首先來(lái)一張圖說(shuō)明GNU/Linux的基本的體系結(jié)構(gòu)：

用戶(hù)模式和內(nèi)核模式

執(zhí)行進(jìn)程的模式有兩種：用戶(hù)模式和內(nèi)核模式。你編寫(xiě)的代碼和執(zhí)行所鏈接的庫(kù)運(yùn)行在用戶(hù)模式下。需要內(nèi)核服務(wù)時(shí)執(zhí)行的內(nèi)核代碼只能在內(nèi)核模式下運(yùn)行。這是為了安全性考慮，用戶(hù)模式可以確保一個(gè)進(jìn)程只能訪問(wèn)自己的內(nèi)存空間，如果破壞了自己內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它也只能影響到自己，而不涉及其它的進(jìn)程，更不會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)。在用戶(hù)模式下，進(jìn)程能訪問(wèn)的內(nèi)存稱(chēng)為用戶(hù)空間。內(nèi)核需要維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以控制系統(tǒng)中每個(gè)進(jìn)程，它提供了一個(gè)所有進(jìn)程共享的內(nèi)存區(qū)域，為了保證安全性，內(nèi)核代碼和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須嚴(yán)格獨(dú)立于用戶(hù)代碼和數(shù)據(jù)，只有內(nèi)存代碼可以在內(nèi)核模式下運(yùn)行，訪問(wèn)的共享內(nèi)核數(shù)據(jù)以及執(zhí)行權(quán)限指令。把進(jìn)程在內(nèi)核模式下訪問(wèn)的內(nèi)存區(qū)域叫做內(nèi)核空間。內(nèi)核空間只有一個(gè)，在內(nèi)核模式下的進(jìn)程才能訪問(wèn)，但是內(nèi)核空間是每個(gè)進(jìn)程所特有的。

在典型的32位系統(tǒng)下虛擬地址為3G/1G的分配方式。內(nèi)核空間位于高地址0xC0000000-0xFFFFFFFF，而實(shí)際的物理地址對(duì)應(yīng)的是0x00000000-0x3FFFFFFF

系統(tǒng)調(diào)用

進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入和退出內(nèi)核模式，許多POSIX函數(shù)是系統(tǒng)調(diào)用的簡(jiǎn)單封裝，如open，close，ictol，write和read等。驅(qū)動(dòng)設(shè)備只能在內(nèi)核模式下執(zhí)行，應(yīng)用程序不能直接調(diào)用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，而是使用預(yù)定義的系統(tǒng)調(diào)用間接的訪問(wèn)驅(qū)動(dòng)程序代碼。
下面是系統(tǒng)調(diào)用read的一個(gè)例子：

#include <syscall.h>
….
n = syscall(SYS_read, fd, buffer, length)

Linux提供的系統(tǒng)調(diào)用列表由內(nèi)核版本決定，并且不隨時(shí)間變化而變化。然而，用于創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用的機(jī)制卻會(huì)因?yàn)椴煌幚砥黧w系結(jié)構(gòu)而不同。系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)是一個(gè)用于創(chuàng)建系統(tǒng)調(diào)用的匯編代碼的封裝。命令strace對(duì)于追蹤系統(tǒng)調(diào)用非常有用，因?yàn)槔盟梢灾喇?dāng)前任務(wù)執(zhí)行的情況。
通常用戶(hù)代碼先將參數(shù)壓入堆?；蛘弑４嬖陬A(yù)定義的寄存器中，然后在使用中斷調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用處理器。中斷處理器將進(jìn)程轉(zhuǎn)入到內(nèi)核模式，并調(diào)用適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)調(diào)用。在內(nèi)核模式下，它從寄存器中讀取參數(shù)或使用特定的函數(shù)從用戶(hù)空間復(fù)制參數(shù)。可移植程序不能直接使用系統(tǒng)調(diào)用，而是依賴(lài)庫(kù)為其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用隨著操作系統(tǒng)版本變化而變化，庫(kù)的調(diào)用則無(wú)需這些變化。
Linux使用syscall技術(shù)稱(chēng)為應(yīng)用程序二進(jìn)制接口(ABI)，它并不是Linux所獨(dú)有的。該技術(shù)可以用于其它操作系統(tǒng)，甚至是BOIS系統(tǒng)。它與API是不同的，API要求鏈接兼容的函數(shù)，而ABI步要求鏈接不需要運(yùn)行的代碼。這是可執(zhí)行程序無(wú)需重建就可以在許多不同內(nèi)核中運(yùn)行的原因之一。一個(gè)運(yùn)行在2.2內(nèi)核下的靜態(tài)鏈接的可執(zhí)行程序可能在2.6內(nèi)核下仍然可以運(yùn)行，因?yàn)榇蠖鄶?shù)常見(jiàn)的系統(tǒng)調(diào)用接口從不會(huì)變化。

