Linux内核设计与实现 读书笔记(1)内核简介

单内核与微内核对比
本文介绍了单内核和微内核的区别,重点分析了它们的工作原理、优势及劣势,并以Linux为例,探讨了现代操作系统如何融合两种内核的特点。

主要内容:

  • 单内核和微内核
  • 内核版本号

 

1. 单内核和微内核

 

原理

优势

劣势

单内核

整个内核都在一个大内核地址空间上运行。 1. 简单。
2. 高效:所有内核都在一个大的地址空间上,所以内核各个功能之间的调用和调用函数类似,几乎没有性能开销。
一个功能的崩溃会导致整个内核无法使用。

微内核

内核按功能被划分成各个独立的过程。每个过程独立的运行在自己的地址空间上。 1. 安全:内核的各种服务独立运行,一种服务挂了不会影响其他服务。 内核各个服务之间的调用涉及进程间的通信,比较复杂且效率低。

 

Linux的内核虽然是基于单内核的,但是经过这么多年的发展,也具备微内核的一些特征。(体现了Linux实用至上的原则)

主要有以下特征:

  1. 支持动态加载内核模块
  2. 支持对称多处理(SMP)
  3. 内核可以抢占(preemptive),允许内核运行的任务有优先执行的能力
  4. 不区分线程和进程

2. 内核版本号

内核的版本号主要有四个数组组成。比如版本号:2.6.26.1  其中,

2  - 主版本号

6  - 从版本号或副版本号

26 - 修订版本号

1  - 稳定版本号

副版本号表示这个版本是稳定版(偶数)还是开发版(奇数),上面例子中的版本号是稳定版。

稳定的版本可用于企业级环境。

修订版本号的升级包括BUG修正,新的驱动以及新的特性的追加。

稳定版本号主要是一些关键性BUG的修改。

以下是关于《Linux内核设计实现》的笔记: 1. 进程管理 - 进程控制块(Process Control Block, PCB):一个进程在内核中的表示,包含了进程的状态、各种计数器和指针,以及进程所需要的资源。 - 进程调度:内核必须在可能的情况下公平地分配CPU时间片给每个进程。Linux内核使用完全公平调度(Completely Fair Scheduler, CFS)来实现这一点。 - 进程同步:进程在访问共享资源时需要同步,以避免冲突。Linux内核提供了多种同步机制,如信号量、自旋锁和读写锁等。 2. 内存管理 - 虚拟内存:每个进程都拥有自己的虚拟内存空间,这使得每个进程都可以认为自己独占整个系统内存。 - 页面置换:当物理内存不足时,Linux内核会使用页面置换算法将一部分未使用的页面从物理内存中移出,以便为正在运行的进程腾出空间。 - 内存映射文件:Linux允许将磁盘上的文件映射到进程的虚拟地址空间中,这样就可以像访问内存一样访问文件。 3. 文件系统 - 虚拟文件系统(Virtual File System, VFS):Linux内核中的抽象层,它允许系统支持多种文件系统格式,如ext4、FAT32等。 - I/O管理:内核必须管理所有的I/O操作,包括磁盘读写和网络通信等。 - 文件描述符:Linux内核使用文件描述符来标识打开的文件,每个进程都有一个文件描述符表。 4. 网络协议栈 - TCP/IP协议栈:Linux内核支持多种网络协议,其中最常用的是TCP/IP协议栈。 - Socket:在Linux中,进程之间通信的主要方式是使用Socket。Socket是一种抽象的概念,它代表了一个网络连接。 5. 设备驱动程序 - 驱动程序开发:Linux内核的设备驱动程序通常是以模块的形式开发的,它们可以动态地加载和卸载。 - 设备文件:Linux内核将设备表示为文件,它们可以通过文件系统接口来访问。 以上是《Linux内核设计实现》的一些重点内容和笔记,希望对你有所帮助。
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