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 1. 前言

本文主要講解什么是Linux內(nèi)核，以及通過(guò)多張圖片展示Linux內(nèi)核的作用與功能，以便于讀者能快速理解什么是Linux內(nèi)核，能看懂Linux內(nèi)核。

擁有超過(guò)1300萬(wàn)行的代碼，Linux內(nèi)核是世界上最大的開(kāi)源項(xiàng)目之一，但是內(nèi)核是什么，它用于什么?

一張圖看懂Linux內(nèi)核

Linux內(nèi)核是什么

2. 什么是內(nèi)核

內(nèi)核是與計(jì)算機(jī)硬件接口的易替換軟件的最低級(jí)別。它負(fù)責(zé)將所有以“用戶(hù)模式”運(yùn)行的應(yīng)用程序連接到物理硬件，并允許稱(chēng)為服務(wù)器的進(jìn)程使用進(jìn)程間通信(IPC)彼此獲取信息。

3. 內(nèi)核還要分種類(lèi)?

是的，沒(méi)錯(cuò)。

3.1 微內(nèi)核

微內(nèi)核只管理它必須管理的東西:CPU、內(nèi)存和IPC。計(jì)算機(jī)中幾乎所有的東西都可以被看作是一個(gè)附件，并且可以在用戶(hù)模式下處理。微內(nèi)核具有可移植性的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橹灰僮飨到y(tǒng)仍然試圖以相同的方式訪問(wèn)硬件，就不必?fù)?dān)心您是否更改了視頻卡，甚至是操作系統(tǒng)。微內(nèi)核對(duì)內(nèi)存和安裝空間的占用也非常小，而且它們往往更安全，因?yàn)橹挥刑囟ǖ倪M(jìn)程在用戶(hù)模式下運(yùn)行，而用戶(hù)模式不具有管理員模式的高權(quán)限。

微內(nèi)核

3.1.1 Pros

• 可移植性
• 安裝占用空間小
• 小內(nèi)存占用
• 安全

3.1.2 Cons

• 通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序，硬件更加抽象
• 硬件可能反應(yīng)較慢，因?yàn)轵?qū)動(dòng)程序處于用戶(hù)模式
• 進(jìn)程必須在隊(duì)列中等待才能獲得信息
• 進(jìn)程不能在不等待的情況下訪問(wèn)其他進(jìn)程

3.2 單內(nèi)核

單內(nèi)核與微內(nèi)核相反，因?yàn)樗鼈儾粌H包含CPU、內(nèi)存和IPC，而且還包含設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件系統(tǒng)管理和系統(tǒng)服務(wù)器調(diào)用等內(nèi)容。單內(nèi)核更擅長(zhǎng)于訪問(wèn)硬件和多任務(wù)處理，因?yàn)槿绻粋€(gè)程序需要從內(nèi)存或運(yùn)行中的其他進(jìn)程中獲取信息，那么它就有一條更直接的線路來(lái)訪問(wèn)信息，而不需要在隊(duì)列中等待來(lái)完成任務(wù)。但是，這可能會(huì)導(dǎo)致問(wèn)題，因?yàn)樵诠芾砟Ｊ较逻\(yùn)行的東西越多，如果行為不正常，就會(huì)有越多的東西導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

單內(nèi)核

3.2.1 Pros

• 更直接地訪問(wèn)程序的硬件
• 流程之間更容易通信
• 如果支持您的設(shè)備，它應(yīng)該不需要額外安裝就可以工作
• 進(jìn)程反應(yīng)更快，因?yàn)闆](méi)有等待處理器時(shí)間的隊(duì)列

3.2.2 Cons

• 較大安裝體積
• 較大內(nèi)存占用
• 不太安全，因?yàn)樗胁僮鞫荚诠芾砟Ｊ较逻\(yùn)行

內(nèi)核對(duì)比monolithic_vs_microkernel

4. 混合的內(nèi)核

混合內(nèi)核能夠選擇在用戶(hù)模式下運(yùn)行什么，以及在管理模式下運(yùn)行什么。通常情況下，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和文件系統(tǒng)I/O將在用戶(hù)模式下運(yùn)行，而IPC和服務(wù)器調(diào)用將保持在管理器模式下。這是兩全其美，但通常需要硬件制造商做更多的工作，因?yàn)樗序?qū)動(dòng)程序的責(zé)任都由他們來(lái)承擔(dān)。它還可能存在一些與微內(nèi)核固有的延遲問(wèn)題。

混合的內(nèi)核

4.1 Pros

• 開(kāi)發(fā)人員可以選擇什么在用戶(hù)模式下運(yùn)行，什么在管理模式下運(yùn)行
• 比單片內(nèi)核更小的安裝占用空間
• 比其他型號(hào)更靈活

4.2 Cons

• 會(huì)遭受與微內(nèi)核相同的進(jìn)程延遲
• 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序需要由用戶(hù)管理(通常)

5. Linux內(nèi)核文件在哪里

Ubuntu中的內(nèi)核文件存儲(chǔ)在/boot文件夾中，稱(chēng)為vmlinux -version。vmlinuz這個(gè)名字來(lái)自于unix世界，早在60年代，他們就把內(nèi)核簡(jiǎn)單地稱(chēng)為“unix”，所以當(dāng)內(nèi)核在90年代首次開(kāi)發(fā)時(shí)，Linux就開(kāi)始把內(nèi)核稱(chēng)為“Linux”。

