linux系统内核结构详解
linux 结构体
linux 结构体Linux 结构体Linux 是一种开放源代码的操作系统，其内部实现了许多结构体来组织和管理各种资源。
本文将介绍几个常见的Linux 结构体，并解释其作用和用途。
1. task_struct 结构体task_struct 结构体是 Linux 内核中用来表示进程的数据结构。
每个正在运行或等待运行的进程都有一个对应的task_struct 结构体。
这个结构体中包含了进程的各种属性和状态信息，如进程的ID、父进程的ID、进程状态、虚拟内存信息等。
通过task_struct 结构体，内核可以管理和调度进程，实现多任务处理。
2. file 结构体file 结构体用于表示Linux 内核中的打开文件。
每个打开的文件都有一个对应的file 结构体，用于记录文件的状态和属性。
在内核中，文件被表示为一个文件描述符，而file 结构体中存储了与文件相关的信息，如文件指针、文件操作函数指针、访问权限等。
通过file 结构体，内核可以对文件进行读写操作，并管理文件的打开和关闭。
3. inode 结构体inode 结构体用于表示Linux 文件系统中的索引节点。
每个文件都对应一个唯一的inode 结构体，用于存储文件的元数据信息，如文件大小、所属用户、所属组、文件权限等。
inode 结构体中还包含了指向文件数据块的指针，通过这些指针可以访问文件的实际内容。
通过 inode 结构体，内核可以管理文件系统的存储和访问。
4. super_block 结构体super_block 结构体用于表示Linux 文件系统的超级块。
每个文件系统都有一个对应的super_block 结构体，用于存储文件系统的元数据信息，如文件系统类型、块大小、块数量等。
super_block 结构体中还包含了指向文件系统根目录的inode 结构体指针，通过这个指针可以访问文件系统中的文件和目录。
通过super_block 结构体，内核可以管理文件系统的挂载和卸载。
linux操作系统的组成
linux操作系统的组成1.内核（Kernel）Linux内核是整个Linux操作系统的核心，它负责管理系统资源，包括硬件、内存、进程、文件系统等。
内核提供了一系列系统调用，用户空间程序可以通过这些系统调用来访问内核提供的功能。
2.用户空间（User Space）用户空间是操作系统中除内核之外的部分。
用户空间包括Shell、图形界面、应用程序等。
用户空间通过系统调用来访问内核提供的功能。
用户空间和内核之间有一个保护机制，保证用户空间程序不能直接访问内核资源，只能通过系统调用。
3.ShellShell是Linux系统中的命令解释器，它充当了用户和内核之间的接口。
用户可以在Shell中输入命令，Shell解析命令并通过系统调用调用内核提供的功能。
Linux操作系统中常用的Shell有Bash、Zsh、Fish等。
4.文件系统（File System）Linux操作系统支持多种文件系统，包括Ext2、Ext3、Ext4、Btrfs、XFS等。
文件系统是管理文件和目录的机制，它负责在硬盘上分配空间，存储文件内容和元数据。
文件系统还提供了一些额外的功能，如权限管理、链接、快速查找等。
5.设备驱动程序（Device Driver）设备驱动程序是连接硬件设备和内核的桥梁，它转换设备的IO请求为内核能够理解的形式，并向内核提供设备的状态信息。
Linux操作系统支持多种设备驱动程序，包括字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序等。
6.命令行工具（Command-Line Tool）Linux操作系统提供了丰富的命令行工具，可以轻松地完成各种任务。
常见的命令行工具有ls、cp、mv、mkdir、rm等，还有一些高级工具，如awk、sed、grep等。
7.图形界面（Graphical User Interface）Linux操作系统提供了多种图形界面，如GNOME、KDE、Xfce、LXDE等。
图形界面提供了一种更加友好的交互方式，用户可以通过鼠标点击、拖拽等方式完成操作，极大地提高了用户的工作效率。
Linux操作系统的内核设计分析
Linux操作系统的内核设计分析Linux操作系统作为开源操作系统的代表，已经在各个领域得到了广泛应用。
而Linux操作系统的内核则是这个系统之所以能够运转的关键所在。
本文将就Linux操作系统的内核设计进行分析，并探讨其优劣之处。
