Linux体系结构和Linux内核结构

发表于:2016-2-25 10:46

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 作者:baozouge    来源:51Testing软件测试网采编

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Linux
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  Linux体系结构
  如下图所示,Linux体系结构,从大的方面可以分为用户空间(User Space)和内核空间(Kernel Space)。
  用户空间中包含了C库,用户的应用程序。在某些体系结构图中还包含了shell,当然shell脚本也是Linux体系中不可缺少的一部分。
  内核空间包括硬件平台、平台依赖代码、内核、系统调用接口。
  在任何一个现代操作系统中,都是分层的。为什么需要分层呢?
  从程序员的角度分析,将linux底层和和应用分开,将linux底层和应用分开,做应用的做应用,做底层的做底层,各干各的。经济学的基本原理是,分工产生效率。
  从安全性的角度分析,是为了保护内核。现代CPU通常都实现了不同的工作模式。
  以ARM为例:ARM实现了7种工作模式,不同模式下CPU可以执行的指令或者访问的寄存器不同: (1)用户模式 usr (2)系统模式 sys(3)管理模式 svc(4)快速中断 fiq(5)外部中断 irq(6)数据访问终止 abt(7)未定义指令异常。如果任何一个上层应用都可以调用都可以调用寄存器,那样肯定是无法稳定执行的。而且因为出现了这个问题,出现了一个新的学科“现代操作系统”,如果大家感兴趣可以看一下“现代操作系统”相关文章或者书籍。
  以X86为例:X86实现了4个不同级别的权限,Ring0—Ring3 ;Ring0下可以执行特权指令,可以访问IO设备;Ring3则有很多的限制
  如果分析一下Android的,这方面做的更加“丧心病狂”,Android所有的APK应用程序,都是在Java虚拟机上面运行,应用程序更加远离底层。
  另外,用户空间和内核空间是程序执行的两种不同状态,我们可以通过“系统调用”和“硬件中断”来完成用户空间到内核空间的转移。
  Linux内核结构
  这一节,分析一下内核结构。
  如下图所示,是Linux内核结构图。
  SCI层(System Call Interface),这一层是给应用用户空间提供一套标准的系统调用函数来访问Linux。前面分析Linux体系结构的时候,介绍过任何一类现代操作系统都不会允许上层应用直接访问底层,在Linux中,内核提供了一套标准接口,上层应用就可以通过这一套标准接口来访问底层。
  PM(Procees Management),这一部分包括具体创建创建进程(fork、exec),停止进程(kill、exit),并控制他们之间的通信(signal等)。还包括进程调度,控制活动进程如何共享CPU。这一部分是Linux已经做好的,在写驱动的时候,只需要调用对应的函数即可实现这些功能,例如创建进程、进程通信等等。
  MM(Memory Management),内存管理的主要作用是控制多个进程安全的共享内存区域。
  VFS(Virtual File Systems),虚拟文件系统,隐藏各种文件系统的具体细节,为文件操作提供统一的接口。在Linux中“一切皆文件”,这些文件就是通过VFS来实现的。Linux提供了一个大的通用模型,使这个模型包含了所有文件系统功能的集合。如下图所示,是一个虚拟文件系统的结构图。
  Device Drivers设备驱动,这一部分就是需要学习和掌握的。Linux内核中有大量的代码在设备驱动程序部分,用于控制特定的硬件设备。
  Linux驱动一般分为网络设备、块设备、字符设备、杂项设备,需要我们编写的只有字符设备,杂项设备是不容易归类的一种驱动,杂项设备和字符设备有很多重合的地方。
  网络协议栈,Linux内核中提供了丰富的网络协议实现。
  在学习Linux驱动之前需要理解和掌握linux体系结构和Linux内核结构
  本人文字水平有限,所以就一步一步的写和截图,希望这种形式对大家有所帮助!
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