Linux內(nèi)核文件在哪里

當(dāng)開(kāi)發(fā)虛擬內(nèi)存以便更容易地進(jìn)行多任務(wù)處理時(shí)，將“vm”放在文件的前面，以顯示內(nèi)核支持虛擬內(nèi)存。有一段時(shí)間，Linux內(nèi)核被稱(chēng)為vmlinux，但是內(nèi)核變得太大，無(wú)法裝入可用的引導(dǎo)內(nèi)存，因此壓縮了內(nèi)核映像，并將末尾的x更改為z，以顯示它是用zlib壓縮的。并不總是使用相同的壓縮，通常用LZMA或BZIP2替換，一些內(nèi)核簡(jiǎn)單地稱(chēng)為zImage。

版本號(hào)將采用A.B.C.格式D在。B可能是2.6,C是您的版本，D表示您的補(bǔ)丁或補(bǔ)丁。

linux版本號(hào)

在/boot文件夾中還有其他非常重要的文件，稱(chēng)為initrd.img-version、system.map-version, config-version。initrd文件用作一個(gè)小RAM磁盤(pán)，用于提取和執(zhí)行實(shí)際的內(nèi)核文件。這個(gè)系統(tǒng)。map文件用于內(nèi)核完全加載之前的內(nèi)存管理，配置文件告訴內(nèi)核在編譯內(nèi)核映像時(shí)要加載哪些選項(xiàng)和模塊。6. Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)

因?yàn)長(zhǎng)inux內(nèi)核是單片的，所以它比其他類(lèi)型的內(nèi)核占用空間最大，復(fù)雜度也最高。這是一個(gè)設(shè)計(jì)特性，在Linux早期引起了相當(dāng)多的爭(zhēng)論，并且仍然帶有一些與單內(nèi)核固有的相同的設(shè)計(jì)缺陷。

Linux內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)

為了解決這些缺陷，Linux內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員所做的一件事就是使內(nèi)核模塊可以在運(yùn)行時(shí)加載和卸載，這意味著您可以動(dòng)態(tài)地添加或刪除內(nèi)核的特性。這不僅可以向內(nèi)核添加硬件功能，還可以包括運(yùn)行服務(wù)器進(jìn)程的模塊，比如低級(jí)別虛擬化，但也可以替換整個(gè)內(nèi)核，而不需要在某些情況下重啟計(jì)算機(jī)。

想象一下，如果您可以升級(jí)到Windows服務(wù)包，而不需要重新啟動(dòng)……

7. 內(nèi)核模塊

如果Windows已經(jīng)安裝了所有可用的驅(qū)動(dòng)程序，而您只需要打開(kāi)所需的驅(qū)動(dòng)程序怎么辦?這本質(zhì)上就是內(nèi)核模塊為L(zhǎng)inux所做的。內(nèi)核模塊，也稱(chēng)為可加載內(nèi)核模塊(LKM)，對(duì)于保持內(nèi)核在不消耗所有可用內(nèi)存的情況下與所有硬件一起工作是必不可少的。

內(nèi)核模塊

模塊通常向基本內(nèi)核添加設(shè)備、文件系統(tǒng)和系統(tǒng)調(diào)用等功能。lkm的文件擴(kuò)展名是.ko，通常存儲(chǔ)在/lib/modules目錄中。由于模塊的特性，您可以通過(guò)在啟動(dòng)時(shí)使用menuconfig命令將模塊設(shè)置為load或not load，或者通過(guò)編輯/boot/config文件，或者使用modprobe命令動(dòng)態(tài)地加載和卸載模塊，輕松定制內(nèi)核。

第三方和封閉源碼模塊在一些發(fā)行版中是可用的，比如Ubuntu，默認(rèn)情況下可能無(wú)法安裝，因?yàn)檫@些模塊的源代碼是不可用的。該軟件的開(kāi)發(fā)人員(即nVidia、ATI等)不提供源代碼，而是構(gòu)建自己的模塊并編譯所需的.ko文件以便分發(fā)。雖然這些模塊像beer一樣是免費(fèi)的，但它們不像speech那樣是免費(fèi)的，因此不包括在一些發(fā)行版中，因?yàn)榫S護(hù)人員認(rèn)為它通過(guò)提供非免費(fèi)軟件“污染”了內(nèi)核。

內(nèi)核并不神奇，但對(duì)于任何正常運(yùn)行的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它都是必不可少的。Linux內(nèi)核不同于OS X和Windows，因?yàn)樗瑑?nèi)核級(jí)別的驅(qū)動(dòng)程序，并使許多東西“開(kāi)箱即用”。希望您能對(duì)軟件和硬件如何協(xié)同工作以及啟動(dòng)計(jì)算機(jī)所需的文件有更多的了解。

8. 總結(jié)

通過(guò)本文，您應(yīng)該較好地理解什么是Linux內(nèi)核以及通過(guò)一張或者多張圖看懂Linux內(nèi)核的作用了吧?