Linux操作系统内核结构与进程管理

"内核结构模型主要涉及层次法、模块法、对象法、微内核模型和单内核模型。Linux内核系统结构模型由汇编和机器语言编写的底层、C编写的与硬件无关层、用户程序、GNU工具、系统调用接口、文件子系统、IO设备、字符块设备、设备驱动程序、进程控制、进程间通信、进程调度、内存管理、硬件控制程序等组成。操作系统的核心工作包括进程的创建、调度、挂起以及进程通信等。" 操作系统的发展经历了从无操作系统到网络和分布式操作系统的历程，从最初的单道批处理系统，到多道程序设计的批处理、分时操作系统，再到多处理机并行系统，最后演变为网络和分布式系统。这一过程反映了对效率、并发性、资源共享和分布式计算能力的需求不断提升。 内核结构模型中的层次法是将操作系统功能按层次划分，从硬件抽象层向上构建。模块法则将操作系统划分为多个可独立编译和替换的模块，以提高可维护性和灵活性。对象法则是以对象为基础组织内核，强调模块间的封装和交互。微内核模型将基本服务放在内核外部，仅保留最小的核心，其余功能通过消息传递实现。而单内核模型则将大部分操作系统功能整合在单一内核中，提供更高的效率。 Linux内核采用的是单内核模型，其结构包括低层的硬件控制程序、中间层的内存管理和进程调度，以及高层的用户程序和系统调用接口。此外，Linux内核还支持虚拟存储器，允许程序使用超出实际物理内存大小的地址空间，并实现进程间的数据交换和共享。进程是操作系统的基本执行单元，包括上下文环境、可执行代码和数据。它们有多种状态，如新建、阻塞、就绪和运行。为了协调进程，操作系统提供了进程调度、进程间通信（如同步、互斥、信号、管道、信号量等）以及内存管理等功能。 虚拟存储器通过页表映射逻辑地址到物理地址，实现地址空间的隔离和共享。当发生缺页时，会触发页面替换算法来决定哪些页面应该被换出。进程相关的数据结构，如进程控制块（PCB），记录了进程的状态、内存分配等信息。整个内核虚拟存储器和进程虚拟存储器之间存在映射关系，确保每个进程拥有独立的虚拟地址空间。 Linux内核结构模型是其高效运行的基础，它通过精心设计的层次、模块和对象，以及对进程、内存和硬件的精细管理，实现了现代操作系统所需的各种功能。