《Linux内核设计与实现》读书笔记 第一章 Linux内核简介

一、相关历史

1. Unix内核的特点

• 简洁：仅提供系统调用并有一个非常明确的设计目的
• 抽象：几乎所有东西都被当做文件
• 可移植性：使用C语言编写，使得其在各种硬件体系架构面前都具备令人惊异的移植能力
• 进程：创建迅速，一次执行保质保量地完成一个任务；独特的fork系统调用
• 清晰的层次化结构：策略和机制分离的理念，简单的进程间通信元语把单一目的的程序方便地组合在一起

2. 关于Linux内核

• 自由/开源的软件

• 类Unix系统：设计思想相似。

  • 一切皆文件
  • 特定的单一用途 & 简单的组合方式

二、操作系统与内核

1. 一些概念

• 操作系统：整个系统中负责完成最基本功能和系统管理的部分。

• 内核：

  • 响应中断的中断服务程序
  • 管理多个进程，分享处理器时间调度程序
  • 管理进程地址空间的内存管理程序
  • 网络、进程间通信
  • ...

• 内核空间：系统态和被保护起来的内存空间

• 系统调用：应用程序与内核通信

2.内核的活动范围

• 将每个处理器在任何指定时间点上的活动必然概括为：

    - 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，代表某个特定的进程执行
    - 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
  

3. 单内核与微内核

• 单内核

  • 整个内核都在一个大内核地址空间上运行。
  • 优点：简单、高效。所有内核都在一个大的地址空间上，所以内核各个功能之间的调用和调用函数类似，几乎没有性能开销。
  • 缺点：一个功能的崩溃会导致整个内核无法使用。

• 微内核

  • 内核按功能被划分成各个独立的过程。每个过程独立的运行在自己的地址空间上。
  • 优点：安全。内核的各种服务独立运行，一种服务挂了不会影响其他服务。
  • 缺点：内核各个服务之间的调用涉及进程间的通信，比较复杂且效率低。

• Linux内核设计

  • 基于单内核
  • 具备微内核的一些特征：模块化设计、抢占式内核、支持内核线程、动态装载内核模块。
  • 规避微内核设计上的性能缺陷：让所有事情运行在内核态，直接调用函数，无需消息传递。

• Linux内核特征

    - 支持动态加载内核模块
    - 支持对称多处理（SMP）
    - 内核可以抢占（preemptive），允许内核运行的任务有优先执行的能力
    - 不区分线程和进程
  

三、Linux版本

四、总结：关于Linux的思想

1. 自由与开源

• free（FSF）VS open（opensource）
• 看了这两个网站之后(额...深感我的英语太差劲了...)，感觉自由软件应该是在强调用户的的自主性选择权利，而开源强调的是使用与研究的便利条件。
• 毫无疑问，开放代码有利有弊。就像ios与Android，我虽然很觉得iTunes非常麻烦，但是Android的垃圾软件也太多了，尤其是现在移动终端病毒大量增加，大多是针对开放式的Android系统，至少从感觉上，ios应该是相对安全性高一点。（对于后门问题...对于我这种忘性特别大的人...没有后门怎么找回密码呢...）
• 当然，Linux开放性并不是混乱没有规则的。实际上，只有在统一的规则下，协作才能发挥它的最大效果。

2. 做好每一件简单的事，学会组合它们

• 上学期娄老师向我们展示了Linux中的管道时曾经说过，Linux努力只做一件事，然后做好它。再通过简单的方式组合这些简单的工作，就能完成复杂的工程。
• 我觉得这样的设计思路实用性极强，尤其是在开放性的代码中。就像java中Interface一样，是高内聚，低耦合的（当时觉得这个说法特别高端的样子...），这种特殊的抽象类让各个模块的维护更改更加容易，复用性很高。

参考资料1：《Linux内核设计与实现》（原书第三版）

参考资料2：linux操作系统及内核