深入Linux内核，探究系统运行秘密-猿码集

1. Linux内核构成

Linux内核是操作系统的核心部分，负责管理系统资源、调度任务、提供驱动程序等功能。它由多个组件和子系统构成。

1.1 进程管理

进程管理是Linux内核的重要组成部分。它负责创建、调度和终止进程，为进程提供虚拟内存空间和上下文切换等功能。

在进程管理中，进程调度算法是非常关键的。Linux内核使用了多种调度算法，如先来先服务（FCFS）、最短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。这些算法根据进程的优先级和时间片大小来决定进程的执行顺序。


#include <linux/sched.h>
struct task_struct *current;
struct rq *rq;
static inline void __schedule(void)
{
    struct task_struct *next;
    next = pick_next_task(rq);
    ...
}

1.2 文件系统

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，提供文件的读写、创建和删除等操作。

在Linux内核中，虚拟文件系统（VFS）是文件系统的核心框架。它将不同类型的文件系统统一抽象为统一的接口，使得应用程序可以透明地访问不同文件系统。


#include <linux/fs.h>
struct file *filp_open(const char *pathname, int flags, umode_t mode);
ssize_t do_sync_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos);

2. Linux内核启动过程

Linux内核的启动过程是系统启动的第一步。它包括了引导加载程序、加载内核镜像、初始化系统并启动用户进程等步骤。

2.1 引导加载程序

引导加载程序是计算机系统中第一个被执行的程序，负责从硬盘或网络上加载内核镜像到内存中。

在x86架构的计算机中，引导加载程序通常是GRUB（GRand Unified Bootloader）。它读取硬盘上的配置文件，解析并加载内核镜像。

2.2 加载内核镜像


vmlinux /boot/vmlinuz-4.14.0-rc5+ target=0 _text=0x100000 initrd=0x2000000,32M

内核镜像被加载到内存后，系统会执行内核的启动例程。这个例程会初始化系统的各个子系统，如内存管理、设备驱动等，并启动用户进程。

3. Linux内核运行机制

Linux内核是一个多任务操作系统，采用了抢占式多任务处理机制。

3.1 抢占式调度

抢占式调度是指内核可以根据任务的优先级和时间片大小，主动中断当前任务，转而执行另一个优先级更高的任务。

在Linux内核中，抢占式调度是通过时间片轮转算法和中断机制来实现的。每个任务都有一个时间片，当时间片用完时，内核会发送一个时钟中断，让调度器选择下一个任务执行。


#include <linux/sched.h>
struct task_struct *current;
static inline void schedule(void)
{
    ...
    __schedule();
    ...
}

3.2 中断处理

中断处理是Linux内核的核心机制之一。当硬件设备产生中断时（如定时器、网卡等），CPU会暂停当前任务的执行，转而执行中断处理程序。

中断处理程序可以访问内核数据结构和执行内核代码，完成特定的操作。例如，网络中断处理程序负责接收和发送数据包。


#include <linux/netdevice.h>
void netif_receive_skb(struct sk_buff *skb)
{
    ...
    __netif_receive_skb_core(skb);
    ...
}

4. 结束语

通过深入了解Linux内核，我们可以更好地理解操作系统的工作原理和技术细节。只有掌握了内核的运行机制，才能编写高效、可靠的系统软件。

希望这篇文章能够帮助读者更好地学习和使用Linux内核，深入理解系统运行的秘密。

深入Linux内核，探究系统运行秘密