linux內核原理
Ⅰ linux系統I/O模型及select、poll、epoll原理和應用
理解Linux的IO模型之前，首先要了解一些基本概念，才能理解這些IO模型設計的依據
操作系統使用虛擬內存來映射物理內存，對於32位的操作系統來說，虛擬地址空間為4G（2^32）。操作系統的核心是內核，為了保護用戶進程不能直接操作內核，保證內核安全，操作系統將虛擬地址空間劃分為內核空間和用戶空間。內核可以訪問全部的地址空間，擁有訪問底層硬體設備的許可權，普通的應用程序需要訪問硬體設備必須通過 系統調用 來實現。
對於Linux系統來說，將虛擬內存的最高1G位元組的空間作為內核空間僅供內核使用，低3G位元組的空間供用戶進程使用，稱為用戶空間。
又被稱為標准I/O，大多數文件系統的默認I/O都是緩存I/O。在Linux系統的緩存I/O機制中，操作系統會將I/O的數據緩存在頁緩存（內存）中，也就是數據先被拷貝到內核的緩沖區（內核地址空間），然後才會從內核緩沖區拷貝到應用程序的緩沖區（用戶地址空間）。
這種方式很明顯的缺點就是數據傳輸過程中需要再應用程序地址空間和內核空間進行多次數據拷貝操作，這些操作帶來的CPU以及內存的開銷是非常大的。
由於Linux系統採用的緩存I/O模式，對於一次I/O訪問，以讀操作舉例，數據先會被拷貝到內核緩沖區，然後才會從內核緩沖區拷貝到應用程序的緩存區，當一個read系統調用發生的時候，會經歷兩個階段：
正是因為這兩個狀態，Linux系統才產生了多種不同的網路I/O模式的方案
Linux系統默認情況下所有socke都是blocking的，一個讀操作流程如下：
以UDP socket為例，當用戶進程調用了recvfrom系統調用，如果數據還沒准備好，應用進程被阻塞，內核直到數據到來且將數據從內核緩沖區拷貝到了應用進程緩沖區，然後向用戶進程返回結果，用戶進程才解除block狀態，重新運行起來。
阻塞模行下只是阻塞了當前的應用進程，其他進程還可以執行，不消耗CPU時間，CPU的利用率較高。
Linux可以設置socket為非阻塞的，非阻塞模式下執行一個讀操作流程如下：
當用戶進程發出recvfrom系統調用時，如果kernel中的數據還沒准備好，recvfrom會立即返回一個error結果，不會阻塞用戶進程，用戶進程收到error時知道數據還沒准備好，過一會再調用recvfrom，直到kernel中的數據准備好了，內核就立即將數據拷貝到用戶內存然後返回ok，這個過程需要用戶進程去輪詢內核數據是否准備好。
非阻塞模型下由於要處理更多的系統調用，因此CPU利用率比較低。
應用進程使用sigaction系統調用，內核立即返回，等到kernel數據准備好時會給用戶進程發送一個信號，告訴用戶進程可以進行IO操作了，然後用戶進程再調用IO系統調用如recvfrom，將數據從內核緩沖區拷貝到應用進程。流程如下：
相比於輪詢的方式，不需要多次系統調用輪詢，信號驅動IO的CPU利用率更高。
非同步IO模型與其他模型最大的區別是，非同步IO在系統調用返回的時候所有操作都已經完成，應用進程既不需要等待數據准備，也不需要在數據到來後等待數據從內核緩沖區拷貝到用戶緩沖區，流程如下：
在數據拷貝完成後，kernel會給用戶進程發送一個信號告訴其read操作完成了。
是用select、poll等待數據，可以等待多個socket中的任一個變為可讀，這一過程會被阻塞，當某個套接字數據到來時返回，之後再用recvfrom系統調用把數據從內核緩存區復制到用戶進程，流程如下：
流程類似阻塞IO，甚至比阻塞IO更差，多使用了一個系統調用，但是IO多路復用最大的特點是讓單個進程能同時處理多個IO事件的能力，又被稱為事件驅動IO，相比於多線程模型，IO復用模型不需要線程的創建、切換、銷毀，系統開銷更小，適合高並發的場景。
select是IO多路復用模型的一種實現，當select函數返回後可以通過輪詢fdset來找到就緒的socket。
優點是幾乎所有平台都支持，缺點在於能夠監聽的fd數量有限，Linux系統上一般為1024，是寫死在宏定義中的，要修改需要重新編譯內核。而且每次都要把所有的fd在用戶空間和內核空間拷貝，這個操作是比較耗時的。
poll和select基本相同，不同的是poll沒有最大fd數量限制（實際也會受到物理資源的限制，因為系統的fd數量是有限的），而且提供了更多的時間類型。
