Linux內(nèi)核是一個(gè)操作系統(tǒng)(OS)內(nèi)核，本質(zhì)上定義為類Unix。它用于不同的操作系統(tǒng)，主要是以不同的Linux發(fā)行版的形式。Linux內(nèi)核是第一個(gè)真正完整且突出的免費(fèi)和開源軟件示例。Linux 內(nèi)核是第一個(gè)真正完整且突出的免費(fèi)和開源軟件示例，促使其廣泛采用并得到了數(shù)千名開發(fā)人員的貢獻(xiàn)。

Linux內(nèi)核?是操作系統(tǒng)的核心組件，作為開源軟件由Linus Torvalds于1991年創(chuàng)建，負(fù)責(zé)管理硬件資源并為應(yīng)用程序提供基礎(chǔ)服務(wù)。

?Linux內(nèi)核的定義與起源?

Linux內(nèi)核是計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)最底層的核心程序，采用C語言編寫并遵循POSIX標(biāo)準(zhǔn)，具備類Unix特性。它由芬蘭程序員Linus Torvalds在1991年首次發(fā)布，并依托全球開發(fā)者社區(qū)協(xié)作維護(hù)，成為開源軟件領(lǐng)域的典范。??

?核心功能特性?

Linux內(nèi)核通過以下機(jī)制實(shí)現(xiàn)硬件與軟件的協(xié)同工作：

?進(jìn)程管理?：采用層次化進(jìn)程結(jié)構(gòu)，通過調(diào)度算法分配CPU時(shí)間片，支持多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。???

?內(nèi)存管理?：提供虛擬內(nèi)存機(jī)制，實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間內(nèi)存隔離與共享，優(yōu)化物理內(nèi)存使用效率。??

?設(shè)備驅(qū)動(dòng)?：抽象硬件操作細(xì)節(jié)，支持超過80%的常見硬件設(shè)備的即插即用。??

?文件系統(tǒng)?：基于虛擬文件系統(tǒng)(VFS)架構(gòu)，兼容ext4、XFS等數(shù)十種文件格式。??

?網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧?：內(nèi)置TCP/IP協(xié)議族，支撐互聯(lián)網(wǎng)通信基礎(chǔ)功能。??

Linux 內(nèi)核(英語：Linux kernel)，是 Linux 操作系統(tǒng)的內(nèi)核，以 C 語言寫成，符合 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)，以 GNU 通用公共許可證發(fā)布。Linux 最早是由芬蘭黑客林納斯·托瓦茲為嘗試在英特爾 x86 架構(gòu)上提供自由免費(fèi)的類 Unix 系統(tǒng)而開發(fā)的。該計(jì)劃開始于 1991 年，林納斯·托瓦茲當(dāng)時(shí)在 Usenet 新聞組 comp.os.minix 登載帖子，這份著名的帖子標(biāo)示著 Linux 計(jì)劃的正式開始。

在計(jì)劃的早期有一些 Minix 黑客提供了協(xié)助，而今天全球無數(shù)程序員正在為該計(jì)劃無償提供幫助。

技術(shù)上說 Linux 是一個(gè)內(nèi)核?！皟?nèi)核”指的是一個(gè)提供硬件抽象層、磁盤及文件系統(tǒng)控制、多任務(wù)等功能的系統(tǒng)軟件。一個(gè)內(nèi)核不是一套完整的操作系統(tǒng)。一套基于 Linux 內(nèi)核的完整操作系統(tǒng)叫作 Linux 操作系統(tǒng)，或是 GNU/Linux。

Linux 內(nèi)核是在 GNU 通用公共許可證第 2 版之下發(fā)布的(加上一些非自由固件、blob 與各種非自由許可證)。

貢獻(xiàn)者遍布世界各地，日常開發(fā)在 Linux 內(nèi)核郵件列表。

源代碼

一般情況下 Linux 內(nèi)核源代碼位于 /usr/src/linux 目錄下。

/include子目錄包含了建立內(nèi)核代碼時(shí)所需的大部分包含文件，這個(gè)模塊利用其他模塊重建內(nèi)核。/init 子目錄包含了內(nèi)核的初始化代碼，這是內(nèi)核工作的開始的起點(diǎn)。/arch 子目錄包含了所有硬件結(jié)構(gòu)特定的內(nèi)核代碼。如：i386，alpha/drivers 子目錄包含了內(nèi)核中所有的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，如塊設(shè)備和SCSI設(shè)備。/fs 子目錄包含了所有的文件系統(tǒng)的代碼。如:ext2,vfat等。/net 子目錄包含了內(nèi)核的連網(wǎng)代碼。/mm 子目錄包含了所有內(nèi)存管理代碼。/ipc 子目錄包含了進(jìn)程間通信代碼。/kernel 子目錄包含了主內(nèi)核代碼。內(nèi)核程序