用戶(hù)空間和內(nèi)核空間的數(shù)據(jù)傳遞

用戶(hù)模式下的內(nèi)核空間是不可見(jiàn)的，當(dāng)訪問(wèn)用戶(hù)空間時(shí)，內(nèi)核模式也必須格外注意。因此，通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用傳送數(shù)據(jù)非常的麻煩。雖然簡(jiǎn)單的參數(shù)可以通過(guò)寄存器傳遞，但是大型的內(nèi)存必須通過(guò)復(fù)制，導(dǎo)致效率相當(dāng)?shù)牡拖?。一些系統(tǒng)調(diào)用（read/write）需要在用戶(hù)模式和內(nèi)核模式之間傳遞大量數(shù)據(jù)，雖然這些額外的復(fù)制作用不大，但是它能維持內(nèi)核空間和用戶(hù)空間的相對(duì)獨(dú)立。
雖然復(fù)制在短期看來(lái)會(huì)降低程序的性能，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看它有助于性能的提高，例如文件系統(tǒng)高速緩存，當(dāng)數(shù)據(jù)寫(xiě)入文件時(shí)，數(shù)據(jù)被寫(xiě)入磁盤(pán)之前會(huì)先寫(xiě)入到內(nèi)核空間，所以write這個(gè)動(dòng)作可以在后臺(tái)完成，應(yīng)用程序可以通過(guò)flush來(lái)刷新用戶(hù)空間的緩沖，使得程序繼續(xù)執(zhí)行。

