器的內容保存在進程描述符中。這些寄存器包括：
l 程序計數器PC和棧指針SP寄存器
l 通用寄存器
l 浮點寄存器
l 包含CPU狀態信息的處理控制寄存器
l 跟蹤進程對RAM訪問的內存管理寄存器
當內核恢復執行進程時：將進程描述符中合適字段來裝在CPU寄存器，根據程序計數器指向恢復到程序執行的地方。
Linux重入內核：
內核可重入：
可重入函數：使用局部變量
實現同步機制：信號量、鎖、關中斷
進程執行狀態切換: 進程在用戶態與內核態的轉換，Linux是搶占式內核
進程地址空間：每個進程運行在似有地址空間
同步和臨界區：內核數據操作訪問。
進程間通信IPC：信號量、消息隊列、共享內存
進程管理：fork與_exit,exec()，子進程與父進程
Linux文件系統：
文件系統是對存儲設備上的數據和元數據進行組織的機制，以樹形結構組織。
文件類型：
不同文件
目錄
符號鏈接
面向塊得設備文件 （設備驅動相關）
面向字符的設備文件 （設備驅動相關）
管道(pipe)和命名管道（named pipe）（進程間通信相關）
套接字（socket） （進程間通信相關）
文件訪問權限和訪問模式
文件描述符和索引節點：記錄文件的信息數據。
文件操作的系統調用：open、read、write……
內存管理：
虛擬內存：處於應用程序內存請求與硬件內存單元之間的邏輯層。
隨即訪問存儲器RAM：一部分用於內核映像，其余虛擬內存處理
內核內存分配器：KMA 處理內存請求子系統
l 速度快
l 減少內存浪費
l 減輕內存碎片
l 與其他內存管理合作（頁框）
l 內存分配算法
進程虛擬空間地址處理：內核分配給進程的虛擬地址空間由以下內存區組成：
l 程序的可執行代碼
l 程序的初始化數據
l 程序未初始化數據
l 初始化程序棧
l 所需共享庫的可執行代碼和數據
l 程序動態請求的內存堆
高速緩存：
設備驅動程序：
內核通過設備驅動程序與I/O設備交互，設備驅動程序在內核中，用戶程序通過內核訪問設備。
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