Linux 内核的特点
Linux是一种是实用性很强的现代操作系统，开发它的中坚力量是软件工程师，因此多以实用性和效率为出发点，很多地方还考虑了工业规范和兼容性等因素，因此不同于教学性操作系统追求理论上的最先进性，Linux系统内核最注重的问题是实用和效率。
下面我们简要归纳一下Linux内核的特色。
第一，Linux内核被设计成单巨内核（monolithic？）结构（相对微内核而言,微内核是一种功能更贴近硬件的核心软件，它一般仅仅包括初等内存管理、同步原语、程间通讯机制、I/O操作和中断管理，这样做有利于扩展性和移植性。但是微内核与诸如文件管理、设备驱动、虚拟内存管理、进程管理等其它上层模块之间需要有较高的通讯开销，所以目前多集中在理论教学领域，对工业应用效率难以保证。），因此效率高，紧凑性强。
第二， 2.6版本前Linux内核是单线程结构——所谓但线程结构是说同一时间只有一个执行线程（内核中的执行程序）允许在内核中运行，不会被调度程序打断运行其它任务，这种内核被成为非抢占的，它的好处在于内核中没有并发任务（单处理器而言），因此避免了许多复杂的同步问题，但其不利影响是非抢占特性延迟了系统响应速度，新任务必须等待当前任务在内核执行退出才能获得运行机会。工业控制领域需要高响应速度，因此2.6版本后由于Robert love等人的贡献，将抢占技术引入了Linux内核，使得其变为内核抢占系统，当然付出的代价是同步操作进一步复杂化了。
第三，为了保证能方便地支持新设备、新功能，又不会无限扩大内核规模，Linux系统对设备驱动或新文件系统等采用了模块化方式，用户在需要时可以现场动态加载，使用完毕可以动态卸载。同时对内核，用户也可以定制，选择适合自己的功能，将不需要的部分剔除出内核。这两种技术都保证了内核的紧凑性和扩展性。
第四，Linux内核纯粹是一种被动调用服务对象，所谓被动是因为它为用户服务的唯一方式是用户通过系统调用来请求在内核空间运行某个函数。内核本身是一种函数和数据结构的集合，不存在运行的内核进程为用户服务（虽然Linux的确存在一种被称为内核线程的进程，但它并不是用来服务于用户的，仅仅作为系统自身的服务目的）。
第五， Linux内核的采用虚拟内存技术使得内存空间虚拟扩展到了4GB之多，其中0-3G属于用户空间，称为用户段，3G-4G属于用户空间，称为内核段。这样使得用户编写程序可以使用远远大于实际内存的存储空间。
第六， Linux的文件系统最大特点是实现了一种抽象文件模型——VFS（虚拟文件系统），该文件系统属于Unix风格。使用虚拟文件系统屏蔽了各种不同文件系统的内在差别，使得用户可以使用同样的方式访问各种不同格式的文件系统，可以毫无区别地在不同介质不同格式的文件系统之间使用VFS提供的统一接口交换数据。这种抽象为Linux带来了无限活力。
第七， Linux提供了一套很有效的延迟执行机制——下半部分，软中断，tasklet和2.6新引入的工作列队等，这些技术保证了系统可以针对任务的轻重缓急，更细粒度的选择执行时机。保证了系统运行时尽量在安全时间（不关中断）。
Linux除了以上提到的特色外，还有许多其它突出特点，我们将在以后各期的介绍中有序地介绍。如果对上述特色有疑问的话，请别着急，后面的学习将为你解答。
Linux 操作系统内核结构
Linux内核虽然实现和Unix系统有很大不同，但是其结构还基本保持和Unix雷同，其中功能也和我们前面提到的操作系统内核要求大体一致。
用户空间的任何程序如果需要使用内核提供的服务，都必须经过系统调用，因此系统调用层和内核中大多数模块都留有接口，它们或是用来控制系统服务属性（如sys_fnctl设置文件操作属性；sys_nice设置进程时间片），或是从内核提取数据（如sys_time获得由时间中断维护的系统计时），或请求内核分配资源（brk扩展进程堆内存）。
