linux体系结构+linux内核结构+linux内核目录结构

一、linux体系结构

（1）用户空间：用户空间中又包含了，用户的应用程序，C库

（2）内核空间：内核空间包括，系统调用，内核，以及与平台架构相关的代码

Linux内核可以划分为3层，最上面是系统调用层（SCI），它实现了一些基本的功能，such as read and write。系统调用接口之下是内核代码，可以更加精确地定义为独立于体系结构的内核代码，这些代码是Linux所支持的所有处理器体系结构所通用的。在这些代码之下是依赖于体系结构的代码（Architecture-Depandent Kernel Code），构成通常称为BSP（Board Support Package）的部分，这些代码用作给定体系结构的处理器和特定于平台的代码。

    上图展示了整个进程地址空间的分布，其中4G的地址空间分为两部分，在用户空间内，对应了内存分布的五个段：数据段、代码段、BSS段、堆、栈。

二、Linux内核结构

主要由五个子系统组成：

• 进程调度
• 内存管理
• 虚拟文件系统
• 网络接口
• 进程间通信

（1）进程调度（SCHED）

       控制系统中多个进程对CPU的访问。当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程实际上是仅等待CPU资源的进程，如果某个进程在等待其它资源，则该进程是不可运行进程。Linux使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。在系统运行时，每个进程都会分得一定的时间片，然后进程调度器根据时间片的不同，选择每个进程依次运行，例如当某个进程的时间片用完后，调度器会选择一个新的进程继续运行。由于切换的时间和频率都非常的快，由此用户感觉是多个程序在同时运行，而实际上，CPU在同一时间内只有一个进程在运行，这一切都是进程调度管理的结果。使得多个进程“微观串行，宏观并行”地执行。

（2）内存管理（MMU）

       内存管理的主要作用是控制多个进程安全地共享内存区域。当CPU提供内存管理单元（MMU）时，Linux内存管理完成为每个进程进行虚拟内存到物理内存的转换。Linux 2.6引入了对无MMU CPU的支持。

       一般而言，Linux的每个进程享有4GB的内存空间，0~3GB属于用户空间，3~4GB属于内核空间，内核空间对常规内存、I/O设备内存以及高端内存存在不同的处理方式。

（3）虚拟文件系统（VFS）

       隐藏了各种硬件的具体细节，为所有的设备提供了统一的接口，VFS提供了多达数十种不同的文件系统。虚拟文件系统可以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。

（4）网络接口（NET）

       提供了对各种网络标准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。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通讯，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。

（5）进程间通讯(IPC) 

       进程通信支持进程间的通信，Linux支持进程间的多种进程的通信机制，包含信号量、共享内存、管道等。这些机制可协助多个进程、多资源的互斥访问、进程间的同步和消息传递。

进程间通信主要用于控制不同进程之间在用户空间的同步、数据共享和交换。由于不用的用户进程拥有不同的进程空间，因此进程间的通信要借助于内核的中转来实现。一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，会被挂起。当硬件操作完成，进程被恢复执行，而协调这个过程的就是进程间的通信机制。

各个子系统之间的依赖关系如下：
1.进程调度与内存管理之间的关系：这两个子系统互相依赖。在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事情，就是将程序和数据装入内存。
2.进程间通信与内存管理的关系：进程间通信子系统要依赖内存管理支持共享内存通信机制，这种机制允许两个进程除了拥有自己的私有空间，还可以存取共同的内存区域。
3.虚拟文件系统与网络接口之间的关系：虚拟文件系统利用网络接口支持网络文件系统(NFS),也利用内存管理支持RAMDISK设备。
4.内存管理与虚拟文件系统之间的关系：内存管理利用虚拟文件系统支持交换，交换进程(swapd)定期由调度程序调度，这也是内存管理依赖于进程调度的唯一原因。当一个进程存取的内存映射被换出时，内存管理向文件系统发出请求，同时，挂起当前正在运行的进程。

