Linux内核详解：用户程序与内核接口及内存管理

本文档是《Linux内核完全注释》一书的摘录，主要讲解了Linux内核系统与用户程序的关系，以及内核的各个关键组件和它们的功能。 在Linux系统中，内核与用户程序之间的关系是通过两个主要的接口建立的：系统调用接口和内核库函数。系统调用接口允许应用程序直接与内核交互，通常通过中断int 0x80来实现。另一方面，内核库函数，作为C语言基础库libc的一部分，为用户程序提供了一个更高级别的抽象层来与内核通信。许多系统调用实际上是作为C库函数实现的，使得一般用户程序能够轻松调用内核服务。 内核的各个组件扮演着关键角色，比如： 1. **内核系统调用**：如`_exit()`、`close(fd)`、`dup()`、`open()`、`write()`、`execve()`、`malloc()`、`wait()`、`setsid()`等，这些是内核提供给用户程序的基本操作。 2. **内核库函数**：这些函数位于`lib`目录下，包括简短的C语言程序，用于支持内核初始化和用户态进程。例如，`malloc.c`实现内存分配，其他文件则实现各种系统调用的接口。 3. **内存管理**：`mm`目录下的`memory.c`和`page.s`文件处理内存的分配和管理，包括分页和分段机制，确保进程的虚拟地址与物理内存地址之间的映射。分页用于处理缺页异常和页保护问题，通过内存分页和写时复制策略优化内存使用。 4. **设备驱动**：例如`keyboard.S`实现了键盘中断处理，而`math_emulate.c`在没有数学协处理器时，通过软件模拟协处理器功能。 5. **编译内核工具**：`tools`目录的`build.c`程序负责将编译后的目标代码链接成可执行的内核映像文件。 通过这些组件的协同工作，Linux内核为用户程序提供了一个高效、安全的运行环境。了解这些内部机制对于深入理解Linux操作系统的工作原理至关重要。虽然注解的是较早版本的内核（v0.11），但它包含了Linux核心概念和机制，对于学习和研究Linux内核具有很高的价值。