Linux内核简介

系统管理员 2022-10-01 01:49 210阅读 0赞

Linux内核简介——http://oss.org.cn/kernel-book/index.htm  
  
**Unix——一个强大健壮稳定的操作系统。**  
特点：简洁（系统调用少）；一切皆为文件的设计哲学；C语言编写，移植性好；简单稳定的进程间原语。  
Unix已经成为一个支持多任务、多线程、虚拟内存、换页、动态链接和TCP/IP网络的现代操作系统。  
  
**Linux内核版本**  
稳定版和处于开发中的版本（开发版）；如2.6.0内核，主版本号.从版本号.修订版本号  
内核没有内存保护机制，内核非法访问内存的结果很难控制，内核的内存都不分页。  
内核并不能完美地支持浮点操作。  
内核栈，很小，长度固定，不能动态增长。32位机器为8K，64位为16K  
Linux内核是可以抢占的。中断时异步到来的。Linux内核支持多处理器并发处理。  
解决竞争的办法是自旋锁和信号量。  
Linux内核必须保持可移植性。  
  
**内核开发特点**  
1）内核不能访问C库，使用内核实现<linux/\*.h>，printk函数代替printf  
2）内核编程必须使用GNU C，  
支持内联函数，static inline type func（。。。），必须使用static修饰  
支持内联汇编，C函数中嵌入汇编指令  
分支声明优化，unlikely（foo）——foo通常不为0和likely（foo）——foo通常为0  
3) 内核编程时缺乏向用户空间那样的内存保护机制  
4）内核编程浮点数很难使用，不要轻易使用  
5）内核只有一个很小的定长堆栈，32位8KB，64位16KB  
6）内核支持异步中断，抢占和SMP，因此必须时刻注意同步和并发。解决竞争的办法是自旋锁和信号量。  
7）要考虑可移植性的重要性  
  
  
进程上下文：运行于内核空间，系统调用陷入内核  
中断上下文：运行于内核空间，处理异步中断信号产生的中断；当硬件设备想和系统通信时，它首先  
发出一个一步中断喜好打断内核正在执行的工作。中断-中断号-中断服务程序  
当发生进程调度时，进行进程切换就是上下文切换(context switch)  
  
  
处理器总处于以下状态中的一种：  
1.内核态，运行于进程上下文，内核代表进程运行于内核空间；  
2.内核态，运行于中断上下文，内核代表硬件运行于内核空间；  
3.用户态，运行于用户空间  
  
**计算机体系结构  
AMD x86-64=Intel 64：**  
“x86-64”，有时会简称为“x64”，是64位微处理器架构及其相应指令集的一种，也是Intel x86架构的延伸产品。“x86-64”1999由AMD设计，  
AMD首次公开64位集以扩充给IA-32，称为x86-64（后来改名为AMD64）。其后也为英特尔所采用，现时英特尔称之为“Intel 64”，在之前曾使  
用过Clackamas Technology (CT)、IA-32e及EM64T。外界多使用"x86-64"或"x64"去称呼此64位架构，从而保持中立，不偏袒任何厂商。  
**ARM：**  
ARM架构，过去称作进阶精简指令集机器（Advanced RISC Machine，更早称作：Acorn RISC Machine），是一个32位精简指令集（RISC）处理器  
架构，其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。由于节能的特点，ARM处理器非常适用于行动通讯领域，符合其主要设计目标为低成本、高效能、低耗  
电的特性。  
IP核，知识产权核（Intelligence Patent core）  
**Intel IA-32:**  
IA-32（Intel Architecture），英特尔体系架构，英特尔从486开始采用，也就叫X86-32架构，在同一时间内可以处理32位二进制数据。CPU  
的工作宽度是32位。其它公司在软硬方面都兼容此架构，也列属于IA-32架构  
**Intel IA-64：**  
IA-64是英特尔公司与惠普公司共同开发的纯64位微处理器。IA是Intel Architecture（英特尔架构）的缩写，64指64位系统。  
IA-64架构是EPIC（Explicitly Parallel Instruction Computing）的64位架构。EPIC是基于超长指令字VLIW（Very Long Instruction Word）  
的设计，通过将多条指令放入一个指令字，有效的提高了CPU各个计算功能部件的利用效率，提高了程序的性能。  
IA-64是一种CPU架构，使用这种架构的CPU有Itanium, Itanium 2。  
**MIPS：**  
MIPS架构（英语：MIPS architecture，为Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages的缩写，亦为Millions of Instructions  
Per Second的相关语），是一种采取精简指令集（RISC）的处理器架构，1981年出现，由MIPS科技公司开发并授权，广泛被使用在许多电子产品、  
网络设备、个人娱乐装置与商业装置上。最早的MIPS架构是32位元，最新的版本已经变成64位元。  
**PowerPC:**  
PowerPC是一种精简指令集（RISC）架构的中央处理器（CPU），其基本的设计源自IBM（国际商用机器公司）的POWER（Performance Optimized With  
Enhanced RISC；《IBM Connect电子报》2007年8月号译为“增强RISC性能优化”）架构。  
1990年代，IBM、Apple和Motorola开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。  
**SPARC：**  
SPARC，全称为“可扩充处理器架构”（Scalable Processor ARChitecture），是RISC微处理器架构之一。它最早于1985年由太阳微系统所设计，也是  
SPARC国际公司的注册商标之一。这家公司于1989年成立，其目的是向外界推广SPARC，以及为该架构进行符合性测试。此外该公司为了扩阔SPARC设计的  
生态系统，SPARC国际也把标准开放，并授权予多间生产商采用，包括德州仪器、Cypress半导体、富士通等。由于SPARC架构也对外完全开放，因此也出  
现了完全开放源代码的LEON处理器，这款处理器以VHDL语言写成，并采用LGPL授权。  
SPARC架构原设计给工作站使用，及后应用在升阳、富士通等制造的大型SMP服务器上。而升阳开发的Solaris操作系统也是为SPARC设计的系统之一，除  
Solaris外，NeXTSTEP、Linux、FreeBSD、OpenBSD及NetBSD系统也提供SPARC版本。  
现时最新版本的SPARC为第8及第9版，在2005年12月，升阳方面宣布其UltraSPARC T1处理器将采用开放源代码方式。2007年，太阳微系统宣布  
UltraSPARC T2处理器已经加入OpenSPARC开放源代码计划。  
**UltraSPARC**：  
  
**对称多处理机（SMP）：**  
对称多处理机（Symmetric Multiprocessor）最主要的特征是系统的对称性，即每个处理器可以以同等代价访问各个共享存储器。  
显然，SMP的访存模型一定是均匀访存模型（UMA）的。  
对称多处理机（SymmetricalMulti-Processing）又叫SMP，是指在一个计算机上汇集了一组处理器(多CPU)，各CPU之间共享内存子系统以及总线结构。  
它是相对非对称多处理技术而言的、应用十分广泛的并行技术。在这种架构中，一台电脑不再由单个CPU组成，而同时由多个处理器运行操作系统的单一  
复本，并共享内存和一台计算机的其他资源。虽然同时使用多个CPU，但是从管理的角度来看，它们的表现就像一台单机一样。系统将任务队列对称地分  
布于多个CPU之上，从而极大地提高了整个系统的数据处理能力。所有的处理器都可以平等地访问内存、I/O和外部中断。在对称多处理系统中，系统资  
源被系统中所有CPU共享，工作负载能够均匀地分配到所有可用处理器之上。从而提高整个系统的数据处理能力。