編譯完成新內(nèi)核后，會(huì)生成幾個(gè)文件，這些文件是內(nèi)核啟動(dòng)所需要的，這里簡單介紹一下。

vmlinux，編譯出來的最原始的內(nèi)核文件，沒有壓縮，位于源碼根目錄下。該內(nèi)核文件不能用來啟動(dòng)系統(tǒng)。

vmlinuz，這個(gè)就是我們要引導(dǎo)的內(nèi)核，它一般是一個(gè)鏈接文件，位于根目錄下。真正的文件位于/boot 文件夾下。z 表示壓縮的內(nèi)核，vm 表示 virtual memory 的意思。linux 支持虛擬內(nèi)存，可利用硬盤空間作為虛擬內(nèi)存使用。在編譯內(nèi)核時(shí)，通過 make zImage 或 make bzImage 生成 zImage 或 bzImage 原始?jí)嚎s內(nèi)核文件，這些內(nèi)核文件位于 /usr/src/linux-2.6.23.9/arch/i386/boot 目錄下;接著我們會(huì)把它拷貝到 /boot 目錄下并改名為 vmlinuz;最后在根目錄下創(chuàng)建一個(gè)到該文件的同名鏈接文件。bzImage 表示 big zImage 的意思，zImage 是老式的內(nèi)核文件格式，在新的內(nèi)核版本中已不使用了，現(xiàn)在生成的內(nèi)核是 bzImage 格式的內(nèi)核文件。這兩種內(nèi)核文件的區(qū)別是，zImage 解壓縮內(nèi)核到低端內(nèi)存中(第一個(gè)640K)，bzImage 解壓縮內(nèi)核到高端內(nèi)存中(1M以上)

這兩個(gè)內(nèi)核文件都是使用 gzip 軟件壓縮的，但文件頭部內(nèi)嵌有 gzip 解壓縮代碼，能在啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)解壓縮內(nèi)核。使用 gzip 是不能正常解壓內(nèi)核的。

在源碼根目錄生成的 vmlinux 是一個(gè)沒有壓縮的內(nèi)核文件。

如果在 /boot 目錄下存在多個(gè)版本的內(nèi)核文件，則可用 vmlinuz-xxxx 的方式命名。但根目錄下的 vmlinuz 鏈接文件名一般不變。

initrd-x.x.x.img，initrd 是"initial ramdisk"的簡寫。作用是在內(nèi)核引導(dǎo)前加載相應(yīng)的硬件模塊，為內(nèi)核引導(dǎo)做準(zhǔn)備。比如，使用的是 scsi 硬盤，而內(nèi)核 vmlinuz 中并沒有這個(gè) scsi 硬件的驅(qū)動(dòng)，那么在裝入 scsi 模塊之前，內(nèi)核不能加載根文件系統(tǒng)，但 scsi 模塊存儲(chǔ)在根文件系統(tǒng)的/lib/modules 下。為了解決這個(gè)問題，可以引導(dǎo)一個(gè)能夠讀實(shí)際內(nèi)核的 initrd 內(nèi)核并用 initrd 修正 scsi 引導(dǎo)問題。initrd 可使用 mkinitrd 工具創(chuàng)建。

System.map，內(nèi)核符號(hào)映射文件，位于/boot 目錄下，與內(nèi)核名要對應(yīng)。內(nèi)核編譯完成后，在源碼根目錄下就會(huì)生成一個(gè) System.map 文件。我們要把它拷貝到/boot 目錄下并改成相關(guān)的名稱。如內(nèi)核名為 vmlinuz-2.6.23.9，則這個(gè)內(nèi)核符號(hào)映射文件就應(yīng)該命名為 System.map-2.6.23.9。

