Linux内核组成及功能

发表于 2017-03-11 更新于 2024-06-22 分类于 Basic 阅读次数：

该博文只是粗略地整理Linux内核的一些基本知识结构：

Linux内核结构

 内核提供的基本功能

 这些功能对应的哪些代码模块

 内核功能增删-可加载模块(LKM)工作机制

 内核与用户空间通信方式

Linux内核结构

用来管理多个进程对内存的使用
Linux支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其程序代码，数据，堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只把当前使用的程序块保留在内存中，其余还没有运行的程序块，则保留在磁盘中。必要时，操作系统负责在磁盘和内存间交换程序块 —— LKM支持。
内存管理从逻辑上可以分为
- 硬件无关部分：提供了进程的映射和逻辑内存的兑换
- 硬件有关部分：为内存管理硬件部分提供了虚拟接口。

隐藏了各种硬件的具体细节，为所有设备提供了统一的接口
虚拟文件系统提供了数十种不同的文件系统：
- 逻辑文件系统： Linux所支持的文件系统，如ext3, FAT等
- 设备驱动程序：为每一种硬件控制器所编写的设备驱动模块

4、网络接口 (Network Interface)

网络接口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：

5、进程通信 (Interprocess Communication)

进程通信提供了进程之间的各种通信机制。分为三种主要的通信方式，适用于进程间；及一种内核态与用户态间的通信方式。

五种功能如下图：

源代码的主要模块可分为：

因此，对应内核功能，除了头文件、通用内核库、平台兼容性（所有功能模块都会调用）外，内核功能与代码模块的对应为：

参考文档：

LKM是Linux内核为了扩展其功能所使用的可加载内核模块。它无须重新实现整个内核，而只需要动态加载，类似于局部渲染。因此，常被用作特殊设备的驱动程序。

具体机制如下图：

参考文档：

通信方式依据来自的内核态不同，分为硬软中断与用户态，和进程上下文与用户态两种。分类的原因是硬软中断无法与用户态本来无关，而进程上下文则与用户的进程息息相关。

硬软中断处于操作系统食物链的最顶端，本来没有进程能够中断它，它只能自行中断，这种机制就是自旋锁。一般的方法是，内核态通过向进程上下文发送消息，再由进程上下文向上级提出请求，因为它们共同维护一个临界区。而自Linux 2.4以来，netlink套接字提供了另一个通道，即用户态可以直接向软中断提出申请。这样，不经过进程上下文，减少了一个过程，就提高了实时性。
进程上下文本来就与用户态密切相关，它出于内核态的最底层，最接近民众，所以它通信的方式也比较亲民。可以用一般的进程的通信方式进行通信。

具体方式如下图：

参考文档：