Linux 系统结构 详解
Linux 系统一般有4个主要部分：
内核、shell、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起形成了基本的操作系统
结构，它们使得用户可以运行程序、管理文件并使用系统。部分层次结构如图1-1所示。
1. linux 内核
内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，它负责管理系统的进程、内存、设备
驱动程序、文件和网络系统，决定着系统的性能和稳定性。
Linux 内核由如下几部分组成：内存管理、进程管理、设备驱动程序、文件系统和网
络管理等。如图：
图1
系统调用接口：SCI 层提供了某些机制执行从用户空间到内核的函数调用。正如前面讨
论的一样，这个接口依赖于体系结构，甚至在相同的处理器家族内也是如此。SCI 实际上
是一个非常有用的函数调用多路复用和多路分解服务。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI
的实现，并在 ./linux/arch 中找到依赖于体系结构的部分。
1. 内存管理
对任何一台计算机而言，其内存以及其它资源都是有限的。为了让有限的物理内存
满足应用程序对内存的大需求量，Linux 采用了称为“虚拟内存”的内存管理方式。Linux 将
内存划分为容易处理的“内存页” (对于大部分体系结构来说都是 4KB)。Linux 包括了管理
可用内存的方式，以及物理和虚拟映射所使用的硬件机制。
不过内存管理要管理的可不止 4KB 缓冲区。Linux 提供了对 4KB 缓冲区的抽象，
例如 slab 分配器。这种内存管理模式使用 4KB 缓冲区为基数，然后从中分配结构，并跟
踪内存页使用情况，比如哪些内存页是满的，哪些页面没有完全使用，哪些页面为空。这样
就允许该模式根据系统需要来动态调整内存使用。
为了支持多个用户使用内存，有时会出现可用内存被消耗光的情况。由于这个原因，
页面可以移出内存并放入磁盘中。这个过程称为交换，因为页面会被从内存交换到硬盘上。
内存管理的源代码可以在 ./linux/mm 中找到。
2 .进程管理
进程实际是某特定应用程序的一个运行实体。在 Linux 系统中，能够同时运行多个
进程，Linux 通过在短的时间间隔内轮流运行这些进程而实现“多任务”。这一短的时间间隔
称为“时间片”，让进程轮流运行的方法称为“进程调度” ，完成调度的程序称为调度程序。
进程调度控制进程对CPU 的访问。当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择
最值得运行的进程。可运行进程实际上是仅等待CPU 资源的进程，如果某个进程在等待其
它资源，则该进程是不可运行进程。Linux 使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选
择新的进程。
通过多任务机制，每个进程可认为只有自己独占计算机，从而简化程序的编写。每
个进程有自己单独的地址空间，并且只能由这一进程访问，这样，操作系统避免了进程之间
的互相干扰以及“坏”程序对系统可能造成的危害。为了完成某特定任务，有时需要综合两个
程序的功能，例如一个程序输出文本，而另一个程序对文本进行排序。为此，操作系统还提
供进程间的通讯机制来帮助完成这样的任务。Linux 中常见的进程间通讯机制有信号、管道、
共享内存、信号量和套接字等。
内核通过 SCI 提供了一个应用程序编程接口 (API)来创建一个新进程 (fork、exec
或 Portable Operating System Interface [POSⅨ] 函数)，停止进程 (kill、exit)，并在它
们之间进行通信和同步 (signal 或者 POSⅨ 机制)。
3. 文件系统
和 DOS 等操作系统不同，Linux 操作系统中单独的文件系统并不是由驱动器号或驱
动器名称 (如 A: 或 C: 等)来标识的。相反，和 UNIX 操作系统一样，Linux 操作系
统将独立的文件系统组合成了一个层次化的树形结构，并且由一个单独的实体代表这一文件
系统。Linux 将新的文件系统通过一个称为“挂装”或“挂上”的操作将其挂装到某个目录上，
从而让不同的文件系统结合成为一个整体。Linux 操作系统的一个重要特点是它支持许多
不同类型的文件系统。Linux 中最普遍使用的文件系统是 Ext2，它也是 Linux 土生土长
的文件系统。但 Linux 也能够支持 FAT、VFAT、FAT32、MINIX 等不同类型的文件系统，
从而可以方便地和其它操作系统交换数据。由于 L