總結：select和poll都需要在返回後通過輪詢的方式檢查就緒的socket，事實上同時連的大量socket在一個時刻只有很少的處於就緒狀態，因此隨著監視的描述符數量的變多，其性能也會逐漸下降。
epoll是select和poll的改進版本，更加靈活，沒有描述符限制。epoll使用一個文件描述符管理多個描述符，將用戶關系的文件描述符的事件存放到內核的一個事件表中，這樣在用戶空間和內核空間的只需一次。
epoll_create()用來創建一個epoll句柄。
epoll_ctl() 用於向內核注冊新的描述符或者是改變某個文件描述符的狀態。已注冊的描述符在內核中會被維護在一棵紅黑樹上，通過回調函數內核會將 I/O 准備好的描述符加入到一個就緒鏈表中管理。
epoll_wait() 可以從就緒鏈表中得到事件完成的描述符，因此進程不需要通過輪詢來獲得事件完成的描述符。
當epoll_wait檢測到描述符IO事件發生並且通知給應用程序時，應用程序可以不立即處理該事件，下次調用epoll_wait還會再次通知該事件，支持block和nonblocking socket。
當epoll_wait檢測到描述符IO事件發生並且通知給應用程序時，應用程序需要立即處理該事件，如果不立即處理，下次調用epoll_wait不會再次通知該事件。
ET模式在很大程度上減少了epoll事件被重復觸發的次數，因此效率要比LT模式高。epoll工作在ET模式的時候，必須使用nonblocking socket，以避免由於一個文件句柄的阻塞讀/阻塞寫操作把處理多個文件描述符的任務餓死。
【segmentfault】 Linux IO模式及 select、poll、epoll詳解
【GitHub】 CyC2018/CS-Notes
Ⅱ linux 是什麼意思
Linux是一種自由和開放源代碼的類UNIX操作系統。該操作系統的內核由林納斯·托瓦茲在1991年10月5日首次發布。，在加上用戶空間的應用程序之後，成為Linux操作系統。Linux也是自由軟體和開放源代碼軟體發展中最著名的例子。只要遵循GNU通用公共許可證，任何個人和機構都可以自由地使用Linux的所有底層源代碼，也可以自由地修改和再發布。大多數Linux系統還包括像提供GUI界面的X Window之類的程序。除了一部分專家之外，大多數人都是直接使用Linux發布版，而不是自己選擇每一樣組件或自行設置。
嚴格來講，術語Linux只表示操作系統內核本身，但通常採用Linux內核來表達該意思。Linux則常用來指基於Linux內核的完整操作系統，包括GUI組件和許多其他實用工具。由於這些支持用戶空間的系統工具和庫主要由理查德·斯托曼於1983年發起的GNU計劃提供，自由軟體基金會提議將該組合系統命名為GNU/Linux，但Linux不屬於GNU計劃。《Linux就該這么學》可以看下，詳細的了解下Linux。
Ⅲ Linux內核是什麼
Linux內核無疑是Linux操作系統的核心。它由以下五個子系統構成
（1）進程調度
（2）內存管理
（3）虛擬文件系統
（4）網路介面
（5）進程之間的通信
Ⅳ linux驅動程序結構框架及工作原理分別是什麼
一、Linux device driver 的概念x0dx0ax0dx0a系統調用是操作系統內核和應用程序之間的介面，設備驅動程序是操作系統內核和機器硬體之間的介面。設備驅動程序為應用程序屏蔽了硬體的細節，這樣在應用程序看來，硬體設備只是一個設備文件，應用程序可以象操作普通文件一樣對硬體設備進行操作。設備驅動程序是內核的一部分，它完成以下的功能:x0dx0ax0dx0a1、對設備初始化和釋放；x0dx0ax0dx0a2、把數據從內核傳送到硬體和從硬體讀取數據；x0dx0ax0dx0a3、讀取應用程序傳送給設備文件的數據和回送應用程序請求的數據；x0dx0ax0dx0a4、檢測和處理設備出現的錯誤。x0dx0ax0dx0a在Linux操作系統下有三類主要的設備文件類型，一是字元設備，二是塊設備，三是網路設備。字元設備和塊設備的主要區別是:在對字元設備發出讀/寫請求時，實際的硬體I/O一般就緊接著發生了，塊設備則不然，它利用一塊系統內存作緩沖區，當用戶進程對設備請求能滿足用戶的要求，就返回請求的數據，如果不能，就調用請求函數來進行實際的I/O操作。塊設備是主要針對磁碟等慢速設備設計的，以免耗費過多的CPU時間來等待。