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目錄
一、什么是內(nèi)核？
1.1 內(nèi)核的能力
二、操作系統(tǒng)分層
三、內(nèi)核是如何工作的？
四、Linux 的設(shè)計
4.1 Multitask and SMP（Symmetric multiprocessing）
4.2 ELF（Executable and Linkable Format）
4.3 Monolithic Kernel
4.4 在內(nèi)核層和在用戶層有什么區(qū)別？
五、Window 設(shè)計
六、總結(jié)
一、什么是內(nèi)核？說到操作系統(tǒng) ，就必須說內(nèi)核。內(nèi)核是操作系統(tǒng)中應(yīng)用連接硬件設(shè)備的橋梁。
1.1 內(nèi)核的能力對于一個現(xiàn)代的操作系統(tǒng)來說，它的內(nèi)核至少應(yīng)該提供以下 4 種基本能力：
管理進程、線程（決定哪個進程、線程使用 CPU）；管理內(nèi)存（決定內(nèi)存用來做什么）；連接硬件設(shè)備（為進程、和設(shè)備間提供通信能力）；提供系統(tǒng)調(diào)用（接收進程發(fā)送來的系統(tǒng)調(diào)用）。二、操作系統(tǒng)分層從上面 4 種能力來看操作系統(tǒng)和內(nèi)核之間的關(guān)系，通常可以把操作系統(tǒng)分成 3 層，最底層的硬件設(shè)備抽象、中間的內(nèi)核和最上層的應(yīng)用。
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三、內(nèi)核是如何工作的？內(nèi)核權(quán)限非常高，它可以管理進程、可以直接訪問所有的內(nèi)存，因此確實需要和進程之間有一定的隔離。這個隔離用類似請求/響應(yīng)的模型，非常符合常理。
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但不同的是在瀏覽器、服務(wù)端模型中，瀏覽器和服務(wù)端是用不同的機器在執(zhí)行，因此不需要共享一個 CPU 。但是在進程調(diào)用內(nèi)核的過程中，這里是存在資源共享的。
比如，一個機器有 4 個 CPU ，不可能讓內(nèi)核用一個 CPU ，其他進程用剩下的 CPU 。這樣太浪費資源了。
再比如，進程向內(nèi)核請求 100M 的內(nèi)存，內(nèi)核把 100M 的數(shù)據(jù)傳回去。這個模型不可行，因為傳輸太慢了。
所以，這里多數(shù)操作系統(tǒng)的設(shè)計都遵循一個原則：進程向內(nèi)核發(fā)起一個請求，然后將 CPU 執(zhí)行權(quán)限讓出給內(nèi)核。內(nèi)核接手 CPU 執(zhí)行權(quán)限，然后完成請求，再轉(zhuǎn)讓出 CPU 執(zhí)行權(quán)限給調(diào)用進程。
四、Linux 的設(shè)計Linux 操作系統(tǒng)第一版是1991 年林納斯托·瓦茲（一個芬蘭的小伙子，當時 22 歲）用 C 語音寫的。寫完之后他在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布了 Linux 內(nèi)核的源代碼。又經(jīng)過了 3 年的努力，在 1994 年發(fā)布了完整的核心 Version 1.0 。
4.1 Multitask and SMP（Symmetric multiprocessing）MultiTask 指多任務(wù) ， Linux 是一個多任務(wù)的操作系統(tǒng) 。多任務(wù)就是多個任務(wù)可以同時執(zhí)行，這里的“同時”并不是要求并發(fā) ，而是在一段時間內(nèi)可以執(zhí)行多個任務(wù) 。當然 Linux 支持并發(fā) 。
SMP 指對稱多處理。其實是說 Linux 下每個處理器的地位是相等的，內(nèi)存對多個處理器來說是共享的，每個處理器都可以訪問完整的內(nèi)存和硬件資源。這個特點決定了在 Linux 上不會存在一個特定的處理器處理用戶程序或者內(nèi)核程序，它們可以被分配到任何一個處理器上執(zhí)行。
4.2 ELF（Executable and Linkable Format）?
這個名詞翻譯過來叫作可執(zhí)行文件鏈接格式。這是一種從 Unix 繼承而來的可執(zhí)行文件的存儲格式。我們可以看到 ELF 中把文件分成了一個個分段（Segment），每個段都有自己的作用。
4.3 Monolithic Kernel這個名詞翻譯過來就是宏內(nèi)核，宏內(nèi)核反義詞就是 Microkernel ，微內(nèi)核的意思。Linux 是宏內(nèi)核架構(gòu) ，這說明 Linux 的內(nèi)核是一個完整的可執(zhí)行程序，且內(nèi)核用最高權(quán)限來運行。宏內(nèi)核的特點就是有很多程序會打包在內(nèi)核中，比如，文件系統(tǒng)、驅(qū)動、內(nèi)存管理等。當然這并不是說，每次安裝驅(qū)動都需要重新編譯內(nèi)核，現(xiàn)在 Linux 也可以動態(tài)加載內(nèi)核模塊。所以哪些模塊在內(nèi)核層，哪些模塊在用戶層，這是一種系統(tǒng)層的拆分，并不是很強的物理隔離。

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