linux内核应用

A. linux内核探索

对待知识领域，我们总喜欢去下一个定义。操作系统是我们每天工作都要使用的东西，由于现代商业操作系统的复杂性和没有统一的标准，若对一个操作系统下定义并不能精确的描述操作系统所属领域。根据经验我们可以认为操作系统就是在整个应用系统中负责最基本功能和系统管理的那部分。包括内核、设备驱动程序、启动引导程序、命令行Shell或者GUI界面、基本文件管理工具和系统工具。

严格的来讲linux只是操作系统内核本身，广义上的linux则常用来指基于linux内二的完整的操作系统，它包括GUI组件和其它许多工具。

GUI其实只是操作系统的表象，内核才是操作系统内在的核心。系统的其它部分必须依靠内核所提供的服务，像管理硬件设备、分配系统资源等，内核有时候被称为管理者或者操作系统核心。

通常一个内核由负责响应中断的中断服务程序，负责进程调度的CPU调度程序，负责管理进程地址空间的内存管理程序以及网络、进程间通信等系统服务共同组成的。

内核在有安全机制的操作系统中不同于普通程序，一般处于系统态(内核态)，拥有受保护的内存空间和访问硬件设备的所有权限。这种系统状态和被保护起来的内存空间，统称为 内核空间 。

与内核空间相对的，用户所执行的应用程序在用户空间执行。用户态的应用程序只能访问允许它们使用的系统资源，并且只使用某些特定的系统功能，不能直接访问硬件，也不能访问内核划分给其它应用程序的内存空间。

应用程序通过系统调用来和内核通信，当一个应用程序发起系统调用时，内核便代其执行。在这种情况下应用程序通过系统调用在内核空间运行，而内核被称为运行在进程上下文中。应用程序通过系统调用进入内核空间时应用完成其工作的基本方式。

操作系统内核可分为两大阵营：单内核和微内核。

单内核是一种较为简单的设计，通常以单个静态二进制文件存储在磁盘中，整体上作为一个单独的大过程，所有的内核服务都在这样的一个大内核地址空间上运行。内核服务都处于内核态，并身处同一内核地址空间，之间可以几乎无性能损耗的相互通信。

单内核具有简单和高性能等特点。

微内核根据功能被分割成多个独立的过程，每个过程都叫做一个服务器。所有的服务器都运行在各自的地址空间上（大部分处于用户空间），只有强烈请求特权服务的服务器才运行在特权模式下。

微内核服务器之间不能直接调用函数通信，而是通过 消息传递 通信。系统采用进程间通信(IPC)机制，服务之间各自独立，通过IPC互换消息，有效的避免了服务之间的失败传染。

IPC机制的开销远高于函数调用，而且在运行时还会牵扯到内核空间和用户空间上下文切换，所以消息传递需要一些开销。所以在内核的实际实现上大部分微内核的操作系统也会让大部分的服务放置与内核中，这样就可以直接调用函数，消除消息传递的开销。

windows NT和Mach(Mac OS X)都是典型的微内核，不过在实际实现上，其所有服务都运行在内核空间。

linux是一个单内核，不过linux汲取了微内核的精华，并拥有模块化设计、抢占式内核、支持内核线程以及动态装载内核模块等特性。

linux内核在设计时充分参考了已有的很多UNIX的内核实现，并且有一些创新方案。linux内核和传统的UNIX系统之间存在一些显着的差异：

本文的写作和学习中参考了以下资料
1.《Linux Kenel Development ~ Thrid Edition 》

B. linux 内核是什么， 本人有linux基础

Linux内核：Linux是一种开源电脑操作系统内核。它是一个用C语言写成，符合POSIX标准的类Unix操作系统。Linux最早是由芬兰Linus Torvalds为尝试在英特尔x86架构上提供自由的类Unix操作系统而开发的。该计划开始于1991年，在计划的早期有一些Minix 黑客提供了协助，而今天全球无数程序员正在为该计划无偿提供帮助。