x0dx0ax0dx0a已經提到，用戶進程是通過設備文件來與實際的硬體打交道。每個設備文件都都有其文件屬性(c/b)，表示是字元設備還是塊設備?另外每個文件都有兩個設備號，第一個是主設備號，標識驅動程序，第二個是從設備號，標識使用同一個設備驅動程序的不同的硬體設備，比如有兩個軟盤，就可以用從設備號來區分他們。設備文件的的主設備號必須與設備驅動程序在登記時申請的主設備號一致，否則用戶進程將無法訪問到驅動程序。x0dx0ax0dx0a最後必須提到的是，在用戶進程調用驅動程序時，系統進入核心態，這時不再是搶先式調度。也就是說，系統必須在你的驅動程序的子函數返回後才能進行其他的工作。如果你的驅動程序陷入死循環，不幸的是你只有重新啟動機器了，然後就是漫長的fsck。x0dx0ax0dx0a二、實例剖析x0dx0ax0dx0a我們來寫一個最簡單的字元設備驅動程序。雖然它什麼也不做，但是通過它可以了解Linux的設備驅動程序的工作原理。把下面的C代碼輸入機器，你就會獲得一個真正的設備驅動程序。x0dx0ax0dx0a由於用戶進程是通過設備文件同硬體打交道，對設備文件的操作方式不外乎就是一些系統調用，如 open，read，write，close?， 注意，不是fopen， fread，但是如何把系統調用和驅動程序關聯起來呢?這需要了解一個非常關鍵的數據結構：x0dx0ax0dx0aSTruct file_operatiONs {x0dx0ax0dx0aint (*seek) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);x0dx0ax0dx0aint (*read) (struct inode * ，struct file *， char ，int);x0dx0ax0dx0aint (*write) (struct inode * ，struct file *， off_t ，int);x0dx0ax0dx0aint (*readdir) (struct inode * ，struct file *， struct dirent * ，int);x0dx0ax0dx0aint (*select) (struct inode * ，struct file *， int ，select_table *);x0dx0ax0dx0aint (*ioctl) (struct inode * ，struct file *， unsined int ，unsigned long);x0dx0ax0dx0aint (*mmap) (struct inode * ，struct file *， struct vm_area_struct *);x0dx0ax0dx0aint (*open) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*release) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*fsync) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*fasync) (struct inode * ，struct file *，int);x0dx0ax0dx0aint (*check_media_change) (struct inode * ，struct file *);x0dx0ax0dx0aint (*revalidate) (dev_t dev);x0dx0ax0dx0a}x0dx0ax0dx0a這個結構的每一個成員的名字都對應著一個系統調用。用戶進程利用系統調用在對設備文件進行諸如read/write操作時，系統調用通過設備文件的主設備號找到相應的設備驅動程序，然後讀取這個數據結構相應的函數指針，接著把控制權交給該函數。這是linux的設備驅動程序工作的基本原理。既然是這樣，則編寫設備驅動程序的主要工作就是編寫子函數，並填充file_operations的各個域。x0dx0ax0dx0a下面就開始寫子程序。x0dx0ax0dx0a#include
Ⅳ Linux內核應該怎麼去學習
學嵌入式Linux要先學以下幾點：
1.C語言。要有C語言的基礎，當然越熟練越好，不熟也沒關系，具備基本技能就可以：比如寫一個數組排序、輸入數字求和什麼的。C語言的學習就是多些多練。
