全面解析Linux主要構(gòu)成
Linux曾今在微軟眼里什么都不是，過去了十年微軟已經(jīng)正式的看待Linux了，本文為你詳細(xì)介紹Linux主要構(gòu)成，為你在學(xué)習(xí)Linux主要構(gòu)成時起一定的作用。Linux主要由存儲管理、進(jìn)程管理、文件系統(tǒng)、進(jìn)程間通信等幾部分組成，在許多算法及實(shí)現(xiàn)策略上，Linux借鑒了Unix的成功經(jīng)驗(yàn)，但也不乏自己的特色。
1.存儲管理
Linux采用頁式存儲管理機(jī)制，每個頁面的大小隨處理機(jī)芯片而異。例如，Intel 386處理機(jī)頁面大小可為4KB和2MB兩種，而Alpha處理機(jī)頁面大小可為8KB、16KB、32KB和64KB。頁面大小的選擇對地址變換算法和頁 表結(jié)構(gòu)會有一定的影響，如Alpha的虛地址和物理地址的有效長度隨頁面尺寸的變化而變化，這種變化必將在地址變換和頁表項(xiàng)中有所反映。
在Linux中，每一個進(jìn)程都有一個比實(shí)際物理空間大得多的進(jìn)程虛擬空間，為了建立虛擬空間和物理空間之間的映射，每個進(jìn)程還保留一張頁表，用于將本進(jìn) 程空間中的虛地址變換成物理地址。頁表還對物理頁的訪問權(quán)限作出了規(guī)定，定義了哪些頁可讀寫，哪些頁是只讀頁，在進(jìn)行虛實(shí)變換時，Linux將根據(jù)頁表中 規(guī)定的訪問權(quán)限來判定進(jìn)程對物理地址的訪問是否合法，從而達(dá)到存儲保護(hù)的目的。
Linux存儲空間分配遵循的是不到有實(shí)際需要的時候 決不分配物理空間的原則。當(dāng)一個程序加載執(zhí)行時，Linux只為它分配了虛空間，只有訪問某一虛地址而發(fā)生了缺頁中斷時，才為它分配物理空間，這樣就可能 出現(xiàn)某些程序運(yùn)行完成后，其中的一些頁從來就沒有裝進(jìn)過內(nèi)存。這種存儲分配策略帶來的好處是顯而易見的，因?yàn)樗?**限度地利用了物理存儲器。
盡管Linux對物理存儲器資源的使用十分謹(jǐn)慎，但還是經(jīng)常出現(xiàn)物理存儲器資源短缺的情況。Linux有一個名為kswapd的進(jìn)程專門負(fù)責(zé)頁面的換 出，當(dāng)系統(tǒng)中的空閑頁面小于一定的數(shù)目時，kswapd將按照一定的淘汰算法選出某些頁面，或者直接丟棄(頁面未作修改)，或者將其寫回硬盤(頁面已被修 改)。這種換出方式不同于較舊版本Unix的換出方式，它是將一個進(jìn)程的所有頁全部寫回硬盤。相比之下，Linux的效率更高。
2.進(jìn)程管理
在Linux中，進(jìn)程是資源分配的基本單位，所有資源都是以進(jìn)程為對象來進(jìn)行分配的。 在一個進(jìn)程的生命期內(nèi)，它會用到許多系統(tǒng)資源，會用CPU運(yùn)行其指令，用存儲器存儲其指令和數(shù)據(jù)，它也會打開和使用文件系統(tǒng)中的文件，直接或間接用到系統(tǒng) 中的物理設(shè)備，因此，Linux設(shè)計了一系列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它們能準(zhǔn)確地描述進(jìn)程的狀態(tài)和其資源使用情況，以便能公平有效地使用系統(tǒng)資源。Linux的調(diào)度 算法能確保不出現(xiàn)某些進(jìn)程過度占用系統(tǒng)資源而導(dǎo)致另一些進(jìn)程無休止地等待的情況。
進(jìn)程的創(chuàng)建是一個十分復(fù)雜的過程，通常的做法需為子 進(jìn)程重新分配物理空間，并把父進(jìn)程空間的內(nèi)容全盤復(fù)制到子進(jìn)程空間中，其開銷非常大。為了降低進(jìn)程創(chuàng)建的開銷，Linux采用了 Copy?on?write技術(shù)，即不拷貝父進(jìn)程的空間，而是拷貝父進(jìn)程的頁表，使父進(jìn)程和子進(jìn)程共享物理空間，并將這個共享空間的訪問權(quán)限置為只讀。當(dāng) 父進(jìn)程和子進(jìn)程的某一方進(jìn)行寫操作時，Linux檢測到一個非法操作，這時才將要寫的頁進(jìn)行復(fù)制。這一做法免除了只讀頁的復(fù)制，從而降低了開銷。
3.文件系統(tǒng)
Linux最重要的特征之一就是支持多個不同的文件系統(tǒng)，前面我們已經(jīng)看到，Linux目前支持的文件系統(tǒng)多達(dá)十余種，隨著時間的推移，這一數(shù)目還在不斷增加。
在Linux中，一個分離的文件系統(tǒng)不是通過設(shè)備標(biāo)識(如驅(qū)動器號或驅(qū)動器名)來訪問，而是把它合到一個單一的目錄樹結(jié)構(gòu)中，通過目錄來訪問，這一點(diǎn)與 Unix十分相似。Linux用安裝命令將一個新的文件系統(tǒng)安裝到系統(tǒng)單一目錄樹的某一目錄下，一旦安裝成功，該目錄下的所有內(nèi)容將被新安裝的文件系統(tǒng)所 覆蓋，當(dāng)文件系統(tǒng)被卸下后，安裝目錄下的文件將會被重新恢復(fù)。
Linux最初的文件系統(tǒng)是Minix。該文件系統(tǒng)對文件限制過多，并 且性能低下，如文件名長度不能超過14個字符、文件大小不能超過64MB。為了解決這些問題，Linux的開發(fā)者們設(shè)計了一個Linux專用的文件系統(tǒng) EXT。EXT對文件的要求放松了許多，但在性能上并沒有大的改觀，于是就有了后面的EXT2文件系統(tǒng)。EXT2文件系統(tǒng)是一個非常成功的文件系統(tǒng)，它無 論是對文件的限制還是在性能方面都大大優(yōu)于EXT文件系統(tǒng)，所以，EXT2自從推出就一直是Linux最常用的文件系統(tǒng)。
為了支持多種文件系統(tǒng)，Linux用一個被稱為虛擬文件系統(tǒng)(VFS)的接口層將真正的文件系統(tǒng)同操作系統(tǒng)及系統(tǒng)服務(wù)分離開。VFS允許用戶同時透明地安裝多個不同的文件系統(tǒng)。
VFS掩蓋了不同文件系統(tǒng)之間的差異，使所有文件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)和用戶程序看來都是等同的。4.進(jìn)程間通信：
Linux提供了多種進(jìn)程間的通信機(jī)制，其中，信號和管道是最基本的兩種。除此以外，Linux也提供System V的進(jìn)程間通信機(jī)制，包括消息隊(duì)列、信號燈及共享內(nèi)存。為了支持不同機(jī)器之間的進(jìn)程通信，Linux還引入了BSD的Socket機(jī)制。希望本文的為你介紹的Linux主要構(gòu)成，對你有所幫助。
【編輯推薦】
