Explication détaillée de l'architecture Linux et de la structure du noyau

Architecture Linux

Comme le montre la figure ci-dessous, l'architecture Linux peut être largement divisée en espace utilisateur (User Space) et espace noyau (Kernel Space).

L'espace utilisateur comprend des bibliothèques C et des applications utilisateur. Certains diagrammes d'architecture incluent également des shells. Bien entendu, les scripts shell font également partie intégrante du système Linux.

L'espace noyau comprend la plate-forme matérielle, le code dépendant de la plate-forme, le noyau et l'interface d'appel système.

Dans tout système d'exploitation moderne, il existe des couches. Pourquoi la superposition est-elle nécessaire ? Du point de vue du programmeur, séparer le sous-jacent Linux et les applications permet à chacun de se concentrer sur son propre domaine, améliorant ainsi l'efficacité. Du point de vue de la sécurité, la superposition consiste à protéger le noyau. Les processeurs modernes implémentent généralement différents modes de fonctionnement. Par exemple, ARM implémente 7 modes de fonctionnement. Dans différents modes, le processeur peut exécuter différentes instructions ou accéder à différents registres. Si toutes les applications des couches supérieures peuvent appeler des registres à volonté, le système d'exploitation ne peut pas s'exécuter de manière stable. Par conséquent, une nouvelle discipline est apparue dans les systèmes d'exploitation : les « systèmes d'exploitation modernes ».

Dans l'architecture X86, 4 niveaux d'autorisations différents sont implémentés, à savoir Ring0 à Ring3. Sous les autorisations Ring0, des instructions privilégiées peuvent être exécutées et les périphériques IO sont accessibles, tandis que sous les autorisations Ring3, il existe de nombreuses restrictions.

Android est encore plus "fou". Toutes les applications APK s'exécutent sur la machine virtuelle Java, et les applications sont plus éloignées de la couche inférieure.

De plus, l'espace utilisateur et l'espace noyau sont deux états différents d'exécution du programme. Nous pouvons effectuer le transfert de l'espace utilisateur vers l'espace noyau via « l'appel système » et « l'interruption matérielle ».

Structure du noyau Linux

Dans cette section, nous analysons la structure du noyau.

Comme le montre la figure ci-dessous, il s'agit du diagramme de structure du noyau Linux.

Couche SCI (System Call Interface), cette couche fournit un ensemble de fonctions d'appel système standard permettant à l'espace utilisateur de l'application d'accéder à Linux. Lors de l'analyse de l'architecture Linux plus tôt, nous avons introduit que tout système d'exploitation moderne ne permettra pas aux applications de couche supérieure d'accéder directement à la couche inférieure. Sous Linux, le noyau fournit un ensemble d'interfaces standard via lesquelles les applications de couche supérieure peuvent accéder. .

PM (Procees Management), cette partie comprend spécifiquement la création de processus (fork, exec), l'arrêt des processus (kill, exit) et le contrôle de la communication entre eux (signal, etc.). La planification des processus est également incluse, qui contrôle la manière dont les processus actifs partagent le processeur. Cette partie est déjà effectuée par Linux lors de l'écriture du pilote, il vous suffit d'appeler les fonctions correspondantes pour implémenter ces fonctions, comme la création de processus, la communication de processus, etc.

MM (Memory Management), la fonction principale de la gestion de la mémoire est de contrôler la zone de mémoire partagée sécurisée de plusieurs processus.

VFS (Virtual File Systems), un système de fichiers virtuel, masque les détails spécifiques de divers systèmes de fichiers et fournit une interface unifiée pour les opérations sur les fichiers. Sous Linux, « tout est un fichier » et ces fichiers sont implémentés via VFS. Linux fournit un vaste modèle général qui englobe l'ensemble de toutes les fonctions du système de fichiers. Comme le montre la figure ci-dessous, il s'agit du diagramme de structure d'un système de fichiers virtuel.

Pilotes de périphériques, cette partie est ce que vous devez apprendre et maîtriser. Il existe une grande quantité de code dans le noyau Linux dans la section des pilotes de périphérique, qui est utilisée pour contrôler des périphériques matériels spécifiques.

Les pilotes Linux sont généralement divisés en périphériques réseau, périphériques de bloc, périphériques de caractères et périphériques divers. Il suffit d'écrire des périphériques de caractères qui sont un type de pilote qui n'est pas facile à classer. dispositifs de caractères.

Pile de protocoles réseau, le noyau Linux offre une multitude d'implémentations de protocoles réseau.

Avant d'apprendre les pilotes Linux, vous devez comprendre et maîtriser l'architecture Linux et la structure du noyau Linux

Ce qui précède est le contenu détaillé de. pour plus d'informations, suivez d'autres articles connexes sur le site Web de PHP en chinois!