運(yùn)行空間

Linux 系統(tǒng)由用戶空間和內(nèi)核空間兩部分組成。

內(nèi)核空間與用戶空間是程序執(zhí)行的兩種不同狀態(tài)，通過系統(tǒng)調(diào)用和硬件中斷能夠完成從用戶空間到內(nèi)核空間的轉(zhuǎn)移。

用戶空間分為：

User Applications(用戶應(yīng)用程序)GNU C Library (glibc 即 c 運(yùn)行庫)內(nèi)核空間分為：

System Call Interface(系統(tǒng)調(diào)用接口)Kernel(內(nèi)核)Architecture Dependent Kernel Code(架構(gòu)體系內(nèi)核代碼)子系統(tǒng)

Linux內(nèi)核主要由五個(gè)子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口，進(jìn)程間通信。

進(jìn)程調(diào)度(SCHED):控制進(jìn)程對CPU的訪問。當(dāng)需要選擇下一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，由調(diào)度程序選擇最值得運(yùn)行的進(jìn)程?？蛇\(yùn)行進(jìn)程實(shí)際上是僅等待CPU資源的進(jìn)程，如果某個(gè)進(jìn)程在等待其它資源，則該進(jìn)程是不可運(yùn)行進(jìn)程。Linux使用了比較簡單的基于優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程調(diào)度算法選擇新的進(jìn)程。

內(nèi)存管理(MM):允許多個(gè)進(jìn)程安全的共享主內(nèi)存區(qū)域。Linux 的內(nèi)存管理支持虛擬內(nèi)存，即在計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的程序，其代碼，數(shù)據(jù)，堆棧的總量可以超過實(shí)際內(nèi)存的大小，操作系統(tǒng)只是把當(dāng)前使用的程序塊保留在內(nèi)存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。必要時(shí)，操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)在磁盤和內(nèi)存間交換程序塊。內(nèi)存管理從邏輯上分為硬件無關(guān)部分和硬件有關(guān)部分。硬件無關(guān)部分提供了進(jìn)程的映射和邏輯內(nèi)存的對換;硬件相關(guān)的部分為內(nèi)存管理硬件提供了虛擬接口。

虛擬文件系統(tǒng)(VFS):隱藏了各種硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有的設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口，VFS提供了多達(dá)數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)。虛擬文件系統(tǒng)可以分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。邏輯文件系統(tǒng)指 Linux 所支持的文件系統(tǒng)，如 ext2,fat 等，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序指為每一種硬件控制器所編寫的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模塊。

網(wǎng)絡(luò)接口(NET):提供了對各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持。網(wǎng)絡(luò)接口可分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議部分負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)每一種可能的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)與硬件設(shè)備通訊，每一種可能的硬件設(shè)備都有相應(yīng)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。

進(jìn)程間通訊(IPC):支持進(jìn)程間各種通信機(jī)制。處于中心位置的進(jìn)程調(diào)度，所有其它的子系統(tǒng)都依賴它，因?yàn)槊總€(gè)子系統(tǒng)都需要掛起或恢復(fù)進(jìn)程。一般情況下，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程等待硬件操作完成時(shí)，它被掛起;當(dāng)操作真正完成時(shí)，進(jìn)程被恢復(fù)執(zhí)行。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一條消息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口需要掛起發(fā)送進(jìn)程，直到硬件成功成功地完成消息的發(fā)送，當(dāng)消息被成功的發(fā)送出去以后，網(wǎng)絡(luò)接口給進(jìn)程返回一個(gè)代碼，表示操作的成功或失敗。其他子系統(tǒng)以相似的理由依賴于進(jìn)程調(diào)度。

?架構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)?

Linux采用?單內(nèi)核(Monolithic Kernel)?架構(gòu)設(shè)計(jì)，具有以下技術(shù)優(yōu)勢：

所有核心服務(wù)運(yùn)行在內(nèi)核空間，避免頻繁上下文切換帶來的性能損耗。

通過模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載驅(qū)動(dòng)和功能擴(kuò)展，平衡性能與靈活性。??

支持從嵌入式設(shè)備到超級(jí)計(jì)算機(jī)的跨平臺(tái)運(yùn)行，涵蓋ARM、x86等多種指令集架構(gòu)。??