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深入理解Linux Kernel内核整体架构(图文详解)

一，前言本文是“Linux内核分析”系列文章的第一篇，会以内核的核心功能为出发点，描述Linux内核的整体架构，以及架构之下主要的软件子系统。...注：本文和其它的“Linux内核分析”文章都基于如下约定：a) 内核版本为Linux 3.10.29（该版本是一个long term的版本，会被Linux社区持续维护至少2年)。...b) 鉴于嵌入式系统大多使用ARM处理器，因此涉及到体系结构部分的内容，都以ARM为分析对象二，Linux内核的核心功能如下图所示，Linux内核只是Linux操作系统一部分。...所以为了管理这些设备，Linux内核提出了如下的架构。三，Linux内核的整体架构3.1 整体架构和子系统划分 上图说明了Linux内核的整体架构。...四，Linux内核源代码的目录结构Linux内核源代码包括三个主要部分： 1. 内核核心代码，包括第3章所描述的各个子系统和子模块，以及其它的支撑子系统，例如电源管理、Linux初始化等 2.

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    Linux 内核架构分析

    硬件控制层：该子系统由Linux安装中的所有可能的物理设备组成；例如，CPU，内存硬件，硬盘和网络硬件都是该子系统的成员 2.内核架构 2.1 内核之作用 Linux内核为用户进程提供了虚拟机接口。...进程编程无需知道计算机上安装了什么物理硬件，Linux内核将所有硬件抽象为一致的虚拟接口。...3.各子系统架构分析 3.1 进程调度器架构 进程调度器是Linux内核中最重要的子系统。其目的是控制对计算机CPU的访问。这不仅包括用户进程的访问，还包括其他内核子系统的访问。...CPU负责中断当前正在执行的进程，并允许内核调度另一个进程。 3.2 内存管理器架构 内存管理器子系统负责控制对硬件内存资源的进程访问。...3.4 网络接口层架构 网络子系统允许Linux系统通过网络连接到其他系统。支持许多可能的硬件设备，以及可以使用的许多网络协议。

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    linux内核整体架构

    宏内核与微内核架构 宏内核：所有的内核代码都编译成二进制文件并运行在一个大内核地址空间中,整体架构如下：图片微内核：把操作系统分成多个独立的功能模块，每个功能模块之间的访问需要通过“消息”来完成，因此效率没有宏内核架构高...：图片宏内核的优点：设计简洁，性能好微内核的优点：模块化的特点更具实时性工程实践中，linux不断融入微内核的精华到内核中，例如模块化设计思想，动态加载内核模块等，因此linux内核支持模块化开发，许多功能都可以编译为一个模块...linux内核架构图片OS允许CPU运行在用户态和内核态，而 linux 使用ring0和ring3两种模式实现内核态和用户态。...体系结构Arch抽象层：linux内核支持多种架构，例如ARM，X86等，目前已经支持几十种体系结构，而Arch抽象层抹去了不同架构之间的硬件差异，做了一层统一的抽象。...在linux内核5.6.18版本的源码中，直接把不同架构做一个分目录操作，以提供对各个架构的支持。图片进程调度模块:OS使用进程调度器支持多进程并发。

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    Linux 内核系统架构

    这篇文章从进程调度，内存管理，设备驱动，文件系统，网络等方面讲解Linux内核系统架构。...Linux的系统架构是一个经典的设计，它优秀的分层和模块化，融合了数量繁多的设备和不同的物理架构，让世界各地的内核开发者能够高效并行工作。先来看看Linus在多年前公开Linux的邮件。...这篇文章通过对内核主要模块的介绍，希望能为大家寻找这些问题的答案起一个抛砖引玉的作用。实际上，建议每一个希望成为技术专家的人都读一遍Linux的源代码。 先来看看Linux内核一个高阶架构图： ?...Linux系统架构图 架构非常清晰，从硬件层，硬件抽象层，内核基础模块(进程调度，内存管理，网络协议栈等)到应用层，这个基本上也是各类软硬件结合的系统架构的基础设计，例如物联网系统(从单片机，MCU等小型嵌入式系统...Linux最初是运行在PC机上的，使用的x86架构处理器相对来说比较强大，各类指令和模式也比较齐全。