处于中心位置的进程调度，所有其它的子系统都依赖它，因为每个子系统都需要挂起或恢复进程。一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，它被挂起；当操作真正完成时，进程被恢复执行。例如，当一个进程通过网络发送一条消息时，网络接口需要挂起发送进程，直到硬件成功成功地完成消息的发送，当消息被成功的发送出去以后，网络接口给进程返回一个代码，表示操作的成功或失败。其他子系统以相似的理由依赖于进程调度。

1、系统调用接口

SCI层（system callinterface）为用户空间提供了一套标准的系统调用函数来访问Linux内核，搭起了用户空间到内核空间的桥梁

2、进程管理

进程管理的重点是创建进程（fork、exec），停止进程（kill、exit），并控制它们之间的通信（signal或者POSIX）。进程管理还包括控制活动进程如何共享CPU，即进程调度

3、内存管理

内存管理的主要作用是控制多个进程安全地共享内存区域

4、网络协议栈

内核协议栈为Linux提供了丰富的网络协议的实现

5、虚拟文件系统（VFS）

VFS隐藏各种文件系统的具体细节，为文件操作提供统一的接口

6、设备驱动

Linux内核中有大量代码都在设备驱动程序中，它们控制特定的硬件设备

7、CPU体系结构相关代码

存放支持各个CPU的代码

三、内核目录结构

/： 根目录，一般根目录下只存放目录，不要存放文件，/etc、/bin、/dev、/lib、/sbin应该和根目录放置在一个分区中
/bin:/usr/bin: 可执行二进制文件的目录，如常用的命令ls、tar、mv、cat等。
/boot： 放置linux系统启动时用到的一些文件。/boot/vmlinuz为linux的内核文件，以及/boot/gurb。建议单独分区，分区大小100M即可
/dev： 存放linux系统下的设备文件，访问该目录下某个文件，相当于访问某个设备，常用的是挂载光驱mount /dev/cdrom /mnt。
/etc： 系统配置文件存放的目录，不建议在此目录下存放可执行文件，重要的配置文件有/etc/inittab、/etc/fstab、/etc/init.d、/etc/X11、/etc/sysconfig、/etc/xinetd.d修改配置文件之前记得备份。注：/etc/X11存放与x windows有关的设置。
/home： 系统默认的用户家目录，新增用户账号时，用户的家目录都存放在此目录下，~表示当前用户的家目录，~test表示用户test的家目录。建议单独分区，并设置较大的磁盘空间，方便用户存放数据
/lib:/usr/lib:/usr/local/lib： 系统使用的函数库的目录，程序在执行过程中，需要调用一些额外的参数时需要函数库的协助，比较重要的目录为/lib/modules。
/lost+fount： 系统异常产生错误时，会将一些遗失的片段放置于此目录下，通常这个目录会自动出现在装置目录下。如加载硬盘于/disk 中，此目录下就会自动产生目录/disk/lost+found
/mnt:/media： 光盘默认挂载点，通常光盘挂载于/mnt/cdrom下，也不一定，可以选择任意位置进行挂载。
/opt： 给主机额外安装软件所摆放的目录。如：FC4使用的Fedora 社群开发软件，如果想要自行安装新的KDE 桌面软件，可以将该软件安装在该目录下。以前的 Linux 系统中，习惯放置在 /usr/local 目录下
/proc： 此目录的数据都在内存中，如系统核心，外部设备，网络状态，由于数据都存放于内存中，所以不占用磁盘空间，比较重要的目录有/proc/cpuinfo、/proc/interrupts、/proc/dma、/proc/ioports、/proc/net/*等
/root： 系统管理员root的家目录，系统第一个启动的分区为/，所以最好将/root和/放置在一个分区下。
/sbin:/usr/sbin:/usr/local/sbin： 放置系统管理员使用的可执行命令，如fdisk、shutdown、mount等。与/bin不同的是，这几个目录是给系统管理员root使用的命令，一般用户只能"查看"而不能设置和使用。
/tmp： 一般用户或正在执行的程序临时存放文件的目录,任何人都可以访问,重要数据不可放置在此目录下
/srv： 服务启动之后需要访问的数据目录，如www服务需要访问的网页数据存放在/srv/www内
/usr： 应用程序存放目录，/usr/bin 存放应用程序， /usr/share 存放共享数据，/usr/lib 存放不能直接运行的，却是许多程序运行所必需的一些函数库文件。/usr/local:存放软件升级包。/usr/share/doc: 系统说明文件存放目录。/usr/share/man: 程序说明文件存放目录，使用 man ls时会查询/usr/share/man/man1/ls.1.gz的内容建议单独分区，设置较大的磁盘空间
/var： 放置系统执行过程中经常变化的文件，如随时更改的日志文件 /var/log，/var/log/message： 所有的登录文件存放目录，/var/spool/mail： 邮件存放的目录， /var/run: 程序或服务启动

