Linux基礎系列—Linux體系結構和Linux內核結構

 /**

******************************************************************************

* @author    暴走的小哥哥

* @version   V1.0.0

* @date       2016-02-23

@version      V1.0.1

* @data      2016-02-25

******************************************************************************

* <  Beijing university of posts and telecommunications >

*******************************************************************************

******************************************************************************

* platform exynos4412

*******************************************************************************

**/

Linux體系結構

以下圖所示，Linux體系結構，從大的方面能夠分爲用戶空間（User Space）和內核空間（Kernel Space）。 

 

用戶空間中包含了C庫，用戶的應用程序。在某些體系結構圖中還包含了shell，固然shell腳本也是Linux體系中不可缺乏的一部分。

內核空間包括硬件平臺、平臺依賴代碼、內核、系統調用接口。

 

在任何一個現代操做系統中，都是分層的。爲何須要分層呢？

從程序員的角度分析，將linux底層和和應用分開，將linux底層和應用分開，作應用的作應用，作底層的作底層，各幹各的。經濟學的基本原理是，分工產生效率。

從安全性的角度分析，是爲了保護內核。現代CPU一般都實現了不一樣的工做模式。

以ARM爲例：ARM實現了7種工做模式，不一樣模式下CPU能夠執行的指令或者訪問的寄存器不一樣： (1)用戶模式 usr (2)系統模式 sys(3)管理模式 svc(4)快速中斷 fiq(5)外部中斷 irq(6)數據訪問終止 abt(7)未定義指令異常。若是任何一個上層應用均可以調用均可以調用寄存器，那樣確定是沒法穩定執行的。並且由於出現了這個問題，出現了一個新的學科「現代操做系統」，若是你們感興趣能夠看一下「現代操做系統」相關文章或者書籍。

以X86爲例：X86實現了4個不一樣級別的權限，Ring0—Ring3 ;Ring0下能夠執行特權指令，能夠訪問IO設備；Ring3則有不少的限制

若是分析一下Android的，這方面作的更加「喪心病狂」，Android全部的APK應用程序，都是在Java虛擬機上面運行，應用程序更加遠離底層。

 

另外，用戶空間和內核空間是程序執行的兩種不一樣狀態，咱們能夠經過「系統調用」和「硬件中斷」來完成用戶空間到內核空間的轉移。

 

Linux內核結構

這一節，分析一下內核結構。

以下圖所示，是Linux內核結構圖。

 

SCI層（System Call Interface），這一層是給應用用戶空間提供一套標準的系統調用函數來訪問Linux。前面分析Linux體系結構的時候，介紹過任何一類現代操做系統都不會容許上層應用直接訪問底層，在Linux中，內核提供了一套標準接口，上層應用就能夠經過這一套標準接口來訪問底層。

 

PM（Procees Management），這一部分包括具體建立建立進程（fork、exec）,中止進程（kill、exit）,並控制他們之間的通訊（signal等）。還包括進程調度，控制活動進程如何共享CPU。這一部分是Linux已經作好的，在寫驅動的時候，只須要調用對應的函數便可實現這些功能，例如建立進程、進程通訊等等。

 

MM（Memory Management），內存管理的主要做用是控制多個進程安全的共享內存區域。

 

VFS（Virtual File Systems），虛擬文件系統，隱藏各類文件系統的具體細節，爲文件操做提供統一的接口。在Linux中「一切皆文件」，這些文件就是經過VFS來實現的。Linux提供了一個大的通用模型，使這個模型包含了全部文件系統功能的集合。以下圖所示，是一個虛擬文件系統的結構圖。

 

Device Drivers設備驅動，這一部分就是須要學習和掌握的。Linux內核中有大量的代碼在設備驅動程序部分，用於控制特定的硬件設備。

Linux驅動通常分爲網絡設備、塊設備、字符設備、雜項設備，須要咱們編寫的只有字符設備，雜項設備是不容易歸類的一種驅動，雜項設備和字符設備有不少重合的地方。

 

網絡協議棧，Linux內核中提供了豐富的網絡協議實現。

 

 

在學習Linux驅動以前須要理解和掌握linux體系結構和Linux內核結構

本人文字水平有限，因此就一步一步的寫和截圖，但願這種形式對你們有所幫助！