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Linux是一種自由和開放源代碼的操作系統(tǒng)，廣泛應用于服務器端和嵌入式設備。其核心組件——Linux內(nèi)核，是實現(xiàn)操作系統(tǒng)基本功能的最核心部分。Linux內(nèi)核由許多模塊組成，包括進程調(diào)度、內(nèi)存管理、設備驅(qū)動程序等。在本文中，我們將簡要介紹Linux內(nèi)核的幾個重要模塊。
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1. 進程調(diào)度
在多任務操作系統(tǒng)中， CPU 必須按照某種算法將 CPU 使用權交給不同的進程。Linux內(nèi)核采用了一種稱為 CFS（Completely Fr Scheduler）的算法，它不同于傳統(tǒng)的搶占式調(diào)度，而是盡量使所有進程獲得公平的 CPU 時間。CFS 算法是用紅黑樹來維護進程調(diào)度隊列，運用高精度計時器來實現(xiàn)時間片輪轉(zhuǎn)。
2. 內(nèi)存管理
內(nèi)存管理是一個操作系統(tǒng)非常重要的任務。 Linux內(nèi)核采用了一種稱為 vm_area_struct 結構體來管理虛擬內(nèi)存區(qū)域，通過它可以更加直觀地描述一段內(nèi)存的起始地址和大小。與此同時， Linux 還使用交換空間作為系統(tǒng)內(nèi)存管理的一種方式。使用交換空間可以支持系統(tǒng)進程創(chuàng)建多于物理內(nèi)存的內(nèi)存占用。
3. 設備驅(qū)動程序
Linux內(nèi)核也需要支持訪問硬件設備，如網(wǎng)絡接口卡、硬盤等。為了對外設訪問進行抽象， Linux 內(nèi)核使用了一種稱為“設備節(jié)點”的東西。在Filesystem中，每個設備驅(qū)動程序都相對應一個設備節(jié)點，這樣用戶程序就可以通過這些設備節(jié)點與硬件交互。各設備，其驅(qū)動程序在內(nèi)核中。可以通過查看 /proc/devices 中的設備節(jié)點知道所有安裝的設備驅(qū)動（主設備號）。
4. 虛擬文件系統(tǒng)
虛擬文件系統(tǒng)是 Linux 內(nèi)核中的一種特定類型的文件系統(tǒng)。它不會直接訪問存儲，而是訪問實際文件系統(tǒng)的方式進行文件讀寫。通過虛擬文件系統(tǒng)， Linux 內(nèi)核不僅能方便地訪問底層文件系統(tǒng)，還能將多種類型的文件系統(tǒng)進行組合使用（比如將 ext3 和 FAT32 文件系統(tǒng)組成一個虛擬文件系統(tǒng)進行訪問）。
Linux內(nèi)核是一種由許多模塊組成的復雜系統(tǒng)。我們在這篇文章中簡要介紹了幾個重要模塊，包括進程調(diào)度、內(nèi)存管理、設備驅(qū)動程序和虛擬文件系統(tǒng)。這些模塊一起協(xié)同工作，為 Linux 操作系統(tǒng)提供了優(yōu)秀的性能和可靠性。Linux內(nèi)核的持續(xù)發(fā)展使它成為了眾多服務器端和嵌入式設備的首選操作系統(tǒng)。
相關問題拓展閱讀：
- 什么是linux內(nèi)核
什么是linux內(nèi)核
Linux 內(nèi)核設計的理念主要有這幾個點：
MutiTask，多任務
P，對稱多處理
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，代表著 Linux 是一個多任務的操作系統(tǒng)。多任務意味著可以有多個任務同時執(zhí)行，這里的「同時」可以是并發(fā)或并行：
對于單核 CPU 時，可以讓每個任務執(zhí)行一小段時間，時間到就切換另外一個任務，從宏觀角度看，一段時間內(nèi)執(zhí)行了多個任務，這被稱為并發(fā)。
對于多核 CPU 時，多個任務可以同時被不同核心的 CPU 同時執(zhí)行，這被稱為并行。
P
P 的意思是對稱多處理，代表著每個 CPU 的地位是相等的，對資源的使用權限也是相同的，多個 CPU 共享同一個內(nèi)存，每個 CPU 都可以訪問完整的內(nèi)存和硬件資源。
這個特點決定了 Linux 操作系統(tǒng)不會有某個 CPU 單獨服務應用程序或內(nèi)核程序，而是每個程序都可以被分配到任意一個 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)行文件的存儲格式;
ELF 文件格式
ELF 把文件分成了一個個分段，每一個段都有自己的作用，具體每個段的作用這里就不詳細說明了，感興趣的同學可以去看《程序員的自我修養(yǎng)——鏈接、裝載和庫》這本書。
另外，ELF 文件有兩種索引，Program header table 中記錄了「運行時」所需的段，而 Section header table 記錄了二進制文件中各個「段的首地址」。
那 ELF 文件怎么生成的呢？
我們編寫的代碼，首先通過「編譯器」編譯成匯編代碼，接著通過「匯編器」變成目標代碼，也就是目標文件，最后通過「鏈接器」把多個目標文件以及調(diào)用的各種函數(shù)庫鏈接起來，形成一個可執(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 文件的時候，會通過「裝載器」把 ELF 文件裝載到內(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，比如進程調(diào)度、內(nèi)存管理、文件系統(tǒng)、設備驅(qū)動等，都運行在內(nèi)核態(tài)。
不過，Linux 也實現(xiàn)了動態(tài)加載內(nèi)核模塊的功能，例如大部分設備驅(qū)動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)動開發(fā)和驅(qū)動加載更為方便、靈活。
Linux是由
Linus Torvalds
開發(fā)的
類UNIX
的操作系統(tǒng)，Linux主要特點是開源的，因此我們可以免費使用來當做服務器。
Linux嚴格分為兩個含義。
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，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)以進程為單位進行管理。此外，內(nèi)核為每個進程準備一個名為task_stract結構的
數(shù)據(jù)結構
。
2.進程調(diào)度程序
可執(zhí)行狀態(tài)等待哪個進程以哪個順序執(zhí)行,由于基本上不可能運行比CPU數(shù)量更多的進程，因此運行過程的效率非常重要。
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)。通過分配對應于物理
存儲器
的虛擬地址，而不是實際為每個進程分配物理存儲器地址，可以使用容量遠大于實際物理存儲器容量的存儲器。它使它成為可能。此外，由于每個進程都分配了自己的虛擬地址，因此每個進程的內(nèi)存空間是獨立的，并且不會違反其他進程的內(nèi)存。
3.文件系統(tǒng)
它以文件的形式提供存儲數(shù)據(jù)的訪問方法。所有數(shù)據(jù)都以文件的形式進行管理。/ Directory（
根目錄
）作為頂點，內(nèi)核本身作為文件和目錄的存在。
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