進(jìn)程調(diào)度程序

解決多任務(wù)操作系統(tǒng)問(wèn)題的算法叫做程序調(diào)度（Scheduler），Linux內(nèi)核提供多種調(diào)度算法，并且允許用戶(hù)在系統(tǒng)安裝時(shí)選擇合適的調(diào)度算法。
調(diào)度程序的調(diào)用通常嵌入到系統(tǒng)調(diào)用中，并在進(jìn)程需要等待事件時(shí)發(fā)生。一個(gè)與設(shè)備進(jìn)行大量通信的進(jìn)程會(huì)經(jīng)常調(diào)用調(diào)度程序，由于設(shè)備的速度很慢，進(jìn)程的大部分運(yùn)行時(shí)間都浪費(fèi)在等待過(guò)程中，這樣運(yùn)行時(shí)不會(huì)耗費(fèi)太多的CPU時(shí)間。
注：何為協(xié)同多任務(wù)處理（Cooperativer multitasking）。
一個(gè)進(jìn)程若不進(jìn)行I/O，那就會(huì)占用大量的CPU時(shí)間，從而使得其它進(jìn)程無(wú)法使用CPU，此時(shí)需要采用搶占式任務(wù)處理（Preemptive multitasking）。
每個(gè)Linux進(jìn)程都有一個(gè)執(zhí)行時(shí)間片或quantum，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程因?yàn)闀r(shí)間片使用完被內(nèi)核停止執(zhí)行時(shí)，這個(gè)進(jìn)程被搶占，如果有一個(gè)享有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程在就緒隊(duì)列中，內(nèi)核同樣可以搶占正在執(zhí)行的進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程也可以自動(dòng)放棄CPU，可以通過(guò)sched_yield系統(tǒng)調(diào)用來(lái)放棄CPU。也可以通過(guò)其它系統(tǒng)調(diào)用（sleep）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU的放棄。當(dāng)進(jìn)程在內(nèi)核模式下等待一個(gè)事件時(shí)，稱(chēng)為阻塞（blocking）。一個(gè)阻塞進(jìn)程既不會(huì)占用CPU，也不會(huì)被調(diào)度程序使用。
所有搶占式多任務(wù)處理操作系統(tǒng)都實(shí)現(xiàn)了按優(yōu)先級(jí)調(diào)度策略。高優(yōu)先權(quán)的進(jìn)程總是比低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程先被調(diào)度。雖然用戶(hù)可以影響進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，但進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)最終還是由內(nèi)核決定。Linux內(nèi)核通過(guò)使用動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)（Dynamic Priority），不斷提高和降低正在運(yùn)行進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，從而使得低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程也能運(yùn)行。
Linux內(nèi)核調(diào)度策略一個(gè)重要目的是保證所有進(jìn)程都有機(jī)會(huì)被調(diào)度，也就是說(shuō)每個(gè)任務(wù)都有相應(yīng)的使用CPU的時(shí)間。進(jìn)程的有效優(yōu)先級(jí)就是靜態(tài)優(yōu)先級(jí)和額外值之和，這個(gè)額外值可正可負(fù)。
ps命令選項(xiàng)中-C顯示進(jìn)程與參數(shù)的配對(duì)項(xiàng)，如-C <proc_name>，-o用于控制輸出的格式，如etime,pid,pri,cmd。
內(nèi)核允許用戶(hù)通過(guò)使用一個(gè)名為nice的數(shù)值來(lái)影響調(diào)度程序關(guān)于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度。正的nice可以降低優(yōu)先級(jí)，負(fù)的nice可以提高優(yōu)先級(jí)。請(qǐng)查看nice和renice命令。

實(shí)時(shí)優(yōu)先權(quán)

響應(yīng)時(shí)間是指軟件響應(yīng)外部事件的時(shí)間，比如中斷。嚴(yán)格的響應(yīng)時(shí)間的應(yīng)用程序通常被稱(chēng)為實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。Linux中實(shí)時(shí)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)范圍是41-139，實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)越大，優(yōu)先級(jí)越高。實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)在整個(gè)生命周期中值是不變的。
在設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)進(jìn)程時(shí)，必須確定它的調(diào)度策略，POSIX為實(shí)時(shí)進(jìn)程指定了兩種策略：先進(jìn)先出（FIFO）和時(shí)間片法（round robin）。
創(chuàng)建實(shí)時(shí)進(jìn)程的方法就是使用chrt命令，chrt在內(nèi)部調(diào)用fork和exec和POSIX函數(shù)來(lái)設(shè)置優(yōu)先級(jí)，函數(shù)如下：
int sched_setscheduler(pid_t pid, int policy, const struct sched_paramp);
int pthread_setschedparam(pthread_t thread, int policy, const struct sched_paramp);
int sched_get_priority_min/max(int policy)；
第一個(gè)為進(jìn)程服務(wù)，第二個(gè)為線程服務(wù)。

sodu chrt --fifo 50 ./chewer &

Linux內(nèi)核源碼基礎(chǔ)、

對(duì)于Linux內(nèi)核的單內(nèi)核模式的系統(tǒng)，可以把它分為如下：

Linux內(nèi)核又可以分為5個(gè)大的模塊：主要由進(jìn)程調(diào)度(SCHED)、內(nèi)存管理(MM)、虛擬文件系統(tǒng)(VFS)、網(wǎng)絡(luò)接口(NET)和進(jìn)程間通信(IPC)五個(gè)子系統(tǒng)組成。

