内核体系结构概述

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1、第3章内核体系结构概述第3章内核体系结构概述本章从较高层次上对内核进行说明。从顺序上来说，本章首先介绍内核设计目标，接下来介绍内核体系结构，最后介绍内核源程序目录结构。内核设计目标Linux的内核展现出了几个相互关联的设计目标，它们依次是：清晰性（clarity），兼容性（compatibility），可移植性（portability），健壮性（robustness），安全性（security）和速度（speed）。这些目标有时是互补的，有时则是矛盾的。但是它们被尽可能的保持在相互一致的状态，内核设计和实现的特性通常都要回归到

2、这些问题上来。本节接下来的部分将分别讨论这些设计目标，同时还将对它们之间的取舍与平衡进行简要的说明。清晰性稍微过于简化的说，内核目标是在保证速度和健壮性的前提下尽量清晰。这和现在的大多数应用程序的开发有所区别，后者的目标通常是在保证清晰性和健壮性的基础上尽量提高速度。因而在内核内部，速度和清晰性经常是一对矛盾。在某种程度上，清晰性是健壮性的必要补充：一个很容易理解的实现方法比较容易证明是正确的；或者即使不正确，也能比较容易的找出其问题所在。从而这两个目标很少会发生冲突。但是清晰性和速度通常却是一对矛盾。经过仔细手工优化的算法通

3、常都使用了编译器生成代码的类似技术，很少可能是最清晰的解决方案。当内核中清晰性和速度要求不一致时，通常都是以牺牲清晰性来保证速度的。即便如此，程序员仍然清楚的知道清晰性的重要性，而且他们也做了大量完美的工作以使用最清晰的方法保证速度。兼容性正如第1章中所述，Linux最初的编写目的是为了实现一个完整的、与Unix兼容的操作系统内核。随着开发过程的展开，它也开始以符合POSIX标准为目标。就内核而言，兼容Unix（至少是同某一现代的Unix实现相兼容）和符合POSIX标准并没有什么区别，因此我们也不会在这个问题上详细追究。内核提

4、供了另外一种类型的兼容性。基于Linux的系统能够提供可选择的对Java.class文件的本地运行支持。（据说Linux是第一个提供这种支持的操作系统。）尽管实际负责Java程序解释执行的是另外一个Java虚拟机进程，该虚拟机并没有内置到内核中。但是内核提供的这种机制可以使得这种支持对用户是透明的。通过内核本身提供的程度不同的支持（这并不代表大部分工作像Java的解决方式一样能够通过外部进程实现），对其它可执行文件格式的支持也能够以同样的方式插入内核中。这方面的内容将在第7章中详细介绍。另外需要说明的是，GNU/Linux系统

5、作为一个整体通过DOSEMU仿真机器提供了对DOS可执行程序的支持，而且也通过WINE设计提供了对Windows可执行程序的部分支持。系统还以同样的方式通过SAMBA提供了对Windows兼容文件和打印服务的支持。但是这些都不是同内核密切相关的问题，因此在本书中我们不再对它们进行讨论。33--第3章内核体系结构概述兼容性的另外一个方面是兼容异种文件系统，本章中稍后会有更为详细的介绍，但是大部分内容已经超出了本书的范围。Linux能够支持很多文件系统，例如ext2（“本地”文件系统），ISO-9660（CD-ROM使用的文件系统

6、），MS-DOS，网络文件系统（NFS）等许多其它文件系统。如果你有使用其它操作系统格式的磁盘或者一个网络磁盘服务器，那么Linux将能够和这些不同的文件系统进行交互。兼容性的另外一个问题是网络，这在当今Internet流行的时代尤为重要。作为Unix的一个变种，Linux自然从很早就开始提供对TCP/IP的支持。内核还支持其它许多网络协议，它们包括AppleTalk协议的代码，这使得Linux单元（box）可以和Macintosh机自由通讯；Novell的网络协议，也就是网络报文交换（IPX），分组报文交换（SPX），和Ne

7、tWare核心协议（NCP）；IP协议的新版本IPv6；以及其它一些不太出名的协议。兼容性考虑的最后一个方面是硬件兼容性。似乎每个不常见的显卡，市场份额小的网卡，非标准的CD-ROM接口和专用磁带设备都有Linux的驱动程序。（只要它不是专为特定操作系统设计的专用硬件。）而且只要越来越多的厂商也逐渐认识到Linux的优势，并能够为更容易地实现向Linux上移植而开放相应的源程序代码，Linux对硬件支持会越来越好。这些兼容性必须通过一个重要的子目标：模块度（Modularity）来实现。在可能的情况下，内核只定义子系统的抽象接

8、口，这种抽象接口可以通过任何方法来实现。例如，内核对于新文件系统的支持将简化为对虚拟文件系统（VFS）接口的代码实现。第7章中介绍的是另外一个例子，内核对二进制句柄的抽象支持是实现对诸如Java之类的新可执行格式的支持的方法。增加新的可执行格式的支持将转变为对相应的二进制句柄