2.Linux基礎
Linux操作系統的概念、安裝方法，詳細了解Linux下的目錄結構、基本命令、編輯器VI ,編譯器GCC，調試器GDB和 Make 項目管理工具, Shell、 Makefile腳本編寫等知識，嵌入式開發環境的搭建。
3.Linux系統編程
重點學習標准I/O庫，Linux多任務編程中的多進程和多線程，以及進程間通信(pipe、FIFO、消息隊列、共享內存、signal、信號量等)，同步與互斥對共享資源訪問控制等重要知識，主要提升對Linux應用開發的理解和代碼調試的能力。
4.Linux網路編程
計算機網路在嵌入式Linux系統應用開發過程中使用非常廣泛，通過Linux網路發展、TCP/IP協議、socket編程、TCP網路編程、UDP網路編程、Web編程開發等方面入手，全面了解Linux網路應用程序開發。重點學習網路編程相關API，熟練掌握TCP協議伺服器的編程方法和並發伺服器的實現，了解HTTP協議及其實現方法，熟悉UDP廣播、多播的原理及編程方法，掌握混合C/S架構網路通信系統的設計，熟悉HTML,Javascript等Web編程技術及實現方法。
5.數據結構與演算法
數據結構及演算法在嵌入式底層驅動、通信協議、及各種引擎開發中會得到大量應用，對其掌握的好壞直接影響程序的效率、簡潔及健壯性。此階段的學習要重點理解數據結構與演算法的基礎內容，包括順序表、鏈表、隊列、棧、樹、圖、哈希表、各種查找排序演算法等應用及其C語言實現過程。
6.Cortex A8 、Linux 平台開發
通過基於ARM Cortex-A8處理s5pv210了解晶元手冊的基本閱讀技巧，掌握s5pv210系統資源、時鍾控制器、電源管理、異常中斷控制器、nand flash控制器等模塊，為底層平台搭建做好准備。Linux平台包括內核裁減、內核移植、交叉編譯、GNU工具使用、內核調試、Bootloader介紹、製作與原理分析、根文件系統製作以及向內核中添加自己的模塊，並在s5pv210實驗平台上運行自己製作的Linux系統,集成部署Linux系統整個流程。同時了解Android操作系統開發流程。Android系統是基於Linux平台的開源操作系統，該平台由操作系統、中間件、用戶界面和應用軟體組成，是首個為移動終端打造的真正開放和完整的移動軟體，目前它的應用不再局限於移動終端，還包括數據電視、機頂盒、PDA等消費類電子產品。
7.驅動開發
驅動程序設計是嵌入式Linux開發工作中重要的一部分，也是比較困難的一部分。本階段的學習要熟悉Linux的內核機制、驅動程序與用戶級應用程序的介面，掌握系統對設備的並發操作。熟悉所開發硬體的工作原理，具備ARM硬體介面的基礎知識，熟悉ARM Cortex-A8處理器s5pv210各資源、掌握Linux設備驅動原理框架，熟悉工程中常見Linux高級字元設備、塊設備、網路設備、USB設備等驅動開發，在工作中能獨立勝任底層驅動開發。
Ⅵ Linux操作系統的主要組成部分是什麼
Linux系統
一般有4個主要部分：內核、shell、文件系統和應用程序。內核、shell和文件系統一起形成了基本的
操作系統結構
，它們使得用戶可以運行程序、管理文件並使用系統。
一．
Linux內核
內核是操作系統的核心，具有很多最基本功能，如
虛擬內存
、多任務、共享庫、需求載入、
可執行程序
和TCP/
IP網路
功能。Linux內核的模塊分為以下幾個部分：
存儲管理
、CPU和
進程管理
、文件系統、設備管理和驅動、網路通信、系統的初始化和
系統調用
等。
二．Linux
shell
shell是系統的用戶界面，提供了用戶與內核進行交互操作的一種介面。它接收用戶輸入的命令並把它送入內核去執行，是一個命令
解釋器
。另外，
shell編程
語言具有普通編程語言的很多特點，用這種編程語言編寫的
shell程序
與其他應用程序具有同樣的效果。
三．
Linux文件系統
文件系統是文件存放在磁碟等存儲設備上的組織方法。Linux系統能支持多種目前流行的文件系統，如
EXT2
、
EXT3
、FAT、
FAT32
、VFAT和
ISO9660
。
四．Linux應用程序
標準的Linux系統一般都有一套都有稱為應用程序的
程序集
，它包括
文本編輯器
、編程語言、XWindow、
辦公套件
、Internet工具和資料庫等。