【Linux 内核】Linux 内核体系架构 ( 硬件层面 | 内核空间 | 用户空间 | 内核态与用户态切换 | 系统调用 | 体系结构抽象层 )

文章目录
一、linux 内核体系架构
二、内核态与用户态切换（系统调用层）
三、体系结构抽象层

一、linux 内核体系架构

Linux 内核的最初源码不足万行，而如今已扩展至两千万行。

由于内核项目庞大，无法完全掌握，学习时应从整体体系架构出发，分析关键模块，并将这些模块关联起来进行学习。

Linux 内核体系架构可分为三个层次：

硬件层面：包括 CPU、物理内存、磁盘、外部设备等硬件； 内核空间：这是 Linux 内核的核心部分，如：Arch 抽象层、设备管理抽象层、内存管理、中断管理、进程调度、文件系统管理、USB/PCI 总线设备、设备驱动（字符设备/网络设备/块设备/KVM）、系统调用层； 用户空间：包含 C 语言库、应用程序进程、虚拟机等；

二、内核态与用户态切换（系统调用层）

Linux 内核通过 ring0 和 ring3 两种模式实现内核态和用户态的切换。

其中，ring0 代表内核态，ring3 代表用户态。软件抽象层在 Linux 内核中用于在内核态（ring0）和用户态（ring3）之间进行切换。

软件抽象层也被称为系统调用层（System Call）。

每种处理器体系结构都提供了用于在用户态与内核态之间切换的特殊指令。Linux 内核利用这些指令在系统调用层进行用户态与内核态的切换。

系统调用层使得真实硬件信息对用户进程透明。例如，用户进程在读取文件内容时，只需使用 open/read/mmap 函数打开路径上的文件，而不必关心文件在磁盘上的具体扇区或物理地址。

用户进程通常在用户态运行，当需要请求内核相关设备时，只需通过系统提供的系统调用接口即可访问内核。

三、体系结构抽象层

Linux 内核支持多种体系结构。

Linux 系统既可在 arm 架构的处理器设备上运行，如 Android，也可在 x86 架构的处理器上运行，如 PC 机、服务器等。实际上，Linux 内核支持多种体系结构，添加新的体系结构也很简单。

体系结构抽象层用于将不同的体系结构进行抽象与隔离，为不同的体系结构提供统一的接口。

例如，Linux 内核中，与体系结构相关的代码都放在 arch 目录下的对应体系结构的目录中，如下图所示：

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