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Linux內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，是Linux操作系統(tǒng)的靈魂所在。它負(fù)責(zé)管理硬件設(shè)備、進(jìn)程、文件系統(tǒng)、內(nèi)存管理等重要任務(wù)，是Linux操作系統(tǒng)的更底層，也是最關(guān)鍵的部分。為了更好地理解Linux內(nèi)核的運(yùn)行機(jī)制，我們需要。
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linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
Linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)是指Linux內(nèi)核代碼的組織架構(gòu)。它由一系列頭文件、源文件、Makefile文件組成，這些文件按照一定的目錄結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織。
一般而言，Linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)主要部分組成：
1.內(nèi)核源代碼樹
內(nèi)核源代碼樹是整個(gè)內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)的核心，也是最重要的部分。它包含著Linux操作系統(tǒng)的所有源代碼，包括Linux操作系統(tǒng)的系統(tǒng)調(diào)用、中斷處理程序、內(nèi)存管理、設(shè)備管理、文件系統(tǒng)等各個(gè)模塊的源代碼。
內(nèi)核源代碼樹的目錄結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，其根目錄為”/”，并且不同的版本之間會(huì)有較大的變化。內(nèi)核源代碼樹的目錄結(jié)構(gòu)根據(jù)其功能的不同分為多個(gè)子目錄，如arch(體系結(jié)構(gòu)相關(guān)代碼)、kernel(內(nèi)核核心代碼)、drivers(設(shè)備驅(qū)動(dòng)代碼)、mm(內(nèi)存管理代碼)、net(網(wǎng)絡(luò)協(xié)議代碼)等等。
2.內(nèi)核頭文件
內(nèi)核頭文件包含了內(nèi)核代碼中使用到的所有變量、函數(shù)等定義信息。它們定義了Linux內(nèi)核的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和函數(shù)接口，幫助開發(fā)人員快速便捷地編寫內(nèi)核代碼。
內(nèi)核頭文件分布在多個(gè)目錄中，如/usr/include/linux/、/usr/include/a/等等。開發(fā)者在編寫內(nèi)核代碼時(shí)，只需要包含相應(yīng)的頭文件即可。
3.內(nèi)核Makefile文件
內(nèi)核Makefile文件是Linux內(nèi)核的構(gòu)建文件。這些Makefile文件包括一系列規(guī)則，可以自動(dòng)地生成內(nèi)核代碼中的一些文件，以及為內(nèi)核的構(gòu)建過(guò)程提供支持。
在內(nèi)核源代碼目錄中，有很多Makefile文件，其中最重要的是根目錄下的Makefile文件。這個(gè)Makefile文件提供了基本的內(nèi)核編譯規(guī)則，例如內(nèi)核構(gòu)建的目標(biāo)、編譯器、編譯選項(xiàng)等等。
4.內(nèi)核配置文件
內(nèi)核配置文件包含了各種內(nèi)核選項(xiàng)和模塊的配置信息。在內(nèi)核構(gòu)建過(guò)程中，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行自定義配置，以便構(gòu)建出與其需求更符合的內(nèi)核。
內(nèi)核配置文件位于內(nèi)核源代碼根目錄下的.config文件中。在使用內(nèi)核代碼時(shí)，需要先對(duì)其進(jìn)行配置才能進(jìn)行編譯、鏈接及安裝等操作。
內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)的作用
掌握Linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)，對(duì)于Linux內(nèi)核的理解和掌握至關(guān)重要。以下是內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)的主要作用：
1.提供可維護(hù)性
Linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)使得內(nèi)核代碼變得更加易于維護(hù)。它將內(nèi)核代碼劃分為不同的模塊，每個(gè)模塊負(fù)責(zé)不同的任務(wù)。這種劃分使得開發(fā)者能夠更快地定位問(wèn)題，并更加迅速地進(jìn)行調(diào)試。
2.提供靈活性
內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)為開發(fā)者提供靈活的選擇和自由度。開發(fā)者可以選擇使用哪些模塊，以及如何組裝和構(gòu)建這些模塊。這種靈活性使得開發(fā)者能夠快速地添加或刪除各種特性和功能，并快速進(jìn)行內(nèi)核的迭代和更新。
3.提高可移植性
內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)為不同的體系結(jié)構(gòu)提供了不同的代碼。這種結(jié)構(gòu)使得Linux內(nèi)核可以跨越不同的體系結(jié)構(gòu)，從而提高了Linux內(nèi)核的可移植性。開發(fā)者只需要編寫一套代碼就可以在多個(gè)不同的體系結(jié)構(gòu)上運(yùn)行。
Linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)是Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)架構(gòu)，掌握Linux內(nèi)核文件結(jié)構(gòu)是理解Linux內(nèi)核的關(guān)鍵所在。仔細(xì)研究?jī)?nèi)核文件結(jié)構(gòu)，可以更好地理解Linux內(nèi)核的工作原理，以及如何開發(fā)、調(diào)試和定位Linux內(nèi)核的問(wèn)題。希望本文可以為有志于的開發(fā)者提供一些有用的指導(dǎo)和建議。