一、Linux内核设计的基础Linux内核的设计基础主要包括以下几个方面：1. 开放源码Linux内核采用的是GPL协议，这意味着它是一个开放源码的项目。
这为世界各地的开发人员提供了极大的便利，方便他们进行开发和修改。
同时，这也确保了Linux内核的透明度，并且鼓励开发者贡献代码的同时，深度参与到Linux开源社区的构建和升级中。
2. 模块化Linux内核的构造采用的是模块化设计。
这种设计方式将内核代码分成独立的模块，每个模块都可以独立编译、加载和卸载。
采用模块化的设计，能够使得开发人员能够更加细致地打包、编译、并部署只包含他们需要的模块的系统。
3. 多任务Linux内核是一个基于多任务设计的系统。
这意味着它能够使得多个程序同时运行，并能够平滑高效地进行任务的切换。
这给开发人员提供了各种各样的自由，使得他们能够更加高效地进行开发。
4. 支持众多处理器架构Linux内核的支持范围非常广泛，它可以适配众多处理器架构。
这意味着一个制造商可以使用不同的处理器架构去生产设备，并且这些设备都能够安装和运行Linux操作系统。
5. 外层调用接口Linux内核支持开放式的外层调用接口。
这使得用户层可以很容易地调用Linux 内核执行某个任务。
这些用户层应用包括网上购物网站、应用程序和各种驱动程序。
6. 子系统Linux内核的子系统主要包括进程管理、内存管理、I/O管理和网络管理等。
二、Linux内核的优点Linux内核具有以下主要优点：1. 开源性Linux内核本身是一个开源的、由社区驱动的项目。
这意味着在它的附加组件和周边产品中，广大的开发者社区都可以为用户提供帮助和支持。
2. 安全性相比其他闭源操作系统，Linux内核在安全性方面更具优势。
linux操作系统的结构及详细说明
linux操作系统的结构及详细说明linux的操作系统的结构你了解多少呢?下面由店铺为大家整理了linux操作系统的结构及详细说明的相关知识，希望对大家有帮助!linux操作系统的结构及详细说明：一、 linux内核内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。
这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。
SCI 实际上是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。
在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。
为了让有限的物理内存满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。
Linux 将内存划分为容易处理的“内存页”(对于大部分体系结构来说都是 4KB)。
Linux 包括了管理可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。
Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，例如 slab 分配器。
这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。
这样就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。
由于这个原因，页面可以移出内存并放入磁盘中。
这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。
linux系统结构框架
linux系统结构框架
Linux系统一般有4个主要部分：内核、shell、文件系统和应用程序。
内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统结构，它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。
1.内核：内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网络管理等。
2.Shell：shell是命令行解释器，可以为用户提供对系统的访问，也可以被用作程序或者脚本的命令行环境。
有多种shell可以选择，比如bash,zsh,ksh等。
3.文件系统：Linux系统使用一个基于文件的层级结构来组织和存储系统资源。
每个文件和目录都从根目录“/”开始，然后层层嵌套。
4.应用程序：Linux系统上可以运行各种应用程序，包括文本编辑器、浏览器、开发工具等。