Linux中進(jìn)程間通信機(jī)制包括:管道(有名管道和無(wú)名管道)、消息隊(duì)列、信號(hào)、套接字、共享內(nèi)存、信號(hào)量。Linux中線程間的通信機(jī)制主要有：鎖機(jī)制(包括互斥鎖、條件變量、讀寫(xiě)鎖)、信號(hào)量機(jī)制(Semaphore：包括無(wú)名線程信號(hào)量和命名線程信號(hào)量)、信號(hào)機(jī)制(Signal：類(lèi)似進(jìn)程間的信號(hào)處理)。線程間通信的作用主要是用于線程之間的同步，所以線程間沒(méi)有像進(jìn)程通信中的用于數(shù)據(jù)交換的機(jī)制

Linux內(nèi)核模塊

Linux內(nèi)核的組成部分的關(guān)系

1. 進(jìn)程調(diào)度

進(jìn)程調(diào)度控制系統(tǒng)中的多個(gè)進(jìn)程對(duì)CPU的訪問(wèn)，使得多個(gè)進(jìn)程能在CPU中“微觀串行，宏觀并行”地執(zhí)行。進(jìn)程調(diào)度處于系統(tǒng)的中心位置，內(nèi)核中其他的子系統(tǒng)都依賴(lài)它，因?yàn)槊總€(gè)子系統(tǒng)都需要掛起或恢復(fù)進(jìn)程。

Linux進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換

Linux的進(jìn)程在幾個(gè)狀態(tài)間進(jìn)行切換。在設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程中，當(dāng)請(qǐng)求的資源不能得到滿(mǎn)足時(shí)，驅(qū)動(dòng)一般會(huì)調(diào)度其他進(jìn)程執(zhí)行，并使本進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到它請(qǐng)求的資源被釋放，才會(huì)被喚醒而進(jìn)入就緒態(tài)。睡眠分成可被打斷的睡眠和不可被打斷的睡眠，兩者的區(qū)別在于可被打斷的睡眠在收到信號(hào)的時(shí)候會(huì)醒。在設(shè)備驅(qū)動(dòng)編程中，當(dāng)請(qǐng)求的資源不能得到滿(mǎn)足時(shí)，驅(qū)動(dòng)一般會(huì)調(diào)度其他進(jìn)程執(zhí)行，其對(duì)應(yīng)進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)，直到它請(qǐng)求的資源被釋放，才會(huì)被喚醒而進(jìn)入就緒態(tài)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)中，如果需要幾個(gè)并發(fā)執(zhí)行的任務(wù)，可以啟動(dòng)內(nèi)核線程，啟動(dòng)內(nèi)核線程的函數(shù)為：pid_t kernel_thread(int (*fn)(void *), void *arg, unsigned long flags);

當(dāng)用戶(hù)使用系統(tǒng)提供的庫(kù)函數(shù)進(jìn)行進(jìn)程編程，用戶(hù)可以動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建進(jìn)程，進(jìn)程之間還有等待，互斥等操作，這些操作都是由linux內(nèi)核來(lái)實(shí)現(xiàn)的。linux內(nèi)核通過(guò)進(jìn)程管理子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)程有關(guān)的操作，在linux系統(tǒng)上，所有的計(jì)算工作都是通過(guò)進(jìn)程表現(xiàn)的，進(jìn)程可以是短期的（執(zhí)行一個(gè)命令），也可以是長(zhǎng)期的（一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）。linux系統(tǒng)是一種動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)進(jìn)程管理能夠適應(yīng)不斷變化的計(jì)算需求。

在用戶(hù)空間，進(jìn)程是由進(jìn)程標(biāo)示符（PID）表示的。從用戶(hù)角度看，一個(gè)PID是一個(gè)數(shù)字值，可以唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程，一個(gè)PID值在進(jìn)程的整個(gè)生命周期中不會(huì)更改，但是PID可以在進(jìn)程銷(xiāo)毀后被重新使用。創(chuàng)建進(jìn)程可以使用幾種方式，可以創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，也可以創(chuàng)建當(dāng)前進(jìn)程的子進(jìn)程。

