Linux内核主要由五个子系统组成:进程调度,内存管理,虚拟文件系统,网络接口,进程间通信。

    1.进程调度(SCHED):控制进程对CPU的访问。当需要选择下一个进程运行时,由调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程实际上是仅等待CPU资源的进程,如果某个进程在等待其它资源,则该进程是不可运行进程。Linux使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。

    2.内存管理(MM)允许多个进程安全的共享主内存区域。Linux的内存管理支持虚拟内存,即在计算机中运行的程序,其代码,数据,堆栈的总量可以超过实际内存的大小,操作系统只是把当前使用的程序块保留在内存中,其余的程序块则保留在磁盘中。必要时,操作系统负责在磁盘和内存间交换程序块。内存管理从逻辑上分为硬件无关部分和硬件有关部分。硬件无关部分提供了进程的映射和逻辑内存的对换;硬件相关的部分为内存管理硬件提供了虚拟接口。

    3.虚拟文件系统(VirtualFileSystem,VFS)隐藏了各种硬件的具体细节,为所有的设备提供了统一的接口,VFS提供了多达数十种不同的文件系统。虚拟文件系统可以分为逻辑文件系统和设备驱动程序。逻辑文件系统指Linux所支持的文件系统,如ext2,fat等,设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。

    4.网络接口(NET)提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持。网络接口可分为网络协议和网络驱动程序。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议。网络设备驱动程序负责与硬件设备通讯,每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。

    5.进程间通讯(IPC) 支持进程间各种通信机制。

    处于中心位置的进程调度,所有其它的子系统都依赖它,因为每个子系统都需要挂起或恢复进程。一般情况下,当一个进程等待硬件操作完成时,它被挂起;当操作真正完成时,进程被恢复执行。例如,当一个进程通过网络发送一条消息时,网络接口需要挂起发送进程,直到硬件成功地完成消息的发送,当消息被成功的发送出去以后,网络接口给进程返回一个代码,表示操作的成功或失败。其他子系统以相似的理由依赖于进程调度。

各个子系统之间的依赖关系如下:

    进程调度与内存管理之间的关系:这两个子系统互相依赖。在多道程序环境下,程序要运行必须为之创建进程,而创建进程的第一件事情,就是将程序和数据装入内存。

    进程间通信与内存管理的关系:进程间通信子系统要依赖内存管理支持共享内存通信机制,这种机制允许两个进程除了拥有自己的私有空间,还可以存取共同的内存区域。

    虚拟文件系统与网络接口之间的关系:虚拟文件系统利用网络接口支持网络文件系统(NFS),也利用内存管理支持RAMDISK设备。

    内存管理与虚拟文件系统之间的关系:内存管理利用虚拟文件系统支持交换,交换进程(swapd)定期由调度程序调度,这也是内存管理依赖于进程调度的唯一原因。当一个进程存取的内存映射被换出时,内存管理向文件系统发出请求,同时,挂起当前正在运行的进程。

    除了这些依赖关系外,内核中的所有子系统还要依赖于一些共同的资源。这些资源包括所有子系统都用到的过程。例如:分配和释放内存空间的过程,打印警告或错误信息的过程,还有系统的调试例程等等。

系统数据结构

    在linux的内核的实现中,有一些数据结构使用频度较高,他们是:

    task_struct.

    Linux内核利用一个数据结构(task_struct)代表一个进程,代表进程的数据结构指针形成了一个task数组(Linux中,任务和进程是相同的术语),这种指针数组有时也称为指针向量。这个数组的大小由NR_TASKS(默认为512),表明Linux系统中最多能同时运行的进程数目。当建立新进程的时候,Linux为新进程分配一个task_struct结构,然后将指针保存在task数组中。调度程序一直维护着一个current指针,他指向当前正在运行的进程。

Mm_struct

    每个进程的虚拟内存由一个mm_struct结构来代表,该结构实际上包含了当前执行映像的有关信息,并且包含了一组指向vm_area_struct结构的指针,vm_area_struct结构描述了虚拟内存的一个区域。

    Inode

    虚拟文件系统(VFS)中的文件、目录等均由对应的索引节点(inode)代表。每个VFS索引节点中的内容由文件系统专属的例程提供。VFS索引节点只存在于内核内存中,实际保存于VFS的索引节点高速缓存中。如果两个进程用相同的进程打开,则可以共享inade的数据结构,这种共享是通过两个进程中数据块指向相同的inode完成。


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