这是我参与「第四届青训营 」笔记创作活动的第3天。
Linux 内核设计的理念主要以下几点:
MultiTask,多任务SMP,对称多处理ELF,可执行文件链接格式Monolithic Kernel,宏内核
MultiTask
多任务意味着可以有多个任务同时执行,这里的同时可以是并发或并行:
- 对于单核 CPU 时,可以让每个任务执行一小段时间,时间到就切换另外一个任务,从宏观角度看,一段时间内执行了多个任务,这被称为并发。
- 对于多核 CPU 时,多个任务可以同时被不同核心的 CPU 同时执行,这被称为并行
SMP
对称多处理代表着每个 CPU 的地位是相等的,对资源的使用权限也是相同的,多个 CPU 共享同一个内存,每个 CPU 都可以访问完整的内存和硬件资源。这个特点决定了 Linux 操作系统不会有某个 CPU 单独服务应用程序或内核程序,而是每个程序都可以被分配到任意一个 CPU 上被执行。
ELF
ELF 是Linux 操作系统中可执行文件的存储格式,结构如下图所示:
我们编写的代码,首先通过编译器编译成汇编代码,接着通过汇编器变成目标代码,也就是目标文件,最后通过链接器把多个目标文件以及调用的各种函数库链接起来,形成一个可执行文件,也就是 ELF 文件。执行 ELF 文件的时候,通过装载器把 ELF 文件装载到内存里,CPU 读取内存中的指令和数据,于是程序就被执行起来了。
Monolithic Kernel
Linux 的内核是一个完整的可执行程序,且拥有最高的权限。宏内核的特征是系统内核的所有模块,比如进程调度、内存管理、文件系统、设备驱动等,都运行在内核态。不过,Linux 也实现了动态加载内核模块的功能,例如大部分设备驱动是以可加载模块的形式存在的,与内核其他模块解藕,让驱动开发和驱动加载更为方便灵活。