在linux內(nèi)核空間，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用來(lái)保存該進(jìn)程的ID、優(yōu)先級(jí)、地址的空間等信息，這個(gè)結(jié)構(gòu)也被稱(chēng)做進(jìn)程控制塊（Process Control Block）。所謂的進(jìn)程管理就是對(duì)進(jìn)程控制塊的管理。
linux的進(jìn)程是通過(guò)fork()函數(shù)系統(tǒng)調(diào)用產(chǎn)生的。調(diào)用fork()的進(jìn)程叫做父進(jìn)程，生成的進(jìn)程叫做子進(jìn)程。子進(jìn)程被創(chuàng)建的時(shí)候，除了進(jìn)程ID外，其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與父進(jìn)程完全一致。在fork()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建內(nèi)存之后，子進(jìn)程馬上被加入內(nèi)核的進(jìn)程調(diào)試隊(duì)列，然后使用exec()系統(tǒng)調(diào)用，把程序的代碼加入到子進(jìn)程的地址空間，之后子進(jìn)程就開(kāi)始執(zhí)行自己的代碼。

在一個(gè)系統(tǒng)上可以有多個(gè)進(jìn)程，但是一般情況下只有一個(gè)CPU，在同一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)進(jìn)程在工作，即使有多個(gè)CPU，也不可能和進(jìn)程的數(shù)量一樣多。如果讓若干的進(jìn)程都能在CPU上工作，這就是進(jìn)程管理子系統(tǒng)的工作。linux內(nèi)核設(shè)計(jì)了存放進(jìn)程隊(duì)列的結(jié)構(gòu)，在一個(gè)系統(tǒng)上會(huì)有若干隊(duì)列，分別存放不同狀態(tài)的進(jìn)程。一個(gè)進(jìn)程可以有若干狀態(tài)，具體是由操作系統(tǒng)來(lái)定義的，但是至少包含運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和等待3種狀態(tài)，內(nèi)核設(shè)計(jì)了對(duì)應(yīng)的隊(duì)列存放對(duì)應(yīng)狀態(tài)的進(jìn)程控制塊。

當(dāng)一個(gè)用戶(hù)進(jìn)程被加載后，會(huì)進(jìn)入就緒態(tài)，被加入到就緒態(tài)隊(duì)列，CPU時(shí)間被輪轉(zhuǎn)到就緒態(tài)隊(duì)列后，切換到進(jìn)程的代碼，進(jìn)程被執(zhí)行，當(dāng)進(jìn)程的時(shí)間片到了以后被換出。如果進(jìn)程發(fā)生I/O操作也會(huì)被提前被換出，并且存放到等待隊(duì)列，當(dāng)I/O請(qǐng)求返回后，進(jìn)程又被放入就緒隊(duì)列。linux系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程隊(duì)列的管理設(shè)計(jì)了若干不同的方法，主要的目的是提高進(jìn)程調(diào)試的穩(wěn)定性。

2. 內(nèi)存管理

內(nèi)存管理的主要作用是控制多個(gè)進(jìn)程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域。當(dāng)CPU提供內(nèi)存管理單元（MMU）時(shí)，Linux內(nèi)存管理完成為每個(gè)進(jìn)程進(jìn)行虛擬內(nèi)存到物理內(nèi)存的轉(zhuǎn)換。Linux 2.6引入了對(duì)無(wú)MMU CPU的支持。