Linux最早是由芬兰人Linus Torvalds设计的。当时由于UNⅨ的商业化，Andrew Tannebaum教授开发了Minix操作系统以便于不受AT&T许可协议的约束，为教学科研提供一个操作系统。

(2)linux内核应用扩展阅读：

Linux将标准的GNU许可协议改称Copyleft，以便与Copyright相对照。通用的公共许可（GPL）允许用户销售、拷贝和改变具有Copyleft的应用程序。当然这些程序也可以是Copyright的，但是你必须允许进一步的销售、拷贝和对其代码进行改变，同时也必须使他人可以免费得到修改后的源代码。事实证明，GPL对于Linux的成功起到了极大的作用。它启动了一个十分繁荣的商用Linux阶段，还为编程人员提供了一种凝聚力，诱使大家加入这个充满了慈善精神的Linux运动。

C. linux内核与应用程序， ）

你的问题可以这样问：为什么同样都是“程序”（C代码），同样都是GCC编译，有的成了应用程序，有的成了内核？

内核从文件的角度来看，就是一个编译好的映像，它的格式和ELF是不同的。因为前者是在没有文件的概念下，先运行起来，支撑操作系统的其他部分的。bootloader将内核解压到RAM中，并且放置了一些参数，然后控制权交给内核（RAM中的可执行代码）了。可执行程序，并不是直接放到RAM中就可以执行的，中间还得经历一些过程，系统服务将进程的环境设置好之后（可以查一下fork做了什么）才开始运行的。
GCC的参数很多，可以参数要求来“定制”你的可执行文件，也就是说gcc可以编译出各种不同的目标文件。
上面是从文件组织上说的。下面的才是主要的原因。内核中的代码是用来支撑操作系统的，和硬件相关的所有事件、进程的数据结构、内存的管理、文件系统的管理都是由内核直接完成的，由于这部分涉及到操作系统最核心的功能，最重要的数据，因此，必须有某种机制保护（软件、硬件的），使得应用程序不能随意的访问内核空间的数据，否则会影响其他的应用程序(需要内核的各种支持)，导致系统不稳定。

D. 通俗讲解一下linux内核是干什么的

内核麻就是和硬件打交道的，粗略的讲，计算机实现什么功能都是要靠硬件的，那么操作硬件就需要很多驱动，那么内核就是对下层管理协调这些驱动，对上层处理应用程序的进程，内核是操作系统的核心，其实真正的linux只有一个内核，而我们用的应该叫GNU-linux，因为他不仅提供了内核还有很多遵循GNU的应用程序

E. linux内核是什么，有啥作用 ，

Linux是一种开源电脑操作系统内核。它是一个用C语言写成，符合POSIX标准的类Unix操作系统。

操作系统是一个用来和硬件打交道并为用户程序提供一个有限服务集的低级支撑软件。一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体，它们互相依赖，不可分割。

计算机的硬件，含有外围设备、处理器、内存、硬盘和其他的电子设备组成计算机的发动机。但是没有软件来操作和控制它，自身是不能工作的。完成这个控制工作的软件就称为操作系统，在Linux的术语中被称为“内核”，也可以称为“核心”。

Linux内核的主要模块（或组件）分以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化（引导）、系统调用等。

(5)linux内核应用扩展阅读：

Linux内核的特性

1、可移植性

Linux是全球被最广泛移植的操作系统内核。从掌上电脑iPad到巨型电脑IBM S/390，甚至于微软出品的游戏机XBOX都可以看到Linux内核的踪迹。Linux也是IBM超级计算机Blue Gene的操作系统。

2、网络支持

作为一个生产操作系统和开源软件，Linux 是测试新协议及其增强的良好平台。Linux 支持大量网络协议，包括典型的 TCP/IP，以及高速网络的扩展（大于 1 Gigabit Ethernet [GbE] 和 10 GbE）。Linux 也可以支持诸如流控制传输协议（SCTP）之类的协议，它提供了很多比 TCP 更高级的特性（是传输层协议的接替者）。

