【Linux 内核】Linux 内核体系架构 ( 硬件层面 | 内核空间 | 用户空间 | 内核态与用户态切换 | 系统调用 | 体系结构抽象层 )

文章目录

• 一、Linux 内核体系架构
• 二、内核态与用户态切换 ( 系统调用层 )
• 三、体系结构抽象层

一、Linux 内核体系架构

Linux 内核最初的源码不足一万行 , 当前的 Linux 内核源码已经有两千万行 ;

内核整体的项目很大 , 不可能全部掌握 , 学习时从整体的 体系架构出发 , 分析其中的重要模块 , 然后将模块联系起来学习 ;

Linux 内核体系架构可以按照下图 , 分为三个层次 :

• 硬件层面 : 包括 CPU , 物理内存 , 磁盘 , 外部设备 等硬件 ;
• 内核空间 : 这就是 Linux 内核的核心 , 如 : Arch 抽象层 , 设备管理抽象层 , 内存管理 , 中断管理 , 进程调度 , 文件系统管理 , USB / PCI 总线设备 , 设备驱动 ( 字符设备 / 网络设备 / 块设备 / KVM ) , 系统调用层 ;
• 用户空间 : C 语言库 , 应用程序进程 , 虚拟机 等 ;

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二、内核态与用户态切换 ( 系统调用层 )

Linux 内核 实现 内核态 和 用户态 , 使用到了 ring0 和 ring3 两种模式 ,

• ring0 是 内核态 ,
• ring3 是 用户态 ;

软件抽象层作用 : Linux 内核中 , 使用 软件抽象层 在 内核态 ( ring0 ) 和 用户态 ( ring3 ) 之间进行切换 ;

软件抽象层 又称为 系统调用层 ( System Call ) ;

每种处理器体系结构 都提供了 实现 用户态 与 内核态 之间切换的 特殊指令 ,

Linux 内核也利用了该特殊指令 , 进行了用户态 与 内核态 的切换 , 该指令在 系统调用层 调用 ,

系统调用层 可以 使 真实硬件信息 对 用户进程透明 ,

用户进程读取文件内容时 , 只需要使用 open / read / mmap 函数 , 打开一个路径上的文件即可 , 具体该文件在磁盘上的哪个扇区 , 具体的物理地址是多少 , 用户进程并不关心 ,

用户进程 , 大多数时间在 用户态 运行 , 当需要向内核请求相关设备时 , 只需要 调用系统提供的 系统调用 接口 , 即可访问内核 ;

三、体系结构抽象层

Linux 内核 支持多种体系结构 ,

• Linux 系统可以运行在 arm 架构的处理器设备 上 , 如 Android ;
• 也可以运行在 x86 架构的处理器 上运行 , 如 PC 机 , 服务器等 ;

实际上 Linux 内核支持很多体系结构 , 为 Linux 内核添加一个新的体系结构很简单 , 体系结构抽象层 用于 将 不同的体系结构 进行 抽象 与 隔离 , 为不同的体系结构 , 提供了统一的接口 ;

如 : Linux 内核中 , 将与体系结构相关的代码 , 都放在 arch 目录下的不同的体系结构对应的目录中 , 如下图所示 :

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