使用虛擬內(nèi)存技術(shù)的計(jì)算機(jī)，內(nèi)存管理的硬件按照分頁(yè)方式管理內(nèi)存。分頁(yè)方式是把計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物理內(nèi)存按照相同大小等分，每個(gè)內(nèi)存分片稱(chēng)作內(nèi)存頁(yè)，通常內(nèi)存頁(yè)大小是4KB。Linux內(nèi)核的內(nèi)存管理子系統(tǒng)管理虛擬內(nèi)存與物理內(nèi)存之間的映射關(guān)系，以及系統(tǒng)可用內(nèi)存空間。內(nèi)存管理要管理的不僅是4KB緩沖區(qū)。Linux提供了對(duì)4KB緩沖區(qū)的抽象，例如slab分配器。這種內(nèi)存管理模式使用4KB緩沖區(qū)為基數(shù)，然后從中分配結(jié)構(gòu)，并跟蹤內(nèi)存頁(yè)使用情況，比如哪些內(nèi)存頁(yè)是滿(mǎn)的，哪些頁(yè)面沒(méi)有完全使用，哪些頁(yè)面為空。這樣就允許該模式根據(jù)系統(tǒng)需要來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整內(nèi)存使用。

在支持多用戶(hù)的系統(tǒng)上，由于內(nèi)存占用的增大，容易出現(xiàn)物理內(nèi)存被消耗盡的情況。為了解決物理內(nèi)存被耗盡的問(wèn)題，內(nèi)存管理子系統(tǒng)規(guī)定頁(yè)面可以移出內(nèi)存并放入磁盤(pán)中，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為交換。內(nèi)存管理的源代碼可以在./linux/mm中找到。

3. 虛擬文件系統(tǒng)

Linux虛擬文件系統(tǒng)（VFS）隱藏各種了硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口。而且，它獨(dú)立于各個(gè)具體的文件系統(tǒng)，是對(duì)各種文件系統(tǒng)的一個(gè)抽象，它使用超級(jí)塊super block存放文件系統(tǒng)相關(guān)信息，使用索引節(jié)點(diǎn)inode存放文件的物理信息，使用目錄項(xiàng)dentry存放文件的邏輯信息。

Linux文件系統(tǒng)

在不同格式的文件分區(qū)上，程序都可以正確地讀寫(xiě)文件，并且結(jié)果是一樣的。有時(shí)在使用linux系統(tǒng)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，可以在不同類(lèi)型的文件分區(qū)內(nèi)直接復(fù)制文件，對(duì)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，并不知道文件系統(tǒng)的類(lèi)型，甚至不知道文件的類(lèi)型，這就是虛擬文件系統(tǒng)在背后做的工作。虛擬文件系統(tǒng)屏蔽了不同文件系統(tǒng)間的差異，向用戶(hù)提供了統(tǒng)一的接口。

虛擬文件系統(tǒng)，即VFS（Virtual File System）是Linux內(nèi)核中的一個(gè)軟件抽象層。它通過(guò)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及其方法向?qū)嶋H的文件系統(tǒng)如ext2，vfat等提供接口機(jī)制。通過(guò)使用同一套文件 I/O 系統(tǒng)調(diào)用即可對(duì)Linux中的任意文件進(jìn)行操作而無(wú)需考慮其所在的具體文件系統(tǒng)格式；更進(jìn)一步，文件操作可以在不同文件系統(tǒng)之間進(jìn)行。在linux系統(tǒng)中，一切都可以被看做是文件。不僅普通的文本文件、目錄可以當(dāng)做文件進(jìn)行處理，而且字符設(shè)備、塊設(shè)備、套接字等都可以被當(dāng)做文件進(jìn)行處理。這些文件雖然類(lèi)型不同，但是卻使用同一種操作方法。這也是UNIX/Linux設(shè)計(jì)的基本哲學(xué)之一。

