Linux内核的抽象结构

作者:u012088779 和linux相关  

Linux内核由5个 主要的子系统组成:如图1.2

  

                                             

         

 



         图1.2  Linux内核子系统及其之间的关系 

 

 1.进程调度(SCHED)控制着进程对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。可运行进程实际是仅等待 CPU 资源的进程,如果某个进程在等待其他资源,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)允许多个进程安全地共享主内存区域 。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、数据和堆栈的总量可以超过实际内存的大小,操作系统只将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上。必要时,操作系统负责在磁盘和内存之间交换程序块。

内存管理从逻辑上可以分为硬件无关的部分和硬件相关的部分。硬件无关的部分提供了进程的映射和虚拟内存的对换;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(Virtul File System VFS)隐藏了各种不同硬件的具体细节,为所有设备提供了统一的接口,VFS还支持多达数十种不同的文件系统,这也是Linux较有特色的一部分。

虚拟文件系统可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协议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两部分。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进行通信,每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。

5. 进程间通信(IPC) 支持进程间各种通信机制。

从图1.2可以看出,处于中心位置的是进程调度,所有其它的子系统都依赖于它,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。其它子系统(内存管理,虚拟文件系统及进程间通信)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,就是要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内存,还可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)定期地由调度程序调度,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。

除了图1.2所显示的依赖关系以外,内核中的所有子系统还要依赖一些共同的资源,但在图中并没有显示出来。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。

 

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