深入理解 Linux 内核架构

目录

1. 引言
2. 内核概念
3. Linux 内核的基本组成
   • 进程管理
   • 内存管理
   • 文件系统
   • 设备驱动
   • 网络栈
4. 内核结构
   • 内核态与用户态
   • 内核模块
   • 系统调用
   • 中断与异常处理
   • 内核同步机制
5. Linux 内核使用场景
6. 常用的内核命令与工具
7. 内核调试与性能优化
8. 总结

1. 引言

Linux 内核是现代计算机系统的核心组件之一，它负责管理硬件资源，提供系统调用接口，并确保系统的稳定性和性能。理解 Linux 内核架构不仅对于操作系统开发者至关重要，对于系统管理员和高级用户来说，也是深入了解系统性能和优化的关键。

2. 内核概念

内核（Kernel）是操作系统的核心部分，负责管理系统资源、提供底层硬件接口和基本服务。它运行在最高权限级别（内核态），直接与硬件交互，并为用户态提供抽象和保护。

内核的主要职责包括：

• 进程管理：创建、调度和终止进程。
• 内存管理：分配和回收内存，管理虚拟内存。
• 文件系统：管理文件和目录，提供文件读写接口。
• 设备驱动：控制和管理硬件设备，提供设备接口。
• 网络栈：处理网络协议，管理网络通信。

3. Linux 内核的基本组成

进程管理

进程是程序的执行实例，进程管理是内核的重要功能之一。它包括进程创建、调度、同步和终止。

• 进程创建：通过 fork() 系统调用创建新进程，通过 exec() 执行新程序。
• 进程调度：内核通过调度器（Scheduler）决定哪个进程在何时运行，常用的调度算法包括完全公平调度（CFS）。
• 进程同步：内核提供进程间通信（IPC）机制，如信号、管道、消息队列、共享内存等。
• 进程终止：通过 exit() 系统调用终止进程，释放资源。

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