后，其PID存放在该目录下。建议单独分区，设置较大的磁盘空间
   
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/dev： 目录
　　dev是设备(device)的英文缩写。/dev这个目录对所有的用户都十分重要。因为在这个目录中包含了所有Linux系统中使用的外部设备。但是这里并不是放的外部设备的驱动程序，这一点和

windows,dos操作系统不一样。它实际上是一个访问这些外部设备的端口。我们可以非常方便地去访问这些外部设备，和访问一个文件，一个目录没有任何区别。

　　Linux沿袭Unix的风格，将所有设备认成是一个文件。

　　设备文件分为两种：块设备文件(b)和字符设备文件(c)

　　设备文件一般存放在/dev目录下，对常见设备文件作如下说明：

　　/dev/hd[a-t]：IDE设备

　　/dev/sd[a-z]：SCSI设备

　　/dev/fd[0-7]：标准软驱

　　/dev/md[0-31]：软raid设备

　　/dev/loop[0-7]：本地回环设备

　　/dev/ram[0-15]：内存

　　/dev/null：无限数据接收设备,相当于黑洞

　　/dev/zero：无限零资源

　　/dev/tty[0-63]：虚拟终端

　　/dev/ttyS[0-3]：串口

　　/dev/lp[0-3]：并口

　　/dev/console：控制台

　　/dev/fb[0-31]：framebuffer

　　/dev/cdrom => /dev/hdc

　　/dev/modem => /dev/ttyS[0-9]

　　/dev/pilot => /dev/ttyS[0-9]

　　/dev/random：随机数设备

　　/dev/urandom：随机数设备

　　(PS：随机数设备，后面我会再写篇博客总结一下)

　　/dev目录下的节点是怎么创建的?

　　devf或者udev会自动帮你创建得。

　　kobject是sysfs文件系统的基础，udev通过监测、检测sysfs来获取新创建的设备的。

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/etc： 目录
　　包含很多文件.许多网络配置文件也在/etc 中. 
/etc/rc   or /etc/rc.d   or /etc/rc*.d  　　启动、或改变运行级时运行的scripts或scripts的目录.
/etc/passwd  
　　用户数据库，其中的域给出了用户名、真实姓名、家目录、加密的口令和用户的其他信息. 
/etc/fstab  
　　启动时mount -a命令(在/etc/rc 或等效的启动文件中)自动mount的文件系统列表. Linux下，也包括用swapon -a启用的swap区的信息.
/etc/group   
　　类似/etc/passwd ，但说明的不是用户而是组. 
/etc/inittab  
　　init 的配置文件. 
/etc/issue  
　　getty 在登录提示符前的输出信息.通常包括系统的一段短说明或欢迎信息.内容由系统管理员确定. 
/etc/motd  
　　Message Of The Day，成功登录后自动输出.内容由系统管理员确定.经常用于通告信息，如计划关机时间的警告. 
/etc/mtab  
　　当前安装的文件系统列表.由scripts初始化，并由mount 命令自动更新.需要一个当前安装的文件系统的列表时使用，例如df 命令. 
/etc/shadow  
　　在安装了影子口令软件的系统上的影子口令文件.影子口令文件将/etc/passwd 文件中的加密口令移动到/etc/shadow 中，而后者只对root可读.这使破译口令更困难. 
/etc/login.defs  
　　login 命令的配置文件. 
/etc/printcap  
　　类似/etc/termcap ，但针对打印机.语法不同. 
/etc/profile , /etc/csh.login , /etc/csh.cshrc  
　　登录或启动时Bourne或C shells执行的文件.这允许系统管理员为所有用户建立全局缺省环境. 
/etc/securetty  
　　确认安全终端，即哪个终端允许root登录.一般只列出虚拟控制台，这样就不可能(至少很困难)通过modem或网络闯入系统并得到超级用户特权. 
/etc/shells  
　　列出可信任的shell.chsh 命令允许用户在本文件指定范围内改变登录shell.提供一台机器FTP服务的服务进程ftpd 检查用户shell是否列在 /etc/shells 文件中，如果不是将不允许该用户登录. 
/etc/sysconfig 
　　网络配置相关目录

