(笔记)Linux内核学习(一)之内核介绍
内核与操作系统：
内核是操作系统的核心部分，包含了系统运行的核心过程，决定系统的性能，操作系统启动内核被装入到RAM中；
操作系统与底层硬件设备交互和为运行应用程序提供执行环境。
Linux内核与微内核比较：
微内核：内核只需要一个很小的函数集，通常包括几个同步原语，一个简单的调度程序和进程间通信机制。
运行在微内核之上的几个系统进程实现系统级功能：内存分配，设备驱动程序……完全的模块化进程。任何操作
系统层都是独立的程序模块，通过模块化的方法定义明确清晰的软件接口与其它层交互。内核中暂且不需要执行
的系统进程可以被调出或者撤销。微内核便于移植和充分利用RAM，但开销大效率是个问题。
宏内核：Linux内核：单块结构。内核的全部代码，包括所有子系统（如内存管理、文件系统、设备驱动程序）
都打包到一个文件中。内核中的每个函数都可以访问内核中所有其他部分。模块特性依赖于内核与用户层之间设计
精巧的通信方法，这使得模块的热插拔和动态装载得以实现。
每个内核层都被继承到整个内核程序中，并代表着当前进程在内核态下运行。
模块化（非进程）——允许在运行状态下动态的安装。模块是一个目标文件，其代码在运行时链接到内核或从内核解除链接。
目标代码通常是一组函数组成，用来实现文件系统，驱动程序……这些模块与其他静态链接内核函数一样，代表着当前进程
在内核态下执行，直接函数调用避免进程切换消息传递的开销，效率可能更高。
Linux用户程序两种状态：
用户态和内核态；用户态切换到内核态：
l 进程系统调用
l CPU异常
l 中断
l 内核线程被执行
多用户系统：
能并发执行和独立的执行多个用户的应用程序，各个用户拥有独立空间。用户组，Root用户。
Linux进程：
进程Process：
l 操作系统的基本抽象。
l 进程是程序执行时的一个实例；一个运行程序的执行上下文。
l 几个进程能并发的执行同一个程序；而同一个进程能顺序执行几个程序。
l 具有独立的地址空间；多个进程可以同时执行。
进程受内核管理；每个进程由一个进程描述符表示，包含进程当前的状态信息。
当内核暂停一个进程的执行时，就把几个相关处理器寄存器的内容保存在进程描述符中。这些寄存器包括：
l 程序计数器PC和栈指针SP寄存器
l 通用寄存器
l 浮点寄存器
l 包含CPU状态信息的处理控制寄存器
l 跟踪进程对RAM访问的内存管理寄存器
当内核恢复执行进程时：将进程描述符中合适字段来装在CPU寄存器，根据程序计数器指向恢复到程序执行的地方。
Linux重入内核：
内核可重入：
可重入函数：使用局部变量
实现同步机制：信号量、锁、关中断
进程执行状态切换: 进程在用户态与内核态的转换，Linux是抢占式内核
进程地址空间：每个进程运行在似有地址空间
同步和临界区：内核数据操作访问。
进程间通信IPC：信号量、消息队列、共享内存
进程管理：fork与_exit,exec()，子进程与父进程
Linux文件系统：
文件系统是对存储设备上的数据和元数据进行组织的机制，以树形结构组织。
文件类型：
不同文件
目录
符号链接
面向块得设备文件 （设备驱动相关）
面向字符的设备文件 （设备驱动相关）
管道(pipe)和命名管道（named pipe）（进程间通信相关）
套接字（socket） （进程间通信相关）
文件访问权限和访问模式
文件描述符和索引节点：记录文件的信息数据。
文件操作的系统调用：open、read、write……
内存管理：
虚拟内存：处于应用程序内存请求与硬件内存单元之间的逻辑层。
随即访问存储器RAM：一部分用于内核映像，其余虚拟内存处理
内核内存分配器：KMA 处理内存请求子系统
l 速度快
l 减少内存浪费
l 减轻内存碎片
l 与其他内存管理合作（页框）
l 内存分配算法
进程虚拟空间地址处理：内核分配给进程的虚拟地址空间由以下内存区组成：
l 程序的可执行代码
l 程序的初始化数据
l 程序未初始化数据
l 初始化程序栈
l 所需共享库的可执行代码和数据
l 程序动态请求的内存堆
高速缓存：
设备驱动程序：
内核通过设备驱动程序与I/O设备交互，设备驱动程序在内核中，用户程序通过内核访问设备。