Linux 內核，這個經常聽見，卻不不知道它具體是幹嘛的東西，是不是覺得非常神秘？ Linux 內核看不見摸不著，而對於這類東西，我們經常無從下手。本文就以淺顯易懂的語言，帶你鑽進 Linux 內核，看它到底長啥樣。 內核是 Linux 操作系統的核心組件，它向上連接應用程式，向下直接與硬體打交道。 ...
Linux 內核，這個經常聽見，卻不不知道它具體是幹嘛的東西，是不是覺得非常神秘？
Linux 內核看不見摸不著，而對於這類東西，我們經常無從下手。本文就以淺顯易懂的語言，帶你鑽進 Linux 內核，看它到底長啥樣。
內核是 Linux 操作系統的核心組件，它向上連接應用程式，向下直接與硬體打交道。其代碼主要由 C 語言及少量彙編語言寫成，並且它可以適配多種多樣不同的硬體架構。
內核併發運行著一系列的進程，並管理著硬體的各種資源。具體來講，因為系統的資源有限，內核就為各個進程分配著諸如 CPU 時間、記憶體空間、網路連接等各方面的資源。
Linux 操作系統架構
下圖是一個典型的 Linux 操作系統架構圖。
Linux 操作系統主要分成兩部分：
- 用戶空間
- 內核空間
1. 用戶空間
所有的用戶應用程式都是在用戶空間運行，它們不能直接訪問記憶體等硬體資源，而是間接通過內核來訪問。GNU C 庫（glibc）提供了從用戶空間切換至內核空間的機制。
2. 內核空間
內核直接管理著系統的 CPU、記憶體、輸入輸出設備、網路設備和其它的外圍設備，它被分為不同模塊來管理系統的不同操作，比如：文件管理，記憶體管理，進程管理等等。
用戶空間的應用程式可以通過調用內核提供的 API 來訪問硬體資源。比如，對於文件操作，我們可以調用 open() ，read() ，write() 等介面。
內核直接管理著硬體，又與硬體相互獨立，它可以通過簡單配置然後運行在 Intel，ARM ，Atemel 等晶元架構上。
Linux 內核主要子系統
根據內核的核心功能，Linux 內核提出了 5 個子系統，分別為：系統調用、進程管理、記憶體管理、文件系統、網路管理，如下圖示：
1. 系統調用（System Call Interface）
系統調用介面。進程調度子系統通過系統調用介面，將需要提供給用戶空間的介面開放出去，同時屏蔽掉不需要用戶空間程式關心的細節。
SCI 實際上是一個非常有用的函數調用多路復用和多路分解服務。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的實現，併在 ./linux/arch 中找到依賴於體繫結構的部分。
2. 進程管理（Process Management）
用戶空間有那麼多進程，如何讓他們有條不紊地進行著正是進程管理所要做的事。每個進程都要使用到 CPU 資源（如 CPU ，記憶體），但 CPU 資源畢竟有限，不可能讓某個進程一進獨占著資源。
因此，進程管理就充當著管理員的角色，它調度著所有的進程，當需要選擇下一進程運行時，會由調度演算法來選擇最需要運行的進程。如果某個進程在等待其它硬體資源，則它就會被掛起。
因此，通過一系列的調度演算法，內核儘可能地公平地讓各個進程使用到 CPU 資源。
3. 記憶體管理（Memory Management）
記憶體管理主要提供對記憶體資源的訪問控制，以便讓各個進程可以安全地共用機器的記憶體資源。它提供了物理記憶體與虛擬記憶體的一種映射關係，因而不同的進程可以使用相同的虛擬記憶體，而這些相同的虛擬記憶體，可以映射到不同的物理記憶體上。這個映射關係主要由 MMU 來完成。
另外，記憶體管理會提供虛擬記憶體的機制，該機制可以讓進程使用多於系統可用的記憶體，不用的記憶體會通過文件系統保存在外部非易失存儲器中，需要使用的時候，再取回到記憶體中。
4. 虛擬文件系統（Virtual File System）
內核隱藏了不同功能的外部設備，例如硬碟、輸入輸出設備、顯示設備等等的具體細節，將它們抽象為可以通過統一的文件操作介面（open、close、read、write等）來訪問，也就是我們所熟知的「一切皆文件」。
隨著電腦技術的發展，歷史上出現了多種文件系統，比如：FAT、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3 等等。為了相容這些文件系統，內核將它們抽象為統一的表現形式，這就是虛擬文件系統的概念。
虛擬文件系統可分為邏輯文件系統和設備驅動程式。邏輯文件系統指 Linux 所支持的文件系統，如ext2, fat等，設備驅動程式指為每一種硬體控制器所編寫的設備驅動程式模塊。
5. 網路管理（Network Stack）
網路子系統在 Linux 內核中主要負責管理各種網路設備，並實現各種網路協議棧，最終實現通過網路連接其它系統的功能。
網路介面提供了對各種網路標準協議的存取和各種網路硬體的支持。網路介面可分為網路協議和網路驅動程式兩部分。網路協議部分負責實現每一種可能的網路傳輸協議，網路設備驅動程式負責與硬體設備進行通信，每一種可能的硬體設備都有相應的設備驅動程式。
小結
以上就是 Linux 內核的一些很基礎的知識，對於內核的學習還有非常多的內容，決不是一篇文章能夠寫完的。所以，對於內核的學習，需要多看書，多看視頻，並自己動手去實踐，才能真正掌握。
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