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/proc： 目录

档名    文件内容
/proc/cmdline     加载 kernel 时所下达的相关参数！查阅此文件，可了解系统是如何启动的！
/proc/cpuinfo     本机的 CPU 的相关资讯，包含时脉、类型与运算功能等
/proc/devices     这个文件记录了系统各个主要装置的主要装置代号，与 mknod 有关呢！
/proc/filesystems     目前系统已经加载的文件系统罗！
/proc/interrupts     目前系统上面的 IRQ 分配状态。
/proc/ioports     目前系统上面各个装置所配置的 I/O 位址。
/proc/kcore     这个就是内存的大小啦！好大对吧！但是不要读他啦！
/proc/loadavg     还记得 top 以及 uptime 吧？没错！上头的三个平均数值就是记录在此！
/proc/meminfo     使用 free 列出的内存资讯，嘿嘿！在这里也能够查阅到！
/proc/modules     目前我们的 Linux 已经加载的模块列表，也可以想成是驱动程序啦！
/proc/mounts     系统已经挂载的数据，就是用 mount 这个命令呼叫出来的数据啦！
/proc/swaps     到底系统挂加载的内存在哪里？呵呵！使用掉的 partition 就记录在此啦！
/proc/partitions     使用 fdisk -l 会出现目前所有的 partition 吧？在这个文件当中也有纪录喔！
/proc/pci     在 PCI 汇流排上面，每个装置的详细情况！可用 lspci 来查阅！
/proc/uptime     就是用 uptime 的时候，会出现的资讯啦！
/proc/version     核心的版本，就是用 uname -a 显示的内容啦！
/proc/bus/*     一些汇流排的装置，还有 U盘 的装置也记录在此喔！

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/usr： 目录
　　/usr 文件系统经常很大，因为所有程序安装在这里. /usr 里的所有文件一般来自Linux distribution；本地安装的程序和其他东西在/usr/local 下.这样可能在升级新版系统或新distribution时无须重新安装全部程序.
/usr/etc            存放设置文件
/usr/games      存放游戏和教学文件
/usr/include      存放C开发工具的头文件
/usr/share         存放结构独立的数据
/usr/bin  
　　几乎所有用户命令.有些命令在/bin 或/usr/local/bin 中.
/usr/sbin  
　　根文件系统不必要的系统管理命令，例如多数服务程序.  
/usr/share/man , /usr/share/info , /usr/share/doc   
　　手册页、GNU信息文档和各种其他文档文件.  
/usr/include  
　　C编程语言的头文件.为了一致性这实际上应该在/usr/lib 下，但传统上支持这个名字.
/usr/lib  
　　程序或子系统的不变的数据文件，包括一些site-wide配置文件.名字lib来源于库(library); 编程的原始库存在/usr/lib 里.  
/usr/local  
　　本地安装的软件和其他文件放在这里.  
/usr/src             存放程序的源代码

