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下载 第1章 系 统 结 构 1.1 系统概述 L i n u x 内核本身作为一个独立的东西是没有什么用的；它只是参与了一个更大的系统，成 为那个系统的一部分，而该系统从整体上看是非常有用的。因此，在整个系统的上下文中介 绍内核的作用就显得很有意义了。图 4 - 1 - 1 显示了整个L i n u x操作系统的结构分析。 L i n u x操作系统由4个主要的子系统所组成： • 用户应用程序—在某个特定的 L i n u x系统上运行的应用程序集合，它将随着该计算机 系统的用途不同而有所变化，但一般会包括文字处理应用程序和 We b浏览器。 • O / S服务 —这些服务一般认为是操作系统的 一部分（开窗系统，命令外壳程序，等等）； 此外，内核的编程接口（编译工 具和库）也 用户应用程序 属于这个子系统。 • L i n u x 内核—这是本文的关注焦点；包括内 O/S服务 核抽象和对硬件资源（如 C P U ）的间接访问。 • 硬件控制器—这个子系统包含在L i n u x实现中 Linnx 内核 所有可能的物理设备，例如，C P U、内存硬件、 硬盘以及网络硬件等都是这个系统的成员。 硬件控制器 这个系统划分方法是照搬 G a r l a n 和 S h a w 在 [Garlan 1994] 中介绍的分层类型。每个子系统层都 只能与跟它相邻的层通信。此外，子系统之间的依 图4-1-1 Linux系统可分为4个子系统 赖关系是从上到下的：靠上的层依赖于靠下的层， 但靠下的层并不依赖于靠上的层。 因为本文的重点是 L i n u x 内核，所以本文将完全不介绍用户应用程序子系统，对硬件和 O / S服务也只考虑它们与L i n u x 内核子系统的接口。 1.2 内核的目标 L i n u x 内核向用户进程提供了一个虚拟机器接口。编写进程的时候并不需要知道计算机上 安装了哪些物理硬件—L i n u x 内核会把所有的硬件抽象成统一的虚拟接口。此外， L i n u x 以对 用户透明的方式支持多任务：每个进程工作时就象它是计算机上唯一的进程，好象是独占使 用了主存和其他硬件资源一样。内核实际上同时运行许多个进程，并负责对硬件资源的间接 访问，这样可以保证各个进程访问的公平性，并保证进程间的安全性。 1.3 内核结构的概述 L i n u x 内核由5个主要的子系统构成： 326 第四部分 Linux 内核概念系统结构 下载 1. 进程调度程序（ S C H E D ）负责控制进程访问C P U 。调度程序所使用的策略可以保证进 程能够公平地访问C P U ，同时保证内核可以准时执行一些必需的硬件操作。 2. 内核管理程序（M M ）使多个进程可以安全地共享机器的主存系统。此外，内核管理 程序支持虚拟内存。虚拟内存使得 L i n u x可以支持进程使用超过系统中的内存数量的内存。暂 时用不着的存储信息可以交换出内存，存放到使用文件系统的永久性存储器上，然后在需要 它们的时候再交换回来。 3. 虚拟文件系统（V F S ）。通过提供一个所有设备的公共文件接口， V F S抽象了不同硬件 设备的细节。此外，V F S 支持与其他操作系统兼容的不同的文件系统格式。 4. 网络接口（N E T ）提供了对许多建网标准和网络硬件的访问。 5. 进程间通信（ I P C ）子系统为单个 L i n u x 系统上进程与进程之间的通信提供了一些机 制。 图4 - 1 - 2 是L i n u x 内核的高级分解， 内存管理程