应用程序为用户提供了使用系统的接口。
在更细致的层次结构上，Linux系统的内存管理分为几个主要组件，包括物理内存管理、虚拟内存管理以及内核内存管理等。
物理内存管理负责物理内存的分配和回收，虚拟内存管理则将物理内存映射到虚拟地址空间，并实现内存的共享和保护。
内核内存管理则负责内核空间的分配和释放，以及内核页面的交换等。
电子科技大学 UNIX_Linux操作系统内核结构6章
一个进程的上下文包括五个方面： ①、被进程正文所定义的进程状态 ②、进程所使用的全局变量和数据结构的值 ③、机器寄存器的值 ④、进程表项proc结构和user结构中的值 ⑤、用户堆栈和核心堆栈中的值
“执行一个进程”——指系统在该进程的上下文中执行， 也就是进程的上下文确定和限制了进程的运行环境和空间。
可以随进程状态的变化而在内外存之间交换的进程控制信 息中的其余部分。
为了方便进程映像在内外之间交换，UNIX系统中把进程非 常驻内存部分作为一个整体，占用连续的存贮区，其顺序是： 首先是user结构（进程扩充控制块）和核心栈，然后是数据段 和用户栈。
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进程user结构和核心栈合并构成进程的“本进程数据区— —ppda区（per process data area）。
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在进程映像占用的内存被分配给其他进程之前，不但该进 程的程序和数据需要调出内存，该进程的控制信息也被调出内 存。但为了该进程能够再次被调入内存，内存中需要保留一部 分必要的信息，这就把进程控制信息也分成了常驻内存和非常 驻内存两部分： 常驻内存控制信息块
是系统需要经常查询以及恢复整个进程映象时所不可缺少 的信息。 非常驻内存控制信息块
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3、进程的解释
在UNIX系统中进程的概念包含什么意义？
在较高级的方面 进程是一个重要的组织概念。可以把计算机系统看作是若
干进程组合的活动。进程是系统中活动的实体，它可以生成和 消灭，申请和释放资源，可以相互合作和竞争，而真正活动的 部件如处理机和外部设备则是看不见的。
在较低级方面 进程是不活动的实体，而处理机则是活动的，处理机的任
核心从一个进程转到另一个进程执行时，叫做“上下文切
换”，也就是系统从一个进程上下文确定的环境换到另一个进
linux操作系统体系结构
linux操作系统体系结构Linux操作系统采用了一种模块化的设计，它的体系结构可以分为用户空间和内核空间两个部分。
用户空间提供了用户与操作系统之间的接口，而内核空间则负责管理系统的资源和提供各种功能的实现。
内核空间是Linux操作系统的核心，它负责管理计算机的硬件资源、处理系统的中断和异常，并为用户空间提供各种系统调用的接口。
Linux的内核是一个可靠、高效、可扩展的设计，它能够运行在多种硬件平台上。
内核包括了许多模块，每个模块负责实现一个特定的功能，比如进程管理、内存管理、文件系统等。
进程管理是Linux内核的一个关键功能，它负责创建、调度和销毁进程，并为进程之间提供通信和同步机制。
Linux采用了基于时间片的多任务调度算法，使得多个进程可以共享处理器资源，提高系统的并发性能。
而且，Linux内核还支持多线程，使得一个进程可以创建多个线程并在多个处理器上同时执行，充分发挥多核处理器的性能。
内存管理是Linux内核的另一个重要功能，它负责分配和管理系统的物理内存和虚拟内存。
Linux采用了页式存储管理机制，将物理内存划分为固定大小的页面，每个页面可以映射到不同的虚拟地址空间。
这样就可以实现进程之间的内存隔离和共享，同时还提供了一些高级的内存管理功能，比如动态内存分配和内存回收。
文件系统是Linux内核的另一个重要组成部分，它负责管理文件和目录，并提供了对这些文件和目录的访问接口。
Linux支持多种文件系统，包括Ext4、XFS、Btrfs等。
文件系统还提供了一些高级功能，比如权限管理、元数据缓存和文件系统日志等。
除了上述功能之外，Linux还提供了许多其他的功能模块，比如网络协议栈、设备驱动程序、虚拟化和容器等。
这些功能模块使得Linux 成为一个功能丰富、可定制性强的操作系统。
用户空间位于内核空间之上，它提供了用户与操作系统之间的接口。
用户空间包含了一系列的应用程序和库，这些程序和库通过系统调用与内核进行通信。
linux体系结构