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    Linux内核的整体架构

    前言 本文是“Linux内核分析”系列文章的第一篇，会以内核的核心功能为出发点，描述Linux内核的整体架构，以及架构之下主要的软件子系统。...注：本文和其它的“Linux内核分析”文章都基于如下约定： a) 内核版本为Linux 3.10.29（该版本是一个long term的版本，会被Linux社区持续维护至少2年），可以从下面的链接获取...Linux内核的核心功能 如下图所示，Linux内核只是Linux操作系统一部分。...所以为了管理这些设备，Linux内核提出了如下的架构。 3. Linux内核的整体架构 3.1 整体架构和子系统划分 上图说明了Linux内核的整体架构。...Linux内核源代码的目录结构 Linux内核源代码包括三个主要部分： 1. 内核核心代码，包括第3章所描述的各个子系统和子模块，以及其它的支撑子系统，例如电源管理、Linux初始化等 2.

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    深入理解Linux内核之内核线程（上）

    1.开场白 环境： 处理器架构：arm64 内核源码：linux-5.11 ubuntu版本：20.04.1 代码阅读工具：vim+ctags+cscope 在linux系统中， 我们接触最多的莫过于用户空间的任务...，像用户线程或用户进程，因为他们太活跃了，也太耀眼了以至于我们感受不到内核线程的存在，但是内核线程却在背后默默地付出着，如内存回收，脏页回写，处理大量的软中断等，如果没有内核线程那么linux世界是那么的可怕...内核线程永远运行于内核态绝不会跑到用户态去执行。...2.kthreadd的诞生 盘古开天辟地，我们知道linux所有任务的祖先是0号进程，然后0号进程创建了天字第一号的1号init进程，init进程是所有用户任务的祖先，而内核线程同样也有自己的祖先那就是...调用路径如下： include/linux/kthread.h #define kthread_run(threadfn, data, namefmt, ...

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    详解Linux内核内存管理架构

    内存管理子系统可能是linux内核中最为复杂的一个子系统，其支持的功能需求众多，如页面映射、页面分配、页面回收、页面交换、冷热页面、紧急页面、页面碎片管理、页面缓存、页面统计等，而且对性能也有很高的要求...本文从内存管理硬件架构、地址空间划分和内存管理软件架构三个方面入手，尝试对内存管理的软硬件架构做一些宏观上的分析总结。...内存管理硬件架构 因为内存管理是内核最为核心的一个功能，针对内存管理性能优化，除了软件优化，硬件架构也做了很多的优化设计。下图是一个目前主流处理器上的存储器层次结构设计方案。 ?...每个硬件模块内部还有大量的设计细节，这里不再深入，如有兴趣可以阅读《计算机体系结构：量化研究方法》等书籍进一步了解。 ?...内存管理软件架构 内核内存管理的核心工作就是内存的分配回收管理，其内部分为2个体系：页管理和对象管理。

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    【Linux 内核 内存管理】内存管理架构 ① ( 内存管理架构组成 | 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 | Linux 内核架构层次 | Linux 系统调用接口 )

    文章目录 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU 硬件 ) 二、Linux 内核架构层次 三、Linux 系统调用接口 一、内存管理架构组成 ( 用户空间 | 内核空间 | MMU..." ; ② 内核空间 : Linux 内核启动后 , 一直 驻留在内存 中 , 应用程序 不能 读写 内核空间数据 , 不能直接调用 内核源码 中的函数 ; 只能通过 " 系统调用 " 间接调用 内核函数...内核架构层次 ---- 整个操作系统 由 应用层 , Library Routine , 内核 , 硬件 组成 ; 层次架构如下 : Linux 内核 需要 " 管理硬件 " , 如 : CPU 处理器...系统调用接口 ---- " 系统调用 " 接口 , 可以调用 " " Linux 内核 " 中的如下功能 : ① 进程调度 : 内核 调用 CPU 处理器 实现 进程调度 ; ② 内存管理 : 内核...Linux 内核是如何管理设备的 , 系统调用接口没有关于 " 设备管理 " 的调用接口 ;

