linux内核整体架构

操作系统概念

操作系统属于软件范畴，负责管理系统的硬件资源。OS具备的功能：1.为应用程序提供执行环境。2.为多用户和应用程序管理计算机的硬件资源。3.虚拟化功能。4.支持并发。

宏内核与微内核架构

宏内核：所有的内核代码都编译成二进制文件并运行在一个大内核地址空间中,整体架构如下：

宏内核架构视图

微内核：把操作系统分成多个独立的功能模块，每个功能模块之间的访问需要通过“消息”来完成，因此效率没有宏内核架构高：

微内核架构视图

宏内核的优点：设计简洁，性能好

微内核的优点：模块化的特点更具实时性

工程实践中，linux不断融入微内核的精华到内核中，例如模块化设计思想，动态加载内核模块等，因此linux内核支持模块化开发，许多功能都可以编译为一个模块，并且支持动态的加载和卸载（例如许多设备的驱动程序），这一点上宏内核架构就做不到，宏内核类似于静态编译的结果而不支持动态取舍。

linux内核架构

linux内核整体架构视图

OS允许CPU运行在用户态和内核态，而 linux 使用ring0和ring3两种模式实现内核态和用户态。

linux内核为内核态和用户态的切换提供机制：系统调用（本质是中断，中断是进入内核态的唯一方法）

用户程序可能大部分运行在用户态，但可能需要使用系统资源（例如磁盘），此时需要通过系统调用的方法进入内核空间。

体系结构Arch抽象层：

linux内核支持多种架构，例如ARM，X86等，目前已经支持几十种体系结构，而Arch抽象层抹去了不同架构之间的硬件差异，做了一层统一的抽象。在linux内核5.6.18版本的源码中，直接把不同架构做一个分目录操作，以提供对各个架构的支持。

arch

进程调度模块:

OS使用进程调度器支持多进程并发。linux内核中，进程与线程它们虽然都是任务task，但是应该加以区分。其中，pid 是 process id，tgid 是 thread group ID。任何一个进程，如果只有主线程，那 pid 是自己，tgid 是自己，group_leader 指向的还是自己。但是，如果一个进程创建了其他线程，那就会有所变化了。线程有自己的 pid，tgid 就是进程的主线程的 pid，group_leader 指向的就是进程的主线程。所以有了 tgid，我们就知道 tast_struct 代表的是一个进程还是代表一个线程了。

内存管理：

内存管理模块是内核中最复杂的模块，涉及到物理内存与虚拟内存的管理。

中断管理：

包括处理器的异常处理与中断处理，例如缺页异常等。