3、动态内核

Linux 还是一个动态内核，支持动态添加或删除软件组件。被称为动态可加载内核模块，它们可以在引导时根据需要（当前特定设备需要这个模块）或在任何时候由用户插入。

4、系统管理程序

Linux 最新的一个增强是可以用作其他操作系统的操作系统。该系统对内核进行了修改，称为基于内核的虚拟机（KVM）。这个修改为用户空间启用了一个新的接口，它可以允许其他操作系统在启用了 KVM 的内核之上运行。除了运行 Linux 的其他实例之外， Microsoft® Windows® 也可以进行虚拟化。惟一的限制是底层处理器必须支持新的虚拟化指令。

F. 在linux操作系统内核实现里经常使用的红黑树

在linux操作系统内核实现里经常使用的红黑树如下：

二叉树，按中序遍历后为一递增数组，自平衡意味着树的高度有一个上限，对于红黑树，其为2log(n+1)，所以时间复杂度为最差为Olog(n)。

赋予二叉搜索树自平衡特性的方法有多种，红黑树通过一下4条约束实现自平衡:

Every node is either red or black.

All NIL nodes (figure 1) are considered black.

A red node does not have a red child.

Everypathfrom a given node to any of its descendant NIL nodes goes through the same number of black nodes.

其中根节点为黑色。

红黑树的搜索与二叉搜索树无异，但是插入和删除可能会违背上述四条原则。需要用到左旋右旋操作。左旋右旋上图，可以看到左旋右旋本身不改变二叉搜索树的特性，旋转后必要时改变节点的颜色可消除插入或者删除带来的红冲突和黑冲突，有时红黑树的重新平衡需要迭代进行。

红黑树比较适合的应用场景:

需要动态插入、删除、查找的场景，包括但不限于：

某些数据库的增删改查，比如select * from xxx where 这类条件检索。

linux内核中进程通过红黑树组织管理，便于快速插入、删除、查找进程的task_struct。

linux内存中内存的管理：分配和回收。用红黑树组织已经分配的内存块，当应用程序调用free释放内存的时候，可以根据内存地址在红黑树中快速找到目标内存块。

hashmap中(key,value)增、删、改查的实现；java 8就采用了RBTree替代链表。

Ext3文件系统，通过红黑树组织目录项。

G. linux内核，驱动，应用程三者的概念和之间的关系

首先，要理解操作系统的概念，操作系统是用户和硬件之间的一层媒介程序。不管是Linux还是Windows或者安卓、IOS，它的主要功能有两点：
1、有效管理硬件。
2、方便用户操作。

其次，Linux内核是Linux系统的核心程序，主要完成任务调度、内存管理、IO设备管理等等功能，主要目的是为了应用程序提供一个稳定良好的运行环境，这是一个基础。

再次，驱动程序是操作系统有效管理硬件的一个途径。应用程序是方便用户操作提供的程序，比如Shell，Linux中的bash shell以及KDE、gnome等图形Shell都是应用程序。 你可以简单的理解为驱动程序实现了操作系统对硬件的有效管理，应用程序实现了操作系统方便用户操作的目的。

最后，从编程角度来看，Linux内核就是一个调用库，应用程序通过调用Linux提供的API函数来实现操作，Linux内核通过与驱动通信实现对硬件的有效管理。具体的编程细节，需要自己在实践编程中体会。这是一个整体的描述。

H. 什么是linux kernel有什么作用

Linux内核（英语：Linux kernel）是一种开源的类Unix操作系统宏内核。

工作于平板电脑、智能手机及智能手表的Android操作系统同样通过Linux内核提供的服务完成自身功能。

一个计算机系统是一个硬件和软件的共生体，它们互相依赖，不可分割。计算机的硬件，含有外围设备、处理器、内存、硬盘和其他的电子设备组成计算机的发动机。但是没有软件来操作和控制它，自身是不能工作的。