linux体系结构linux体系结构从⼤⾯上来说，linux体系结构分为：⽤户空间：C库、⽤户应⽤程序内核空间：系统调⽤接⼝、内核、硬件平台依赖代码具体来讲，linux可划分为5个部分：linux内核、GNU⼯具链、桌⾯环境、应⽤软件linux内核系统调⽤接⼝（SCI层）：给应⽤⽤户提供⼀套标准的系统调⽤函数，上层⽤户可以通过这⼀套标准接⼝来访问底层内存管理：进程管理：⽂件管理：设备驱动管理：内存管理1.作⽤：管理物理内存、创建和管理虚拟内存为了使有限的物理内存满⾜应⽤程序对内存的需求，linux采⽤“虚拟内存”的内存管理⽅式实现，实现原理：交换空间：内核在硬盘上化⼀段存储空间来实现虚拟内存，这段存储空间称为“交换空间”页⾯：内存存储单元被分割成很多块，称为“页⾯”页⾯内存表：内核会维护⼀张表，来指明哪些页⾯位于物理内存，那么页⾯位于交换空间换出：物理内存---->交换空间换⼊：交换空间---->物理内存⼯作过程：1、内核将程序运⾏⽤到的页⾯就放到内存⾥，暂时不⽤就放到交换空间中（换出）。
2、当⽤到交换空间的页⾯时，就把它们调到内存中（换⼊），然后把物理内存其他⽤不到的页⾯换出到交换空间。
查看内存#cat /proc/meminfoMemTotal: 1035244 kB #物理内存1GMemFree: 786616 kB #空闲内存700M左右...SwapTotal: 2096472 kB #有2G的交换空间....查看内存使⽤情况#freetotal used free shared buffers cachedMem: 502360 489964 12396 0 53852 283372-/+ buffers/cache: 152740 349620Swap: 1015800 0 1015800共享内存页⾯：创建⼀写共享内存页⾯，⽤于多个进程共享使⽤。
#ipcs -m #查看共享内存页⾯key shmid owner perms bytes nattch status0x00000000 0 rich 600 52228 6 dest#owner：共享内存段的所有者#perms：权限进程管理参见⽂件管理linux内核⽂件管理采⽤虚拟⽂件系统（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。
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Linux内核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。
2.内存管理（MM）允许多个进程安全的共享主内存区域。
Linux的内存管理支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其代码，数据，堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只是把当前使用的程序块保留在内存中，其余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。
内存管理从逻辑上分为硬件无关部分和硬件有关部分。
硬件无关部分提供了进程的映射和逻辑内存的对换；硬件相关的部分为内存管理硬件提供了虚拟接口。
3.虚拟文件系统（VirtualFileSystem,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) 支持进程间各种通信机制。
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。
各个子系统之间的依赖关系如下：
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。
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。
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。
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。
除了这些依赖关系外，内核中的所有子系统还要依赖于一些共同的资源。
这些资源包括所有子系统都用到的过程。
例如：分配和释放内存空间的过程，打印警告或错误信息的过程，还有系统的调试例程等等。
系统数据结构
在linux的内核的实现中，有一些数据结构使用频度较高，他们是：
task_struct.
