3.1.1 標準的Linux操作系統

Linux類似于UNIX，是免費的，源代碼也是開放的，符合POSIX標準規范的操作系統。Linux擁有現代操作系統的所具有的內容，例如：真正的搶先式多任務處理、支持多用戶、內存保護、虛擬內存、支持對稱多處理機SMP（symmetric multiprocessing）、符合POSIX標準、支持TCP/IP、支持絕大多數的32位和64位CPU。目前，Linux操作系統不僅可以運行于桌面計算機的x86體系結構，也可以運行于ARM、MIPS、PowerPC等多種操作系統上。

1.Linux的核心部件

Linux的內核從邏輯上可以分成進程調度、進程間通信、內存管理、虛擬文件系統和網絡5個部分，它們之間的關系如圖3-1所示。

進程調度（Process Schedule）

進程調度控制進程對CPU的訪問。當需要選擇下一個進程運行時，由調度程序選擇最值得運行的進程。可運行進程實際上是僅等待CPU資源的進程，如果某個進程在等待其他資源，則該進程是不可運行進程。Linux使用了基于優先級的進程調度算法選擇新的運行進程。

進程調度的內容包含在Linux內核中的kernel目錄中。

進程間通信（IPC，Intre-Process Communication）

Linux的進程間通信包括FIFO、管道（pipe）等機制，以及System V IPC的共享內存（shm）、消息隊列（msg）和信號燈（sem）。

進程間通信的內容包含在Linux內核中的ipc目錄中。

內存管理（MM，Memory Management）

內存管理允許多個進程安全地共享主內存區域。Linux的內存管理支持虛擬內存，即在計算機中運行的程序，它的代碼、數據和堆棧的總量可以超過實際內存的大小，操作系統只是把當前使用的程序塊保留在內存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。必要時，操作系統負責在磁盤和內存間交換程序塊。內存管理從邏輯上分為硬件無關部分和硬件有關部分。硬件無關部分提供了進程的映射和邏輯內存的對換；硬件相關的部分為內存管理硬件提供了虛擬接口。

內存管理的內容包含在Linux內核中的mm目錄中。

虛擬文件系統（VFS，Virtual File System）

虛擬文件系統隱藏了各種硬件的具體細節，為所有的設備提供了統一的接口，VFS提供了多達數十種不同的文件系統。虛擬文件系統可以分為邏輯文件系統和設備驅動程序。邏輯文件系統指Linux所支持的文件系統，包括ext2、fat、NFS等，設備驅動程序指為每一種硬件控制器所編寫的設備驅動程序模塊。

虛擬文件系統的內容包含在Linux內核中的vfs目錄中。

網絡（Net）

Linux是源于網絡的操作系統，提供了大量的內置網絡功能，并且網絡功能和內核的聯系非常緊密。Linux的網絡功能包括各種網絡協議和對網絡硬件的訪問。

網絡的內容包含在Linux內核中的net目錄中。

2.Linux的內核移植和驅動程序

由于Linux可以支持眾多的體系結構，因此Linux內核在眾多的體系結構中的移植是一個重要的部分。Linux將每種體系結構組成一個文件夾。

以ARM體系結構為例，又包含了各種不同的處理器，操作對于它們的代碼又不相同。因此，在arch/arm下包含了兩方面的代碼：與處理器無關的公共代碼、與處理器相關的部分。

在ARM體系結構中，又分為不同的機器。每一種ARM體系對應arch/arm目錄中一個名稱為mach-XXX的文件夾。

驅動程序也是Linux操作系統中的一個重要部分。在目前的Linux內核的源代碼中，驅動程序占據了大部分。在Linux操作系統中，系統調用是應用程序和內核（kernel）之間的接口，而設備驅動程序是操作系統內核和機器硬件之間的接口。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬件的細節，這樣在應用程序看來，硬件設備通常是一個標準的設備文件， 應用程序可以像操作普通文件一樣對硬件設備進行操作。

在Linux操作系統的驅動程序分成3種基本的類型：

字符設備（char device）

塊設備（block device）

網絡設備（net device）

這種分類方式是按照驅動程序對用戶空間的接口來區分的。在用戶空間，通過設備文件訪問字符設備和塊設備通過，通過socket訪問網絡設備。

此外，隨著Linux操作系統的發展，驅動程序也越來越復雜，某些驅動程序只有對內核的接口，沒有對用戶空間的接口。某些驅動程序，不需要使用設備節點的方式向用戶空間提供接口，而是使用sysfs的方式。

Linux中的驅動程序大都具有標準的架構，基于這個標準的架構可以構建出多種多樣的驅動程序。