【Linux内核源码剖析】内核源码的组织结构
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前言
如果说CPU是计算机硬件的心脏,那么操作系统的内核就是整个计算机系统的心脏,或者说是最高管理机构。。。
一、Linux内核的特征
- Linux内核组织形式为整体式、开放式结构,也就是说整个内核有许多个过程组成,每个过程可以单独编译。特点:内部结构简单,工作效率高。
- 进程调度方式简单而有效。
- 支持内核线程(守护进程),在后台运行的线程。
- 支持多种平台的虚拟内存管理。
- 内核有自己特殊的虚拟文件系统。
- 模块机制,使得内核保持独立,又容易扩充。
- 增加了系统调用,内核也允许用户自己添加系统调用。
- 面向对象。
二、为什么要学Linux内核
- 提升研发出高水平软件;
- 开发自己的操作系统;
- 有助于计算机科学领域研究;
- Linux系统性能优化;
三、Linux操作系统结构
1. Linux内核在系统中的位置
Linux内核并不是孤立,要把它放到整个系统中去研究更容易理解,如下图所示内核在操作系统中的位置。
2. Linux内核子系统之间的关系
Linux内核由五大主要子系统组成,它们之间的关系为:
3. 系统主要的数据结构
在Linux内核中,有些使用频度较高的数据结构有:
- task_struct:代表一个进程数据结构指针形成一个task数组。
- mm_struct:代表进程的虚拟内存。
- inode:代表虚拟文件系统中的文件、目录等对应的索引节点(inode)。
三、Linux内核源码目录组织结构
Linux内核版本有两种:稳定版和开发版,Linux内核版本号由三组数字组成。
第一组数字:目前发布的内核主版本;
第二组数字:偶数表示稳定版本,奇数表示开发中版本;
第三组数字:错误修补次数。
例如:Linux3.4.31
第一组数字:3,主版本号;
第二组数字:4, 次版本号,表示稳定版本(因为是偶数);
第三组数字:31,修订版本号,表示修改的次数,头两个数字全在一起可以描述内核系列。
为了深入地了解Linux的实现机制,还必须阅读Linux的内核源代码,下面是对有关源代码的介绍。内核源代码的版本多,对不同的内核版本,系统调用一般是相同的。新版本也许可以增加一个新的系统调用,在大多数情况下,设备文件将仍然相同,而另一方面,版本之间的内部接口有所变化。
本系列文章以Linux4.4.4版本为例。
arch目录:不同平台体系相关代码;
block目录:块设备驱动;
certs目录:与认证和签名相关代码;
crypto目录:内核常用加密。压缩算法等代码;
Documentation目录:描述模块功能和协议规范代码;
Drivers目录 :驱动程序(USB总线、PCI总线、显卡驱动等);
firmware目录 : 主要是一些二进制固件;
fs目录 : 虚拟文件系统代码;
include目录 :内核源码依赖的绝大部分头文件;
init目录 :内核初始化代码,联系到内存各个组件入口;
ipc目录:进程间通信实现,比如共享内存、信号量、匿名管道等;
kernel目录 :内核核心代码,包括进程管理、IRQ、时间等;
lib目录:C标准库的子集;
mm目录: 内存管理相关实现;
net目录: 网络协议代码,比如TCP、IPv6、WiFi、以太网实现等等;
samples目录: 内核实例代码;
scripts目录: 编译和配置内核所需脚本;perl/bash;
security目录: 内核安全模型相关代码;如selinux
sound目录: 声卡驱动源码;
tools目录: 与内核交互;
usr目录: 用户打包和压缩内核的实现源码;
virt目录: /kvm虚拟化目录相关支持实现;