Linux體系結(jié)構(gòu)

如下圖所示，Linux體系結(jié)構(gòu)，從大的方面可以分為用戶空間（User?Space）和內(nèi)核空間（Kernel?Space）。?

用戶空間中包含了C庫(kù)，用戶的應(yīng)用程序。在某些體系結(jié)構(gòu)圖中還包含了shell，當(dāng)然shell腳本也是Linux體系中不可缺少的一部分。

內(nèi)核空間包括硬件平臺(tái)、平臺(tái)依賴代碼、內(nèi)核、系統(tǒng)調(diào)用接口。

在任何一個(gè)現(xiàn)代操作系統(tǒng)中，都是分層的。為什么需要分層呢？

從程序員的角度分析，將linux底層和和應(yīng)用分開(kāi)，將linux底層和應(yīng)用分開(kāi)，做應(yīng)用的做應(yīng)用，做底層的做底層，各干各的。經(jīng)濟(jì)學(xué)的基本原理是，分工產(chǎn)生效率。

從安全性的角度分析，是為了保護(hù)內(nèi)核。現(xiàn)代CPU通常都實(shí)現(xiàn)了不同的工作模式。

以ARM為例：ARM實(shí)現(xiàn)了7種工作模式，不同模式下CPU可以執(zhí)行的指令或者訪問(wèn)的寄存器不同：?(1)用戶模式?usr?(2)系統(tǒng)模式?sys(3)管理模式?svc(4)快速中斷?fiq(5)外部中斷?irq(6)數(shù)據(jù)訪問(wèn)終止?abt(7)未定義指令異常。如果任何一個(gè)上層應(yīng)用都可以調(diào)用都可以調(diào)用寄存器，那樣肯定是無(wú)法穩(wěn)定執(zhí)行的。而且因?yàn)槌霈F(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題，出現(xiàn)了一個(gè)新的學(xué)科“現(xiàn)代操作系統(tǒng)”，如果大家感興趣可以看一下“現(xiàn)代操作系統(tǒng)”相關(guān)文章或者書籍。

以X86為例：X86實(shí)現(xiàn)了4個(gè)不同級(jí)別的權(quán)限，Ring0—Ring3?;Ring0下可以執(zhí)行特權(quán)指令，可以訪問(wèn)IO設(shè)備；Ring3則有很多的限制

如果分析一下Android的，這方面做的更加“喪心病狂”，Android所有的APK應(yīng)用程序，都是在Java虛擬機(jī)上面運(yùn)行，應(yīng)用程序更加遠(yuǎn)離底層。

另外，用戶空間和內(nèi)核空間是程序執(zhí)行的兩種不同狀態(tài)，我們可以通過(guò)“系統(tǒng)調(diào)用”和“硬件中斷”來(lái)完成用戶空間到內(nèi)核空間的轉(zhuǎn)移。

Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)

這一節(jié)，分析一下內(nèi)核結(jié)構(gòu)。

如下圖所示，是Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖。

SCI層（System?Call?Interface），這一層是給應(yīng)用用戶空間提供一套標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來(lái)訪問(wèn)Linux。前面分析Linux體系結(jié)構(gòu)的時(shí)候，介紹過(guò)任何一類現(xiàn)代操作系統(tǒng)都不會(huì)允許上層應(yīng)用直接訪問(wèn)底層，在Linux中，內(nèi)核提供了一套標(biāo)準(zhǔn)接口，上層應(yīng)用就可以通過(guò)這一套標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)訪問(wèn)底層。

PM（Procees?Management），這一部分包括具體創(chuàng)建創(chuàng)建進(jìn)程（fork、exec）,停止進(jìn)程（kill、exit）,并控制他們之間的通信（signal等）。還包括進(jìn)程調(diào)度，控制活動(dòng)進(jìn)程如何共享CPU。這一部分是Linux已經(jīng)做好的，在寫驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，只需要調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)這些功能，例如創(chuàng)建進(jìn)程、進(jìn)程通信等等。

MM（Memory?Management），內(nèi)存管理的主要作用是控制多個(gè)進(jìn)程安全的共享內(nèi)存區(qū)域。

VFS（Virtual?File?Systems），虛擬文件系統(tǒng)，隱藏各種文件系統(tǒng)的具體細(xì)節(jié)，為文件操作提供統(tǒng)一的接口。在Linux中“一切皆文件”，這些文件就是通過(guò)VFS來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Linux提供了一個(gè)大的通用模型，使這個(gè)模型包含了所有文件系統(tǒng)功能的集合。如下圖所示，是一個(gè)虛擬文件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

Device?Drivers設(shè)備驅(qū)動(dòng)，這一部分就是需要學(xué)習(xí)和掌握的。Linux內(nèi)核中有大量的代碼在設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序部分，用于控制特定的硬件設(shè)備。

Linux驅(qū)動(dòng)一般分為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、塊設(shè)備、字符設(shè)備、雜項(xiàng)設(shè)備，需要我們編寫的只有字符設(shè)備，雜項(xiàng)設(shè)備是不容易歸類的一種驅(qū)動(dòng)，雜項(xiàng)設(shè)備和字符設(shè)備有很多重合的地方。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，Linux內(nèi)核中提供了豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

在學(xué)習(xí)Linux驅(qū)動(dòng)之前需要理解和掌握l(shuí)inux體系結(jié)構(gòu)和Linux內(nèi)核結(jié)構(gòu)

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