Linux内核利用一个数据结构（task_struct）代表一个进程，代表进程的数据结构指针形成了一个task数组(Linux中，任务和进程是相同的术语),这种指针数组有时也称为指针向量。
这个数组的大小由NR_TASKS(默认为512)，表明Linux系统中最多能同时运行的进程数目。
当建立新进程的时候，Linux为新进程分配一个task_struct结构，然后将指针保存在task数组中。
调度程序一直维护着一个current指针，他指向当前正在运行的进程。
Mm_struct
每个进程的虚拟内存由一个mm_struct结构来代表，该结构实际上包含了当前执行映像的有关信息，并且包含了一组指向vm_area_struct结构的指针，vm_area_struct结构描述了虚拟内存的一个区域。
Inode
虚拟文件系统(VFS)中的文件、目录等均由对应的索引节点(inode)代表。
每个VFS索引节点中的内容由文件系统专属的例程提供。
VFS索引节点只存在于内核内存中，实际保存于VFS的索引节点高速缓存中。
如果两个进程用相同的进程打开，则可以共享inade的数据结构，这种共享是通过两个进程中数据块指向相同的inode完成。
Linux的具体结构
所谓具体结构是指系统实现的结构。
Linux的具体结构类似于抽象结构，这种对应性是因为抽象结构来源于具体结构，我们的划分没有严格依照源代码的目录结构，且和子系统的分组也不完全匹配，但是，它很接近源代码的目录结构。
尽管前面的讨论的抽象结构显示了各个子系统之间只有很少的依赖关系，但是具体结构的5个子系统之间有高度的依赖关系。
我们可以看出，具体结构中的很多依赖关系并没有在抽象结构中出现。
Linux内核源代码
目前，较新而又稳定的内核版本是2.0.x和2.2.x，因为版本不同稍有差别，因此如果你想让一个新的驱动程序既支持2.0.x，又支持2.2.x，就需要根据内核版本进行条件编译，要作到这一点，就要支持宏LINUX_VERSION_CODE,假如内核的版本用a.b.c来表示，这个宏的值就是216a+28b+c。
要用到指定内核版本的值，我们可以用KERNEL_VERSION宏，我们也可以自己去定义它。
对内核的修改用补丁文件的方式发布的。
Patch实用程序用来用来对内核源文件进行一系列的修改。
例如：你有2.2.9的源代码，但想移到2.2.10。
就可以获得2.2.10的补丁文件，应用patch来修改2.2.9源文件。
例如：
$ cd /usr/src/linux
$ patch –pl < patch-2.2.10
Linux 内核源代码的结构
Linux内核源代码位于/usr/src/linux目录下。
/include子目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件，这个模块利用其他模块重建内核。
/init 子目录包含了内核的初始化代码，这是内核工作的开始的起点。
/arch子目录包含了所有硬件结构特定的内核代码。
如：i386,alpha
/drivers子目录包含了内核中所有的设备驱动程序，如块设备和SCSI设备。
/fs子目录包含了所有的文件系统的代码。
如:ext2,vfat等。
/net子目录包含了内核的连网代码。
/mm子目录包含了所有内存管理代码。
/ipc子目录包含了进程间通信代码。
/kernel子目录包含了主内核代码。
从何处开始阅读源代码？
在Internet,有人制作了源代码导航器，为阅读源代码提供了良好的条件，站点为lxr.linux.no/source。
下面给出阅读源代码的线索:
系统的启动和初始化：
在基于Intel的系统上，当loadlin.exe或LILO把内核装入到内存并把控制权传递给内核时，内核开始启动。
关于这一部分请看，arch/i386/kernel/head.S,head.S进行特定结构的设置，然后跳转到init/main.c的main()例程。
内存管理：
内存管理的代码主要在/mm，但是特定结构的代码在arch/*/mm。
缺页中断处理的代码在/mm/memory.c ,而内存映射和页高速缓存器的代码在/mm/filemap.c 。
缓冲器高速缓存是在/mm/buffer.c 中实现，而交换高速缓存是在mm/swap_state.c和mm/swapfile.c。
内核：
内核中，特定结构的代码在arch/*/kernel,调度程序在kernel/sched.c,fork的代码在kernel/fork.c,内核例程处理程序在include/linux/interrupt.h，task_struct数据结构在inlucde/linux/sched.h中。
PCI:
PCI伪驱动程序在drivers/pci/pci.c,其定义在inclulde/linux/pci.h。
每一种结构都有一些特定的PCI BIOS代码，Intel的在arch/alpha/kernel/bios32.c中。
进程间通信：
所有的SystemVIPC对象权限都包含在ipc_perm数据结构中，这可以在include/linux/ipc.h中找到。
SystemV消息是在ipc/msg.c中实现。
共享内存在ipc/shm.c中实现。
信号量在ipc/sem.c中，管道在/ipc/pipe.c中实现。
中断处理：
内核的中断处理代码几乎所有的微处理器特有的。
中断处理代码在arch/i386/kernel/irq.c 中，其定义在include/asm-i386/irq.h中。
（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。
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