虛擬文件系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)VFS)是實(shí)現(xiàn)“一切都是文件”特性的關(guān)鍵，是Linux內(nèi)核的一個(gè)軟件層，向用戶(hù)空間的程序提供文件系統(tǒng)接口；同時(shí)提供了內(nèi)核中的一個(gè)抽象功能，允許不同類(lèi)型的文件系統(tǒng)存在。VFS可以被理解為一種抽象的接口標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)中所有的文件系統(tǒng)不僅依靠VFS共存，也依靠VFS協(xié)同工作。為了能夠支持不同的文件系統(tǒng)，VFS定義了所有文件系統(tǒng)都支持的、最基本的一個(gè)概念上的接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的文件系統(tǒng)的時(shí)候，需要向VFS提供符合VFS標(biāo)準(zhǔn)的接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，不同的文件系統(tǒng)可能在實(shí)體概念上有差別，但是使用VFS接口時(shí)需要和VFS定義的概念保持一致，只有這樣，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的文件系統(tǒng)無(wú)關(guān)性。VFS隱藏了具體文件系統(tǒng)的操作細(xì)節(jié)，所以，在VFS這一層以及內(nèi)核其他部分看來(lái)，所有的文件系統(tǒng)都是相同的。對(duì)文件系統(tǒng)訪問(wèn)的系統(tǒng)調(diào)用通過(guò)VFS軟件層處理，VFS根據(jù)訪問(wèn)的請(qǐng)求調(diào)用不同的文件系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的函數(shù)處理用戶(hù)的請(qǐng)求。文件系統(tǒng)的代碼在訪問(wèn)物理設(shè)備的時(shí)候，需要使用物理設(shè)備驅(qū)動(dòng)訪問(wèn)真正的硬件。

4. 網(wǎng)絡(luò)接口

網(wǎng)絡(luò)接口提供了對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。如下圖5所示，在Linux中網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備通信，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序，使用socket通過(guò)TCP/IP協(xié)議與其他機(jī)器通信，和前面介紹的內(nèi)核子系統(tǒng)相似，socket相關(guān)的函數(shù)也是通過(guò)內(nèi)核的子系統(tǒng)完成的，擔(dān)當(dāng)這部分任務(wù)的是內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)，有時(shí)也把這部分代碼稱(chēng)為“網(wǎng)絡(luò)堆棧”。Linux內(nèi)核提供了優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)處理能力和功能，這與網(wǎng)絡(luò)堆棧代碼的設(shè)計(jì)思想是分不開(kāi)的，Linux的網(wǎng)絡(luò)堆棧部分沿襲了傳統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)從用戶(hù)進(jìn)程到達(dá)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要四個(gè)層次：用戶(hù)進(jìn)程，套接字，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

實(shí)際上，在每層里面還可以分為好多層次，數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆窂绞前凑諏哟蝸?lái)的，不能跨越某個(gè)層次。linux網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層次采用了類(lèi)似面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路，把需要處理的層次抽象為不同的實(shí)體，并且定義了實(shí)體之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)處理流程：

1. 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以理解為一種語(yǔ)言，用于網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備之間的通信，是一種通信的規(guī)范。
2. 套接字：套接字是內(nèi)核與用戶(hù)程序的接口，一個(gè)套接字對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)連接，并且向用戶(hù)提供了文件I/O，用戶(hù)可以像操作文件一樣在數(shù)據(jù)連接上收發(fā)數(shù)據(jù)，具體的協(xié)議處理由網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分處理。套接字是用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò)的接口。
3. 設(shè)備接口：設(shè)備接口是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中軟件和硬件的接口，用戶(hù)的數(shù)據(jù)最終是需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備發(fā)送和接收的，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備千差萬(wàn)別，設(shè)備驅(qū)動(dòng)也不盡相同，通過(guò)設(shè)備接口屏蔽了具體設(shè)備驅(qū)動(dòng)的差異。
4. 網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)：網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)也稱(chēng)為套接字緩沖區(qū)（sk_buff），是網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)存在許多不定因素，除了物理設(shè)備對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的限制（例如MMU），網(wǎng)絡(luò)受到干擾、丟包、重傳等，都會(huì)造成數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的重新整理，使業(yè)務(wù)處理的數(shù)據(jù)包是完整的。網(wǎng)絡(luò)緩沖區(qū)是內(nèi)存中的一塊緩沖區(qū)，是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與內(nèi)存管理的接口。

