Linux系统基本结构之一 内核的组成以及运行原理

Linux系统由以下四部分组成（后面两章内容会分别详细说明）

1. Linux内核

2. GNU实用程序

3. 图形桌面环境

4.  应用软件

1. Linux内核

   Linux的系统核心为内核（kernel）内核控制计算机系统上的所有硬件和软件。在需要时分配硬件和执行软件。

2. 内核功能

   内核功能包括

   a.系统内存管理

   b.软件程序管理

   c.硬件管理

   d.文件系统管理

   
   

2.1系统内存管理

内核既可以管理服务器上可用的物理内存，还可以创建并且管理虚拟内存。内存管理所使用的硬盘空间称为交换空间（swap space) 当系统开始执行程序时，内核不断的在交换空间和实际物理内存之间交换内存位置的内容。

page :将内存位置分组为多个数据块，此操作为分页

内核定位物理内存或交换空间中的每个内存分页，然后维护一个内存分页表，此表显示位于物理内存的分页和交换到磁湖的分页。

内核管理系统内存机制：

内核跟踪实用的内存分页，并自动将一段时间没有访问的内存分页复制到交换空间区域（称为换出），内存够用时也依然这么做。当程序访问已经换出的内存分页时，内核必须换出另一个内存分页，以在物理内存中为该内存分页腾出空间，然后从交换空间换入需要的分页。

系统内存管理特性：

在Linux系统上运行的每一个进程都有自己的专用的内存分页。一个进程不能访问另一个进程在使用的内存分页。内核也有自己的内存区域，任何进程不得访问内核进程实用的内存。

关于共享：内核可以创建共享内存分页。通用共享内存区域可以供多个进程读取和写入。内核维护和管理共享内存区域，并允许单个进程访问共享区域。

2.2 软件程序管理

内核通过Linux系统正在进行的程序来控制软件程序。

进程可以在前台运行（显示器上显示），也可以在后台运行。

内核创建第一个进程，称为初始进程（init process),该进程可以在系统上启动其他进程。当内核启动时，它将初始进程加载到虚拟内存中。内核每启动一个其他进程，都将在虚拟内存中为其分配一个唯一的空间，用于存储该进程使用的数据和代码。

系统运行特点：

在Linux系统中，通常有一个进程表位于文件/etc/inittabs中，可以在引导时自动启动。

Linux操作系统使用具有运行级别功能的初始系统，运行级别可以指示初级进程仅仅运行哪些特点的进程。

运行级别1：只启动基本系统进程，以及一个控制台终端进程，称为单用户模式。

运行级别3：标准的初始运行，可启用大部分软件，和网络支持软件。

运行级别5：图形化界面

操作命令 ps ax 可以查看Linux系统当前运行的进程。

3.硬件管理：

Linux系统需要通过在内核中插入驱动程序代码来完成与外部设备的通信。驱动程序代码能够向设备输入数据，让硬件设备运行。

在Linux内核中插入设备驱动程序代码有两种方法：1.在内核中编译驱动程序 2向内核添加驱动程序模块。

以前为了在Linux内核中插入驱动程序代码，唯一的方式是重新编译内核，每次添加新设备，必须重新编译内核代码。

现在，开发出内核模块，无须在插入驱动程序代码时重新编译内核。设备使用完毕时，还可以从内核移除模块。

Linux设备文件分为3类  

1 字符（c）：一次处理一个字符的设备

2 块  （b）:用于那些一次可以处理大量数据块的设备，如磁盘驱动器

3 网络： 用于使用数据包发送和接收数据的设备。

4.文件系统管理

Linux内核使用不同的类型的文件系统与硬盘传输数据

除本身的十多个文件系统外，Linux还可以通过其他系统（windows）使用的文件系统传输数据。

ext         ext2      ext3

hpfs        jfs       iso9660

minix       msdos     ncp

nfs         ntfs      proc

ReliserFS   smb       sysv

vfs         cmsdos    vfat

XFS

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