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什么是linux內(nèi)核
Linux 內(nèi)核設(shè)計(jì)的理念主要有這幾個(gè)點(diǎn)：
MutiTask，多任務(wù)
P，對(duì)稱多處理
ELF，可執(zhí)行文件鏈接格式
Monolithic Kernel，宏內(nèi)核
MutiTask
MutiTask 的意思是多任務(wù)，代表著 Linux 是一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)。多任務(wù)意味著可以有多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行，這里的「同時(shí)」可以是并發(fā)或并行：
對(duì)于單核 CPU 時(shí)，可以讓每個(gè)任務(wù)執(zhí)行一小段時(shí)間，時(shí)間到就切換另外一個(gè)任務(wù)，從宏觀角度看，一段時(shí)間內(nèi)執(zhí)行了多個(gè)任務(wù)，這被稱為并發(fā)。
對(duì)于多核 CPU 時(shí)，多個(gè)任務(wù)可以同時(shí)被不同核心的 CPU 同時(shí)執(zhí)行，這被稱為并行。
P
P 的意思是對(duì)稱多處理，代表著每個(gè) CPU 的地位是相等的，對(duì)資源的使用權(quán)限也是相同的，多個(gè) CPU 共享同一個(gè)內(nèi)存，每個(gè) CPU 都可以訪問(wèn)完整的內(nèi)存和硬件資源。
這個(gè)特點(diǎn)決定了 Linux 操作系統(tǒng)不會(huì)有某個(gè) CPU 單獨(dú)服務(wù)應(yīng)用程序或內(nèi)核程序，而是每個(gè)程序都可以被分配到任意一個(gè) CPU 上被執(zhí)行。
ELF
ELF 的意思是可執(zhí)行文件鏈接格式，它是 Linux 操作系統(tǒng)中可執(zhí)行文件的存儲(chǔ)格式;
ELF 文件格式
ELF 把文件分成了一個(gè)個(gè)分段，每一個(gè)段都有自己的作用，具體每個(gè)段的作用這里就不詳細(xì)說(shuō)明了，感興趣的同學(xué)可以去看《程序員的自我修養(yǎng)——鏈接、裝載和庫(kù)》這本書。
另外，ELF 文件有兩種索引，Program header table 中記錄了「運(yùn)行時(shí)」所需的段，而 Section header table 記錄了二進(jìn)制文件中各個(gè)「段的旅茄首地址」。
那 ELF 文件怎么生成的呢巧祥？
我們編寫的代碼，首先通過(guò)「編譯器」編譯成匯編代碼，接著通過(guò)「匯編器」變成目標(biāo)代碼，也就是目標(biāo)文件，最后通過(guò)「鏈接器」把多個(gè)目標(biāo)文件以及調(diào)用的各種函數(shù)庫(kù)鏈接起來(lái)，形成一個(gè)可執(zhí)行文件，也就是 ELF 文件。
那 ELF 文件是怎么被執(zhí)行的呢？
執(zhí)行 ELF 文件的時(shí)候，會(huì)通過(guò)「裝載器」把 ELF 文件裝載孝鎮(zhèn)搏到內(nèi)存里，CPU 讀取內(nèi)存中宏內(nèi)核的特征是系統(tǒng)內(nèi)核的所有模塊，比如進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)等，都運(yùn)行在內(nèi)核態(tài)。
不過(guò)，Linux 也實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)加載內(nèi)核模塊的功能，例如大部分設(shè)備驅(qū)動(dòng)是以可加載模塊的形式存在的，與內(nèi)核其他模塊解藕，讓驅(qū)動(dòng)開發(fā)和驅(qū)動(dòng)加載更為方便、靈活。
Linux是由
Linus Torvalds
開發(fā)的
類UNIX
的操作系統(tǒng)，Linux主要特點(diǎn)是開源的，因此我們可以免費(fèi)使用來(lái)當(dāng)做服務(wù)器。
Linux嚴(yán)格分為兩個(gè)含義。
1.廣泛的Linux是指Linux發(fā)行版
2.狹義的Linux是指
Linux內(nèi)核
Linux內(nèi)核是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，介于硬件和軟件之間，并且內(nèi)核位于操作系統(tǒng)中,操作系統(tǒng)將在硬件和軟件之間進(jìn)行調(diào)解，Linux內(nèi)核是操作系統(tǒng)核心部分的功能。
二：內(nèi)核的基本性能
1.流程管理
在Linux內(nèi)核中，程序的執(zhí)行狀態(tài)以進(jìn)程為單位昌汪進(jìn)行管理。此外，內(nèi)缺敗核為每個(gè)進(jìn)程準(zhǔn)備一個(gè)名為task_stract結(jié)構(gòu)的
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
。
2.進(jìn)程調(diào)度程序
可執(zhí)行狀態(tài)等待哪個(gè)進(jìn)程以哪個(gè)順序執(zhí)行,由于基本上不可能運(yùn)行比CPU數(shù)量更多的進(jìn)程，因此運(yùn)行過(guò)程的效伏迅顫率非常重要。
3.內(nèi)存管理
在Linux內(nèi)核中，使用
物理內(nèi)存
和虛擬內(nèi)存管理數(shù)據(jù)。通過(guò)分配對(duì)應(yīng)于物理
存儲(chǔ)器
的虛擬地址，而不是實(shí)際為每個(gè)進(jìn)程分配物理存儲(chǔ)器地址，可以使用容量遠(yuǎn)大于實(shí)際物理存儲(chǔ)器容量的存儲(chǔ)器。它使它成為可能。此外，由于每個(gè)進(jìn)程都分配了自己的虛擬地址，因此每個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間是獨(dú)立的，并且不會(huì)違反其他進(jìn)程的內(nèi)存。
3.文件系統(tǒng)
它以文件的形式提供存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)方法。所有數(shù)據(jù)都以文件的形式進(jìn)行管理。/ Directory（
根目錄
）作為頂點(diǎn)，內(nèi)核本身作為文件和目錄的存在。
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