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【Linux 内核】Linux 内核体系架构 ( 硬件层面 | 内核空间 | 用户空间 | 内核态与用户态切换 | 系统调用 | 体系结构抽象层 )

作者:星夢妙者 | 点击: | 来源:星夢妙者
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文章目录一、Linux内核体系架构二、内核态与用户态切换(系统调用层)三、体系结构抽象层一、Linux内核体系架构Linux内核的最初源码不足万行,而如今已扩展至两千万行。由于内核项目庞大,无法完全掌握,学习时应从整体体系架构出发,分析关键模块,并将这些模块关联起来进行学习。Linux内核体系架构可分为三个层次:硬件层面:包括CPU、物理内存、磁盘、外部设备等硬件;内核空间:这是Linux内核的核心部分,如:Arch抽象层、设备管理抽象层、内存管理、中断管理、进程调度、文件系统...

文章目录
一、linux 内核体系架构
二、内核态与用户态切换(系统调用层)
三、体系结构抽象层


一、linux 内核体系架构

Linux 内核的最初源码不足万行,而如今已扩展至两千万行。

由于内核项目庞大,无法完全掌握,学习时应从整体体系架构出发,分析关键模块,并将这些模块关联起来进行学习。

Linux 内核体系架构可分为三个层次:

硬件层面:包括 CPU、物理内存、磁盘、外部设备等硬件; 内核空间:这是 Linux 内核的核心部分,如:Arch 抽象层、设备管理抽象层、内存管理、中断管理、进程调度、文件系统管理、USB/PCI 总线设备、设备驱动(字符设备/网络设备/块设备/KVM)、系统调用层; 用户空间:包含 C 语言库、应用程序进程、虚拟机等;

二、内核态与用户态切换(系统调用层)


Linux 内核通过 ring0 和 ring3 两种模式实现内核态和用户态的切换。

其中,ring0 代表内核态,ring3 代表用户态。软件抽象层在 Linux 内核中用于在内核态(ring0)和用户态(ring3)之间进行切换。

软件抽象层也被称为系统调用层(System Call)。

每种处理器体系结构都提供了

用于在用户态与内核态之间切换的特殊指令。Linux 内核利用这些指令在系统调用层进行用户态与内核态的切换。

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系统调用层使得真实硬件信息对用户进程透明。例如,用户进程在读取文件内容时,只需使用 open/read/mmap 函数打开路径上的文件,而不必关心文件在磁盘上的具体扇区或物理地址。

用户进程通常在用户态运行,当需要请求内核相关设备时,只需通过系统提供的系统调用接口即可访问内核。

三、体系结构抽象层


Linux 内核支持多种体系结构。

Linux 系统既可在 arm 架构的处理器设备上运行,如 Android,也可在 x86 架构的处理器上运行,如 PC 机、服务器等。实际上,Linux 内核支持多种体系结构,添加新的体系结构也很简单。

体系结构抽象层用于将不同的体系结构进行抽象与隔离,为不同的体系结构提供统一的接口。

例如,Linux 内核中,与体系结构相关的代码都放在 arch 目录下的对应体系结构的目录中,如下图所示:

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