理解Linux内核最好预备的知识点
Linux内核的特点
Linux内核的任务
内核的组成部分
哪些地方用到了内核机制？
Linux进程
Linux创建新进程的机制
Linux线程
内核线程
地址空间与特权级别
虚拟地址与物理地址
特权级别（Linux的两种状态）
系统调用
设备驱动程序、块设备和字符设备
网络
文件系统
模块和热插拔
注:本文为《深入Linux内核架构》 的学习笔记
理解Linux内核最好预备的知识点：
Linux内核的特点：
结合了unix操作系统的一些基础概念
Linux内核的任务：
1.从技术层面讲，内核是硬件与软件之间的一个中间层。作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
2.从应用程序的层面讲，应用程序与硬件没有联系，只与内核有联系，内核是应用程序知道的层次中的最底层。在实际工作中内核抽象了相关细节。
3.内核是一个资源管理程序。负责将可用的共享资源(CPU时间、磁盘空间、网络连接等)分配得到各个系统进程。
4.内核就像一个库，提供了一组面向系统的命令。系统调用对于应用程序来说，就像调用普通函数一样。
内核实现策略：
1.微内核。最基本的功能由中央内核（微内核）实现。所有其他的功能都委托给一些独立进程，这些进程通过明确定义的通信接口与中心内核通信。
2.宏内核。内核的所有代码linux命令，包括子系统（如内存管理、文件管理、设备驱动程序）都打包到一个文件中。内核中的每一个函数都可以访问到内核中所有其他部分。目前支持模块的动态装卸(裁剪)。Linux内核就是基于这个策略实现的。
内核的组成部分：
1.用户空间（在“地址空间与特权级别”小节会详细介绍）：
应用程序：
C库
2.内核空间（在“地址空间与特权级别”小节会详细介绍）：
核心内核
设备驱动程序
硬件
详细可参考图1
特点：
1.不与任何特定的用户空间进程相关联。
2.与中断上下文运转的内核相比，内核线程可以进入睡眠状态,也可以像系统中的普通进程一样被调度器跟踪。
用途：
1.从内存和块设备之间的数据同步。
2.帮助调度器在CPU上分配进程。
如何查看内核线程：
命令：ps fax 方括号内的就是内核线程。
地址空间与特权级别
在正式介绍之前先介绍几个单位：
KiB ２^10字节
MiB ２^20
GiB ２^30
虚拟地址与物理地址：
虚拟地址：在计算机的专用术语中是指标识一个虚拟(非物理地址)的实体地址。
物理地址：切切实实存在的地址。在存储器里以字节为单位存储信息，为正确地存放或取得信息，每一个字节单元给以一个唯一的存储器地址，称为物理地址。
映射关系：
用页表为物理地址分配虚拟地址
注意：未必虚拟地址的所有页都映射到某个页帧。
原因：
1.页没有内存可以使用
2.数据尚不需要使用而没有载入内存。
3.页已经换出硬盘，需要时再换回内存。
页帧：物理内存页
页：专指虚拟地址空间中的页。
页表：将虚拟地址空间映射到物理地址空间的数据结构。
多级分页：建立虚拟地址到物理地址映射的一种方法，能有效减少内存用量。
CPU加速内存的访问过程，方法：
1.MMU(Memory Management Unit)内存管理单元
2.TLB(Translation Lookaside Buffer)地址转换后备缓冲器
IA-32位结构的CPU只需要使用二级页表,Linux内核总是使用四级页表，剩余部分由内核通过控页表对缺少的页表进行仿真。
概念注意：
1.CPU的字长决定了所能管理的地址空间的最大长度。对于32位系统是２^32 B = 4GiB
2.虚拟地址空间：地址空间的最大长度与实际可用的物理内存的数量无关。
虚拟地址空间划分为两个部分：
内核空间
用户空间
如图2所示：
图2%20虚拟内存的划分
有个等价名称值得一提：
用户层：指应用程序本身。指不属于内核的东西。
用户空间：不仅可以表示应用程序，还指代应用程序所运行的虚拟地址空间的一部分。与内核空间相对。
注意：每一个进程都有上述独立的虚拟地址空间。对于图2所示，每个进程有4GiB的内存空间。
Linux有两种状态，两种状态代表两种特权级别：
核心态:在虚拟地址的内核空间运行的状态。
用户状态:在虚拟地址的用户空间运行的状态。
注意：在用户状态禁止访问内核空间
这两种状态的差别在于：对高于TASK_SIZE的内存区域的访问。
定义：从用户状态到核心态的切换通过系统调用的特定手段完成。
方法：
1.内核代表用户程序执行代码
2.异步硬件中断激活，然后在中断上下文中进行。注意：在中断上下文运行时，内核不能进入睡眠状态。
注意：