完成这个控制工作的软件就称为操作系统，在Linux的术语中被称为“内核”，也可以称为“核心”。Linux内核的主要模块（或组件）分以下几个部分：存储管理、CPU和进程管理、文件系统、设备管理和驱动、网络通信，以及系统的初始化（引导）、系统调用等。

整个Linux操作系统家族基于该内核部署在传统计算机平台（如个人计算机和服务器，以Linux发行版的形式）和各种嵌入式平台，如路由器、无线接入点、专用小交换机、机顶盒、FTA接收器、智能电视、数字视频录像机、网络附加存储（NAS）等。

工作于平板电脑、智能手机及智能手表的Android操作系统同样通过Linux内核提供的服务完成自身功能。尽管于桌面电脑的占用率较低，基于Linux的操作系统统治了几乎从移动设备到主机的其他全部领域。截至2017年11月，世界前500台最强的超级计算机全部使用Linux。

(8)linux内核应用扩展阅读：

编程语言

Linux是用C语言中的GCC版（这种C语言有对标准C进行扩展）写的，还有几个用汇编语言（用的是GCC的"AT&T风格"）写的目标架构短段。因为要支持扩展的C语言，GCC在很长的时间里是唯一一个能正确编译Linux的编译器。

有许多其他的语言用在一些方面上，主要集中在内核构建过程中（这里指从源代码创建可引导镜像）。包括Perl、Python和多种脚本语言。有一些驱动可能是用C++、Fortran或其他语言写的，但是这样是强烈不建议的。

编译器兼容性

GCC是Linux内核源代码的缺省编译器。在2004年，Intel主张通过修改内核，以便Intel C++编译器能正确编译内核。在2009年，有通过修改内核2.6.22版而成功编译的报告（并带来平均8-9%性能增长）。

自从2010年，已经开始进行使用Clang建造Linux内核的努力，Clang是一个可作为替代的C语言编译器；截止2014年4月12日，官方内核几乎可以完全用Clang编译。致力于这个目标的计划叫做“LLVMLinux”，得名于Clang所基于的LLVM编译器下部构造。

LLVMLinux不意图复制Linux内核或LLVM，因此它是由最终提交给上游计划的补丁构成的一个元计划。使Linux内核可以用Clang编译最大的好处是比GCC有更快的编译速度，内核开发者可以得益于由此而来的更快的工作流程

I. 什么是linux内核

Linux是由Linus Torvalds开发的类UNIX的操作系统，Linux主要特点是开源的，因此我们可以免费使用来当做服务器。

Linux严格分为两个含义。

1.广泛的Linux是指Linux发行版

2.狭义的Linux是指Linux内核

Linux内核是操作系统的基础，介于硬件和软件之间，并且内核位于操作系统中,操作系统将在硬件和软件之间进行调解，Linux内核是操作系统核心部分的功能。

二：内核的基本性能

1.流程管理

在Linux内核中，程序的执行状态以进程为单位进行管理。此外，内核为每个进程准备一个名为task_stract结构的数据结构。

2.进程调度程序

可执行状态等待哪个进程以哪个顺序执行,由于基本上不可能运行比CPU数量更多的进程，因此运行过程的效率非常重要。

3.内存管理

在Linux内核中，使用物理内存和虚拟内存管理数据。通过分配对应于物理存储器的虚拟地址，而不是实际为每个进程分配物理存储器地址，可以使用容量远大于实际物理存储器容量的存储器。它使它成为可能。此外，由于每个进程都分配了自己的虚拟地址，因此每个进程的内存空间是独立的，并且不会违反其他进程的内存。

3.文件系统

它以文件的形式提供存储数据的访问方法。所有数据都以文件的形式进行管理。/ Directory（根目录）作为顶点，内核本身作为文件和目录的集合存在。