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内核的体系结构 |
基础 |
内核的体系结构... |
进程 切换 调度 线程 命名空间 |
尽管Linux是整体式的宏内核，但其具有相当良好的结构，尽管如此，Linux内核各个组成部分之间的彼此交互是不可避免的。各部分会共享数据结构，而且与严格隔离的系统相比，各部分（因为性能原因）协同工作时需要更多的函数。
下面是一个粗略的草图，概述了组成完成Linux系统的各个层次，以及内核所包含的一些重要子系统。
内核大体的体系结构
传统上，UNIX操作系统下运行的应用程序、服务器以及其他程序都称为进程。每个进程都在CPU的虚拟内存中分配地址空间。各个进程的地址空间是完全独立的，因此进程并不会意识倒彼此的存在。对它们自己来说，它也会认为自己是系统中唯一的进程，如果进程想要彼此通信，就需要特定的内核机制。
Linux是多任务系统，虽然只是看上去并发的执行若干进程，但其实系统中同时真正在运行的进程数目不超过CPU的数目，因此内核会按照短的时间间隔在不同的进程之间切换，由于时间太快，用户是注意不到的，所以产生了并发的假象。
- 内核借助于CPU的帮助，负责进程切换的技术细节。给每个进程一种错觉，造成CPU总是可用的。
- 内核还必须确定如何在现存进程之间共享CPU时间，重要的获得的CPU时间多一些，次要的得到的少一点，确定哪个进程运行多长时间称为调度。
Linux对进程采用了一种层次系统，每个进程都依赖于一个父进程。内核启动init程序作为第一个进程，这个进程负责进一步的系统初始化操作。
树型结构的扩展方式与新进程的创建方式密切相关，UNIX操作系统中创建进程有两种方式，一种是fork，一种是exec。
- fork可以创建当前进程的一个副本，父进程和子进程只有PID（进程ID）不同。从使用角度来说，父进程内存的内存将被复制，Linux使用了copy on write1来提高性能。
- exec将一个新程序加载到当前进程的内存中并执行，旧程序的内存页将刷出，内容被替换为新数据，并执行新程序。
当然系统除了进程以外，还提供了线程，有时也被成为轻量级进程。Linux使用clone方法创建线程。工作方式类似于fork，但启用了精确的检查，以确认哪些资源是和父进程共享，哪些资源为线程自己创建。在一定程度上，允许线程和进程之间的连续转换。
命名空间则是将不同的进程进行分组，将它们隔离起来。在每个组里，进程同样有一个类似init的进程，每个组的资源对外是隔离的，这样的技术使得很多虚拟化技术得以发展，因为计算机上只需要有一个内核管理所有容器。2