文件系统包含VFS和各种实际文件系统。VFS为实际文件系统抽象了统一接口，而实际文件系统提供自身具体实例操作方法。另外在Linux中和Unix一样设备被巧妙的归属为特殊文件，受文件系统抽象和管理，因此其操作方式和文件系统一致。文件系统将对设备的操作递交给实际的设备驱动处理。
Linux中设备管理将设备被区分为块设备——可以随机访问，如磁盘——和字符设备——只能顺序访问，如键盘。字符设备结构简单，文件系统可将请求直接提交给字符设备驱动处理，但是对于块设备，由于频繁的随机访问需要反复进行磁盘寻址操作，这样会对系统载核的带来沉重负担，因此内核对块设备的请求必须加以整合，比如对请求排队、合并、然后有选择地派发给物理设备；另外读取设备时还需要在内存中进行缓冲磁盘块。因此在请求被提交给块设备前必须经过I/O层处理进行预处理，在磁盘块被读取后必须由I/O层进行块缓冲处理。
中断管理系统负责为设备服务，它相比轮询等方式节约了CPU周期，另外时钟中断还要负责更新系统时间，触发进程调度。
内存是系统中的核心资源之一，是数据存储和传递的必被条件，因此管理系统不但系统调用需要使用，而且几乎系统中所有模块都多多少少地需要使用内存管理系统的函数。文件系统、I/O系统用来缓冲数据都需要分配内存，进程管理中的进程数据存储，地址影射都需要内存，堆的增长也需要动态请求内存；还有就是进程通讯中的一个有效方法就是利用共享内存来实现的。
进程管理除了和内存管理和进程通讯有关外，也和文件系统有重要关联，因为进程资源中文件毫无疑问属于最重要的部分之一，因此进程管理系统也必须和文件系统交互。
Linux是一种是实用性很强的现代操作系统，开发它的中坚力量是软件工程师，因此多以实用性和效率为出发点，很多地方还考虑了工业规范和兼容性等因素，因此不同于教学性操作系统追求理论上的最先进性，Linux系统内核最注重的问题是实用和效率。
下面我们简要归纳一下Linux内核的特色。
第一，Linux内核被设计成单巨内核（monolithic？）结构（相对微内核而言,微内核是一种功能更贴近硬件的核心软件，它一般仅仅包括初等内存管理、同步原语、程间通讯机制、I/O操作和中断管理，这样做有利于扩展性和移植性。但是微内核与诸如文件管理、设备驱动、虚拟内存管理、进程管理等其它上层模块之间需要有较高的通讯开销，所以目前多集中在理论教学领域，对工业应用效率难以保证。），因此效率高，紧凑性强。
第二， 2.6版本前Linux内核是单线程结构——所谓但线程结构是说同一时间只有一个执行线程（内核中的执行程序）允许在内核中运行，不会被调度程序打断运行其它任务，这种内核被成为非抢占的，它的好处在于内核中没有并发任务（单处理器而言），因此避免了许多复杂的同步问题，但其不利影响是非抢占特性延迟了系统响应速度，新任务必须等待当前任务在内核执行退出才能获得运行机会。工业控制领域需要高响应速度，因此2.6版本后由于Robert love等人的贡献，将抢占技术引入了Linux内核，使得其变为内核抢占系统，当然付出的代价是同步操作进一步复杂化了。
第三，为了保证能方便地支持新设备、新功能，又不会无限扩大内核规模，Linux系统对设备驱动或新文件系统等采用了模块化方式，用户在需要时可以现场动态加载，使用完毕可以动态卸载。同时对内核，用户也可以定制，选择适合自己的功能，将不需要的部分剔除出内核。这两种技术都保证了内核的紧凑性和扩展性。
