linux内核 概念

Posted 2020-10-04 张小贱1987

内核Kernel只是操作系统的一部分，操作系统本身在内核之上还包含命令行shell和其他种类的用户界面。

通常内核包含：

• 中断服务程序
• 进程管理和调度程序
• 内存管理程序
• 进程同步方法
• IO和设备等

在我的开发工作中，重点用到的是高亮的三个。

 

应用系统通过系统调用与内核通信：

关于系统调用和shell和库函数的说明，摘抄了网上的一段，如下：

• 系统调用：为了我们方便调用内核，我们将内核的功能总结成为系统调用(system call)。系统调用看起来就像是的C语言函数，你也可以在程序中直接调用。Linux系统有两百多个这样的系统调用。系统调用给了上层程序一个清晰的接口，隐藏了内核的复杂结构。在命令行中输入$man 2 syscalls可以查看所有的系统调用。你也可以通过$man 2 read来查看系统调用read()的说明。
• 库函数：由于系统调用非常基础，所以有时使用起来很麻烦。比如说一个简单的给变量分配内存空间的操作，就需要动用多个系统调用。Linux定义一些库函数(library routine)来将系统调用组合成某些常用的功能，以方便我们编程。比如上面的分配内存的操作，看以定义成为一个库函数(像malloc()这样的函数)。
• Shell：至于shell，可以看作一种特殊的应用。实际上我们之前所说的命令行，就是shell。shell是一个命令解释器(interpreter)，当我们输入"ls -l"的时候，它将此字符串解释为1) 在默认路径找到该文件(/bin/ls)，2) 执行该文件，并附带参数"-l"。我们之前用>表示重新定向，用|表示管道，也是通过shell进行理解&或者|的含义，再通过系统调用指挥kernel建立具体的重定向或者管道机制。

 

关于用户态和内核态：

当一个任务（进程）执行系统调用而陷入内核代码中执行时，我们就称进程处于内核运行态（或简称为内核态）。此时处理器处于特权级最高的（0级）内核代码中执行。当进程处于内核态时，执行的内核代码会使用当前进程的内核栈。每个进程都有自己的内核栈。

内核空间和用户空间：

内核空间中存放的是内核代码和数据，而进程的用户空间中存放的是用户程序的代码和数据。不管是内核空间还是用户空间，它们都处于虚拟空间中。 内和空间和用户空间是隔离的，处于安全的考虑。

用户栈和内核栈：

内核在创建进程的时候，在创建task_struct的同事，会为进程创建相应的堆栈。每个进程会有两个栈，一个用户栈，存在于用户空间，一个内核栈，存在于内核空间。当进程在用户空间运行时，cpu堆栈指针寄存器里面的内容是用户堆栈地址，使用用户栈；当进程在内核空间时，cpu堆栈指针寄存器里面的内容是内核栈空间地址，使用内核栈。当进程因为中断或者系统调用而陷入内核态之行时，进程所使用的堆栈也要从用户栈转到内核栈。

单内核和微内核

操作系统内核可能是微内核，也可能是单内核（后者有时称之为宏内核Macrokernel）。按照类似封装的形式，这些术语定义如下：

微内核（Microkernelkernel）――在微内核中，内核按照功能模块被拆分为多个单独的进程，他们通过消息传递进行通讯。

单内核（Monolithic kernel）――单内核是个很大的进程。它的内部虽然也划分为多个模块，但是这些模块都在一个进程中。

单内核的支持者声称微内核的消息传递开销引起了效率的损失。微内核的支持者则认为因此而增加的内核设计的灵活性和可维护性能够弥补任何损失。 

linux是单内核。

中断程序是当一个硬件的请求，如键盘按键按下的时候，键盘硬件向处理器发送终端命令，处理器放弃当前正在执行的工作来响应中断请求。这里大概介绍一下，不在详细研究。