Linux内核简介

内核是操作系统的核心 ，其主要功能有：

• 响应中断，执行中断服务程序
• 管理多个进程，调度和分享处理器的时间
• 管理进程地址空间的内存管理
• 网络和进程间通信等系统服务程序

为了保护系统，通常操作系统被划分为内核空间和用户空间，内核独立于普通的应用程序，一般处于系统态，拥有受保护的内存地址和硬件设备的所有访问权限；相对的，应用程序工作在用户空间，仅能访问系统允许他们使用的部分系统资源，并通过系统调用的方式对硬件设备进行访问，同时不同的应用程序不能访问内核划给其他应用程序的内存范围。

内核的活动范围：

• 运行于用户空间，执行用户进程
• 运行于内核空间，处于进程上下文，代表某个特定进程的执行
• 运行于内核空间，处于中断上下文，与任何进程无关，处理某个特定的中断

---

单内核和微内核

操作系统内核主要分为两大阵营：单内核和微内核。

单内核

内核运行在一个单独的地址空间，因此所有内核服务都在一个大内核地址空间运行，内核间的通信开销很小，所有内核服务都运行在内核态，并处于同一地址空间，这种模式的优点是简单和性能高。大多数Unix系统都设计为单内核。

微内核

每个内核服务是一个独立的过程，叫做服务器，每个服务器都有各自的地址空间。仅有强烈要求特权服务的服务器会运行在特权模式下，其他服务器都运行在用户空间。因此系统不能直接调用函数，而是通过进程间通信（IPC）的方式进行消息传递。

单内核和微内核对比

单内核由于所有的服务运行于同一地址空间，因此可以系统可以直接调用服务，相对于微内核减少了IPC时间，同时不需要上下文来回切换的开销；但是单内核由于所有的服务处于同一地址空间，这样恶意程序容易通过内核服务对系统进行攻击。因此，Linux在单内核的基础上采用了微内核的优点。

Linux单内核优化

Linux是一个单内核，其内核运行在单独的内核地址空间，但是Linux汲取了微内核的精华：模块化设计、抢占式内核、支持内核线程和动态加载内核模块。

Linux内核版本号

2.6.26.1：2为主版本号；6为从版本；26为修订版本号；1，奇数为开发版本，若是偶数则为稳定版本。

内核开发的特点

相对于用户空间内应用程序的开发，内核开发有一些独特之处，因此需要注意以下事项：

• 不能访问C库和标准的C头文件（个人理解这些都是系统调用部分的库）
• 必须使用GNU C
• 缺乏用户空间那样的内存保护机制
• 难以执行浮点运算
• 每个进程只有一个很小的定长堆栈
• 由于支持异步中断、抢占和SMP，必须时刻注意同步和并发
• 需要考虑可移植性