第四，Linux内核纯粹是一种被动调用服务对象，所谓被动是因为它为用户服务的唯一方式是用户通过系统调用来请求在内核空间运行某个函数。内核本身是一种函数和数据结构的集合，不存在运行的内核进程为用户服务（虽然Linux的确存在一种被称为内核线程的进程，但它并不是用来服务于用户的，仅仅作为系统自身的服务目的）。
第五， Linux内核的采用虚拟内存技术使得内存空间虚拟扩展到了4GB之多，其中0-3G属于用户空间，称为用户段，3G-4G属于用户空间，称为内核段。这样使得用户编写程序可以使用远远大于实际内存的存储空间。
第六， Linux的文件系统最大特点是实现了一种抽象文件模型——VFS（虚拟文件系统），该文件系统属于Unix风格。使用虚拟文件系统屏蔽了各种不同文件系统的内在差别，使得用户可以使用同样的方式访问各种不同格式的文件系统，可以毫无区别地在不同介质不同格式的文件系统之间使用VFS提供的统一接口交换数据。这种抽象为Linux带来了无限活力。
第七， Linux提供了一套很有效的延迟执行机制——下半部分，软中断，tasklet和2.6新引入的工作列队等，这些技术保证了系统可以针对任务的轻重缓急，更细粒度的选择执行时机。保证了系统运行时尽量在安全时间（不关中断）。
Linux除了以上提到的特色外，还有许多其它突出特点，我们将在以后各期的介绍中有序地介绍。如果对上述特色有疑问的话，请别着急，后面的学习将为你解答。
Linux 操作系统内核结构
Linux内核虽然实现和Unix系统有很大不同，但是其结构还基本保持和Unix雷同，其中功能也和我们前面提到的操作系统内核要求大体一致。
用户空间的任何程序如果需要使用内核提供的服务，都必须经过系统调用，因此系统调用层和内核中大多数模块都留有接口，它们或是用来控制系统服务属性（如sys_fnctl设置文件操作属性；sys_nice设置进程时间片），或是从内核提取数据（如sys_time获得由时间中断维护的系统计时），或请求内核分配资源（brk扩展进程堆内存）。
文件系统包含VFS和各种实际文件系统。VFS为实际文件系统抽象了统一接口，而实际文件系统提供自身具体实例操作方法。另外在Linux中和Unix一样设备被巧妙的归属为特殊文件，受文件系统抽象和管理，因此其操作方式和文件系统一致。文件系统将对设备的操作递交给实际的设备驱动处理。
Linux中设备管理将设备被区分为块设备——可以随机访问，如磁盘——和字符设备——只能顺序访问，如键盘。字符设备结构简单，文件系统可将请求直接提交给字符设备驱动处理，但是对于块设备，由于频繁的随机访问需要反复进行磁盘寻址操作，这样会对系统载核的带来沉重负担，因此内核对块设备的请求必须加以整合，比如对请求排队、合并、然后有选择地派发给物理设备；另外读取设备时还需要在内存中进行缓冲磁盘块。因此在请求被提交给块设备前必须经过I/O层处理进行预处理，在磁盘块被读取后必须由I/O层进行块缓冲处理。
中断管理系统负责为设备服务，它相比轮询等方式节约了CPU周期，另外时钟中断还要负责更新系统时间，触发进程调度。
内存是系统中的核心资源之一，是数据存储和传递的必被条件，因此管理系统不但系统调用需要使用，而且几乎系统中所有模块都多多少少地需要使用内存管理系统的函数。文件系统、I/O系统用来缓冲数据都需要分配内存，进程管理中的进程数据存储，地址影射都需要内存，堆的增长也需要动态请求内存；还有就是进程通讯中的一个有效方法就是利用共享内存来实现的。
进程管理除了和内存管理和进程通讯有关外，也和文件系统有重要关联，因为进程资源中文件毫无疑问属于最重要的部分之一，因此进程管理系统也必须和文件系统交互。
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