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/var： 目录
　　/var 包括系统一般运行时要改变的数据.每个系统是特定的，即不通过网络与其他计算机共享.  
/var/catman  
　　当要求格式化时的man页的cache.man页的源文件一般存在/usr/man/man* 中；有些man页可能有预格式化的版本，存在/usr/man/cat* 中.而其他的man页在第一次看时需要格式化，格式化完的版本存在/var/man 中，这样其他人再看相同的页时就无须等待格式化了. (/var/catman 经常被清除，就象清除临时目录一样.)  
/var/lib  
　　系统正常运行时要改变的文件.  
/var/local  
　　/usr/local 中安装的程序的可变数据(即系统管理员安装的程序).注意，如果必要，即使本地安装的程序也会使用其他/var 目录，例如/var/lock .  
/var/lock  
　　锁定文件.许多程序遵循在/var/lock 中产生一个锁定文件的约定，以支持他们正在使用某个特定的设备或文件.其他程序注意到这个锁定文件，将不试图使用这个设备或文件.  
/var/log  
　　各种程序的Log文件，特别是login  (/var/log/wtmp log所有到系统的登录和注销) 和syslog (/var/log/messages 里存储所有核心和系统程序信息. /var/log 里的文件经常不确定地增长，应该定期清除.  
/var/run  
　　保存到下次引导前有效的关于系统的信息文件.例如， /var/run/utmp 包含当前登录的用户的信息.
/var/spool  
　　mail, news, 打印队列和其他队列工作的目录.每个不同的spool在/var/spool 下有自己的子目录，例如，用户的邮箱在/var/spool/mail 中.  
/var/tmp  
　　比/tmp 允许的大或需要存在较长时间的临时文件. (虽然系统管理员可能不允许/var/tmp 有很旧的文件.) 

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 比较重要的目录 

    在 Linux 系统中，有几个目录是特别需要注意的，以下提供几个需要注意的目录，以及预设相关的用途：　
        /etc： 这个目录相当重要，如前所述，你的开机与系统数据文件均在这个目录之下，因此当这个目录被破坏，那你的系统大概也就差不多该死掉了！而在往后的文件中，你会发现我们常常使用这个目录下的 /etc/rc.d/init.d 这个子目录，因为这个 init.d 子目录是开启一些 Linux 系统服务的 scripts （可以想成是批次檔 ）的地方。而在 /etc/rc.d/rc.local 这个文件是开机的执行档。　
        /bin, /sbin, /usr/bin, /usr/sbin： 这是系统预设的执行文件的放置目录，例如 root 常常使用的 userconf, netconf, perl, gcc, c++ 等等的数据都放在这几个目录中，所以如果你在提示字符下找不到某个执行档时，可以在这四个目录中查一查！其中， /bin, /usr/bin 是给系统使用者使用的指令，而 /sbin, /usr/sbin 则是给系统管理员使用的指令！  　
        /usr/local： 这是系统预设的让你安装你后来升级的套件的目录。例如，当你发现有更新的 Web 套件（如 Apache ）可以安装，而你又不想以 rpm 的方式升级你的套件，则你可以将 apache 这个套件安装在 /usr/local 底下。安装在这里有个好处，因为目前大家的系统都是差不多的，所以如果你的系统要让别人接管的话，也比较容易上手呀！也比较容易找的到数据喔！因此，如果你有需要的话，通常我都会将 /usr/local/bin 这个路径加到我的 path 中。　
        /home： 这个是系统将有账号的人口的家目录设置的地方。    　
        /var： 这个路径就重要了！不论是登入、各类服务的问题发生时的记录、以及常态性的服务记录等等的记录目录，所以当你的系统有问题时，就需要来这个目录记录的文件数据中察看问题的所在啰！而 mail 的预设放置也是在这里，所以他是很重要的    　
        /usr/share/man, /usr/local/man： 这两个目录为放置各类套件说明档的地方，例如你如果执行 man man，则系统会自动去找这两个目录下的所有说明文件