Linux 内核辨析

Linux 内核剖析

由于本文的目标是对 Linux 内核进行介绍并探索其体系结构和主要组件,因此首先回顾一下 Linux 的简短历史,然后从较高的层次审视 Linux 内核的体系结构,最后介绍它的主要子系统。Linux 内核具有超过 600 万行的代码,因此本文不可能进行完整的介绍。请使用指向其他内容的链接进一步学习。

Linux 的简短历史

Linux 还是 GNU/Linux?
您可能已经注意到 Linux 作为一个操作系统来说,有时会称为 “Linux”,有时却称为 “GNU/Linux”。这背后的原因在于 Linux 实际上是操作系统的内核。使这个操作系统变得非常有用的大量应用程序是?GNU 软件。例如,窗口系统、编译器、各种 shell、开发工具、编辑器、实用工具以及内核之外的其他应用程序,其中很多都是 GNU 软件。由于这个原因,很多人都认为 “GNU/Linux” 更适合作为操作系统的名字,而 “Linux” 则适合作为内核的名字。

尽管 Linux 绝对是最流行的开源操作系统,但是相对于其他操作系统的漫长历史来说,Linux 的历史非常短暂。在计算机出现早期,程序员是使用硬件语言在裸硬件上进行开发的。缺少操作系统就意味着在某个时间只有一个应用程序(和一个用户)可以使用这些庞大而又昂贵的设备。早期的操作系统是在 20 世纪 50 年代开发的,用来提供简单的开发体验。包括为 IBM 701 开发的 General Motors Operating System(GMOS)和 North American Aviation 为 IBM 709 开发的 FORTRAN Monitor System(FMS)。

在 20 世纪 60 年代,MIT(Massachusetts Institute of Technology)和一些公司为 GE-645 开发了一个名为 Multics(Multiplexed Information and Computing Service)的实验性的操作系统。这个操作系统的开发者之一 AT&T 后来退出了 Multics,并在 1970 年开发了自己的名为 Unics 的操作系统。与这个操作系统一同诞生的是 C 语言,C 语言就是为此而开发的,然后它们使用 C 语言对操作系统进行了重写,使操作系统开发具有可移植性。

二十年后,Andrew Tanenbaum 创建了一个微内核版本的 UNIX?,名为 MINIX(代表 minimal UNIX),它可以在小型的个人计算机上运行。这个开源操作系统在 20 世纪 90 年代激发了 Linus Torvalds 开发 Linux 的灵感(请参看图 1 所示)。

图 1. 主要 Linux 内核发行版简史
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Linux 快速从一个个人项目进化成为一个全球数千人参与的开发项目。对于 Linux 来说,最为重要的决策之一是采用 GPL(GNU General Public License)。在 GPL 保护之下,Linux 内核可以防止商业使用,并且它还从 GNU 项目(Richard Stallman 开发,其源代码要比 Linux 内核大得多)的用户空间开发受益。这允许使用一些非常有用的应用程序,例如 GCC(GNU Compiler Collection)和各种 shell 支持。

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Linux 内核简介

现在让我们从一个比较高的高度来审视一下 GNU/Linux 操作系统的体系结构。您可以从两个层次上来考虑操作系统,如图 2 所示。

图 2. GNU/Linux 操作系统的基本体系结构
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系统调用接口(SCI)的方法
实际上,体系结构可能并不像图 2 所示的一样清晰。例

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