Linux體系結構

如下圖所示，Linux體系結構，從大的方面可以分為用戶空間（User?Space）和內核空間（Kernel?Space）。?

用戶空間中包含了C庫，用戶的應用程序。在某些體系結構圖中還包含了shell，當然shell腳本也是Linux體系中不可缺少的一部分。

內核空間包括硬件平臺、平臺依賴代碼、內核、系統調用接口。

在任何一個現代操作系統中，都是分層的。為什么需要分層呢？

從程序員的角度分析，將linux底層和和應用分開，將linux底層和應用分開，做應用的做應用，做底層的做底層，各干各的。經濟學的基本原理是，分工產生效率。

從安全性的角度分析，是為了保護內核。現代CPU通常都實現了不同的工作模式。

以ARM為例：ARM實現了7種工作模式，不同模式下CPU可以執行的指令或者訪問的寄存器不同：?(1)用戶模式?usr?(2)系統模式?sys(3)管理模式?svc(4)快速中斷?fiq(5)外部中斷?irq(6)數據訪問終止?abt(7)未定義指令異常。如果任何一個上層應用都可以調用都可以調用寄存器，那樣肯定是無法穩定執行的。而且因為出現了這個問題，出現了一個新的學科“現代操作系統”，如果大家感興趣可以看一下“現代操作系統”相關文章或者書籍。

以X86為例：X86實現了4個不同級別的權限，Ring0—Ring3?;Ring0下可以執行特權指令，可以訪問IO設備；Ring3則有很多的限制

如果分析一下Android的，這方面做的更加“喪心病狂”，Android所有的APK應用程序，都是在Java虛擬機上面運行，應用程序更加遠離底層。

另外，用戶空間和內核空間是程序執行的兩種不同狀態，我們可以通過“系統調用”和“硬件中斷”來完成用戶空間到內核空間的轉移。

Linux內核結構

這一節，分析一下內核結構。

如下圖所示，是Linux內核結構圖。

SCI層（System?Call?Interface），這一層是給應用用戶空間提供一套標準的系統調用函數來訪問Linux。前面分析Linux體系結構的時候，介紹過任何一類現代操作系統都不會允許上層應用直接訪問底層，在Linux中，內核提供了一套標準接口，上層應用就可以通過這一套標準接口來訪問底層。

PM（Procees?Management），這一部分包括具體創建創建進程（fork、exec）,停止進程（kill、exit）,并控制他們之間的通信（signal等）。還包括進程調度，控制活動進程如何共享CPU。這一部分是Linux已經做好的，在寫驅動的時候，只需要調用對應的函數即可實現這些功能，例如創建進程、進程通信等等。

MM（Memory?Management），內存管理的主要作用是控制多個進程安全的共享內存區域。

VFS（Virtual?File?Systems），虛擬文件系統，隱藏各種文件系統的具體細節，為文件操作提供統一的接口。在Linux中“一切皆文件”，這些文件就是通過VFS來實現的。Linux提供了一個大的通用模型，使這個模型包含了所有文件系統功能的集合。如下圖所示，是一個虛擬文件系統的結構圖。

Device?Drivers設備驅動，這一部分就是需要學習和掌握的。Linux內核中有大量的代碼在設備驅動程序部分，用于控制特定的硬件設備。

Linux驅動一般分為網絡設備、塊設備、字符設備、雜項設備，需要我們編寫的只有字符設備，雜項設備是不容易歸類的一種驅動，雜項設備和字符設備有很多重合的地方。

網絡協議棧，Linux內核中提供了豐富的網絡協議實現。

在學習Linux驅動之前需要理解和掌握linux體系結構和Linux內核結構

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