5. 進(jìn)程間通信

進(jìn)程通信支持提供進(jìn)程之間的通信，Linux支持進(jìn)程間的多種通信機(jī)制，包含信號(hào)量、共享內(nèi)存、管道等，這些機(jī)制可協(xié)助多個(gè)進(jìn)程、多資源的互斥訪問(wèn)、進(jìn)程間的同步和消息傳遞。

子系統(tǒng)之間的依賴(lài)關(guān)系：
Linux內(nèi)核的5個(gè)組成部分之間的依賴(lài)關(guān)系如下：

1. 進(jìn)程調(diào)度與內(nèi)存管理之間的關(guān)系：這兩個(gè)子系統(tǒng)互相依賴(lài)。在多道程序環(huán)境下，程序要運(yùn)行必須為之創(chuàng)建進(jìn)程，而創(chuàng)建進(jìn)程的第一件事情，就是將程序和數(shù)據(jù)裝入內(nèi)存。
2. 進(jìn)程間通信與內(nèi)存管理的關(guān)系：進(jìn)程間通信子系統(tǒng)要依賴(lài)內(nèi)存管理支持共享內(nèi)存通信機(jī)制，這種機(jī)制允許兩個(gè)進(jìn)程除了擁有自己的私有空間，還可以存取共同的內(nèi)存區(qū)域。
3. 虛擬文件系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)接口之間的關(guān)系：虛擬文件系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)接口支持網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS)，也利用內(nèi)存管理支持RAMDISK設(shè)備。
4. 內(nèi)存管理與虛擬文件系統(tǒng)之間的關(guān)系：內(nèi)存管理利用虛擬文件系統(tǒng)支持交換，交換進(jìn)程（swapd）定期由調(diào)度程序調(diào)度，這也是內(nèi)存管理依賴(lài)于進(jìn)程調(diào)度的惟一原因。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程存取的內(nèi)存映射被換出時(shí)，內(nèi)存管理向文件系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，同時(shí)，掛起當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程。

除了這些依賴(lài)關(guān)系外，內(nèi)核中的所有子系統(tǒng)還要依賴(lài)于一些共同的資源。這些資源包括所有子系統(tǒng)都用到的例程，如分配和釋放內(nèi)存空間的函數(shù)、打印警告或錯(cuò)誤信息的函數(shù)及系統(tǒng)提供的調(diào)試?yán)痰取?/p>

Linux中的物理內(nèi)存可以分為以下的部分：內(nèi)核占用內(nèi)存開(kāi)始部分；接下來(lái)是共硬盤(pán)，軟盤(pán)使用的高速緩沖區(qū)部分，其中扣除顯存和bios的640k到1m；然后是虛擬盤(pán)；最后一部分是為所有程序可以使用的主內(nèi)存區(qū)。

關(guān)于Linux進(jìn)程

進(jìn)程可以在內(nèi)核態(tài)或者用戶(hù)態(tài)運(yùn)行，當(dāng)資源可用就被喚醒，進(jìn)入就緒態(tài)；當(dāng)進(jìn)程處于可中斷睡眠狀態(tài)，收到信號(hào)可被喚醒；當(dāng)處于不可中斷睡眠狀態(tài)，只能被使用wakeup等的喚醒；當(dāng)進(jìn)程處于暫停狀態(tài)，可發(fā)送信號(hào)使其進(jìn)入就緒態(tài)；當(dāng)僵死狀態(tài)，當(dāng)已經(jīng)停止運(yùn)行，父進(jìn)程還沒(méi)有調(diào)用wait查詢(xún)狀態(tài)，一旦父進(jìn)程調(diào)用完wait取得子進(jìn)程信息后，這個(gè)進(jìn)程任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就會(huì)被釋放掉。