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    【深入理解Linux内核锁】| 中断屏蔽

    【Linux内核锁】二、中断屏蔽 1、中断屏蔽思想 中断屏蔽，正如其名，屏蔽掉CPU的中断响应功能，解决并发引起的竞态问题。 在进入临界区前屏蔽中断，这么做有什么好处，以及有什么弊端？...弊端在于： Linux内核中，除了系统进程调度依赖中断，还有一些异步I/O等众多操作都依赖中断，因此长时间屏蔽中断是很危险的，会对系统造成严重影响，因此也要求临界区代码要简短。...因此，并不能解决SMP多CPU引发的竞态 因此，单独使用中断屏蔽通常不是一种值得推荐的避免竞态的方法 2、Linux内核中断屏蔽的实现 2.1 Linux内核提供的API接口 关于中断屏蔽，Linux内核所提供的接口如下...，不同架构处理方式不同，我们以ARM为例 2.2.1 local_irq_enable #define local_irq_enable() do { raw_local_irq_enable(); }...3、总结 该篇文章，主要了解以下几点： 中断屏蔽的思想 中断屏蔽的好处与不足 Linux内核提供的中断屏蔽接口 中断屏蔽的基本汇编实现

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    深入理解Linux内核之进程唤醒

    1.开场白 环境： 处理器架构：arm64 内核源码：linux-5.10.50 ubuntu版本：20.04.1 代码阅读工具：vim+ctags+cscope 前面文章，我们介绍了进程是如何睡眠，本文来揭开进程唤醒的神秘面纱...进程唤醒主要应用场景如下： fork的时候唤醒子进程 exec的时候唤醒进程 睡眠超时唤醒 睡眠锁释放唤醒 IO读写完成唤醒 其他正常的唤醒路径 注：应用场景在此不再分析，感兴趣的小伙伴可以自行查阅内核源代码...preempt.need_resched = 0），这是因为本地cpu一定不是idle状态（因为本地cpu正在做唤醒操作），而远程cpu可能处于idle状态，需要发生ipi来唤醒远程cpu处理重新调度（在中断处理返回内核态前夕就可以发生调度了...resched_curr主要用于设置重新调度标志和抢占重新调度标志，会考虑是本地cpu还是远程cpu的情况，并不是发生调度，需要等到最近的调度点到来时发生调度（可能是重新开启抢占的时候，也可能是中断返回前夕，见之前讲解到的内核抢占相关文章

    3.1K20

    深度：一文看懂Linux内核！Linux内核架构和工作原理详解

    Linux内核的特点： 结合了unix操作系统的一些基础概念： 3. Linux内核的任务： 从技术层面讲，内核是硬件与软件之间的一个中间层。...Linux内核体系结构简析 ▲ Linux系统层次结构 最上面是用户（或应用程序）空间。这是用户应用程序执行的地方。用户空间之下是内核空间，Linux 内核正是位于这里。...▲ Linux内核体系结构 Linux内核的主要组件有：系统调用接口、进程管理、内存管理、虚拟文件系统、网络堆栈、设备驱动程序、硬件架构的相关代码。...，用户的应用程序，C库； （2）内核空间：内核空间包括，系统调用，内核，以及与平台架构相关的代码。...Linux内核体系结构 因为Linux内核是单片的，所以它比其他类型的内核占用空间最大，复杂度也最高。

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    深入理解Linux内核之进程睡眠

    1开场白 环境： 处理器架构：arm64 内核源码：linux-5.10.50 ubuntu版本：20.04.1 代码阅读工具：vim+ctags+cscope 无论是任务处于用户态还是内核态，经常会因为等待某些事件而睡眠...主要讲解以下内容： 睡眠的三种状态 睡眠的内核原理 用户态睡眠 内核态睡眠 总结 2....这里给出被致命信号打断/唤醒的代码路径： include/linux/sched.h #define TASK_KILLABLE (TASK_WAKEKILL | TASK_UNINTERRUPTIBLE...来看下freezable_schedule： //include/linux/freezer.h freezable_schedule ->schedule() ->__schedule(false...5.内核态睡眠 当任务处于内核态时，有时候也需要睡眠一段时间，不像任务处于用户态需要发生系统调用来请求内核进行睡眠，在内核态可以直接调用睡眠函数。

    2.8K40

    【Linux 内核】宏内核与微内核架构 ( 操作系统需要满足的要素 | 宏内核 | 微内核 | Linux 内核动态加载机制 )

    文章目录 一、操作系统需要满足的要素 二、宏内核 三、微内核 四、Linux 内核动态加载机制 一、操作系统需要满足的要素 ---- 电脑上运行的 操作系统 , 是一个 软件 ; 设备管理 : 操作系统需要...---- 宏内核 : 内核代码 编译成 二进制文件 , 内核 运行在 一个 大内核 地址空间 中 , 可以 直接 访问 , 调用 内核代码 , 这种内核优点是 效率高 , 性能强 ; 下图中 , 最上层是...进行通信 , 微内核优点 : 稳定性好 , 实时性好 ; 微内核缺点 : 高度模块化 , 模块之间只能通过消息传递信息 , 效率低 ; 四、Linux 内核动态加载机制 ---- Linux 内核模块动态加载...: Linux 内核 使用了 模块设计 , 可以进行 动态加载 内核模块 ; Linux 内核的 核心实现 , 设备驱动实现 , 可以 编译成一个独立模块 , 这些独立模块可以被编译成 独立的目标文件..., 可以在运行时 , 动态 加载 / 卸载 内核模块 ; 开发简单 : Linux 内核模块引入 , 带来了很多便利 , 很多内核驱动 , 都可以 编译成动态 加载 / 卸载 的模块 , 驱动开发时

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    深度：一文看懂Linux内核！Linux内核架构和工作原理详解

    图2 Linux内核体系结构 Linux内核的主要组件有：系统调用接口、进程管理、内存管理、虚拟文件系统、网络堆栈、设备驱动程序、硬件架构的相关代码。...，用户的应用程序，C库 （2）内核空间：内核空间包括，系统调用，内核，以及与平台架构相关的代码 ?...《深入理解linux虚拟内存》(2.4内核版本)，LDD3，《深入理解linux网络技术内幕》，几乎每一个子系统都需要一本书的容量去讲解，所以说，刚开始学习不宜对某个模块太过深入，等对各个子系统都有所了解了...书上介绍这些子系统的设计和实现的时候，我们读过了，也就知道了，如果再深入考虑一下，为什么整体架构要按照这种方式组织，为什么局部函数要遵循这样的步骤处理，知其然，知其所以然，如果你知道了某个功能的实现是因为芯片就是这么设计的...再深究，就是芯片架构方面的设计与实现，对于程序员来讲，无论是系统还是应用程序员，足迹探究到这里，已经解决了很多疑问，因为我们的工作性质偏软，而这些东西实在是够硬。

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    深度：一文看懂Linux内核！Linux内核架构和工作原理详解

    全文导读 Linux内核预备工作 Linux内核体系结构简析简析 Linux体系结构和内核结构区别 Linux驱动的platform机制 Linux内核体系结构 内核模块 Linux 内核学习经验总结...图2 Linux内核体系结构 Linux内核的主要组件有：系统调用接口、进程管理、内存管理、虚拟文件系统、网络堆栈、设备驱动程序、硬件架构的相关代码。...，用户的应用程序，C库 （2）内核空间：内核空间包括，系统调用，内核，以及与平台架构相关的代码 2．Linux体系结构要分成用户空间和内核空间的原因： 1）现代CPU通常都实现了不同的工作模式， 以ARM...《深入理解linux虚拟内存》(2.4内核版本)，LDD3，《深入理解linux网络技术内幕》，几乎每一个子系统都需要一本书的容量去讲解，所以说，刚开始学习不宜对某个模块太过深入，等对各个子系统都有所了解了...书上介绍这些子系统的设计和实现的时候，我们读过了，也就知道了，如果再深入考虑一下，为什么整体架构要按照这种方式组织，为什么局部函数要遵循这样的步骤处理，知其然，知其所以然，如果你知道了某个功能的实现是因为芯片就是这么设计的

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