这篇文章主要介绍“Linux系统的架构和网络分层”,在日常操作中,相信很多人在Linux系统的架构和网络分层问题上存在疑惑,小编查阅了各式资料,整理出简单好用的操作方法,希望对大家解答“Linux系统的架构和网络分层”的疑惑有所帮助!接下来,请跟着小编一起来学习吧!
Linux内核架构图
上图就是Linux内核的架构图,从硬件层——→操作系统内核——→应用层,这套系统架构的设计应用于各类软硬件结合的系统上,比如物联网系统,单片机系统,机器人等领域。
<强>进程调度
进程在Linux系统中称为流程或任务。操作系统中进程的数据结构包含很多元素,诸如:地址空间,进程优先级,进程状态,信号量,占用的文件等,往往用链表链接。
CPU在每个系统滴答(勾)中断产生的时候检查就绪队列里边的进程(遍历链表中的进程结构体),如有符合调度算法的新进程需要切换,保存当前运行的进程的信息(包括栈,地址等)后挂起当前进程,然后运行新的进程,这就是进程调度。
CPU调度的基本依据是进程的优先级。调度的终极目标是让高优先级的进程能及时得到CPU的资源,低优先级的任务也能公平的分配到CPU资源,不过因为保存当前进程的信息所以进程的切换本身是有成本的,调度算法同样需要考虑效率。
在早期Linux内核中,就是采用轮询算法来实现的,内核在就绪的进程队列中选择高优先级的进程执行,每次运行相等时间,该算法简单直观,但仍然会导致一些低优先级的进程长时间不能执行。为了提高调度的公平性,在后来Linux内核(2.6)中,引入了CFS调度器算法。
CFS引入虚拟运行时间的概念,虚拟运行时间用task_struct→se.vruntime表示,通过它来记录和度量进程应该获得的CPU运行时间。在理想的调度情况下,任何时候所有的进程都应该有相同的task_struct→se.vruntime值。因为每个进程都是并发执行,没有进程会超过理想状态下应该占有的CPU时间.CFS选择需要运行的进程的逻辑基于task_struct→se.vruntime值,它总是选择task_struct→se.vruntime值最小的进程来运行(为了公平)。
CFS使用基于时间排序的红黑树来为将来进程的执行时间线。所有的进程按task_struct→se.vruntime关键字排序.CFS从树中选择最左边的任务执行。随着系统运行,执行过的进程会被放到树的右侧,逐步让每个任务都有机会成为最左边的进程,从而让每个进程都能获取CPU资源。
总的来说,CFS算法首先选一个进程,当进程切换时,该进程使用的CPU时间会加到该进程task_struct→se.vruntime里,当task_struct→。vruntime的值逐渐增大到别的进程变成了红黑树最左边的进程时,最左边的进程被选中执行,当前的进程被抢占。
<强>内存管理
内存,一种硬件设备,操作系统对其寻址,找到对应的内存单元,然后对其操作.CPU的字节长度决定了最大的可寻址空间,32位机器最大寻址空间是4 g,字节,64位机器最大寻址空间是2 ^ 64字节。
最大寻址空间和物理内存大小无关,称之为虚拟地址空间.Linux内核把虚拟地址空间分为内核空间和用户空间。每个用户进程的虚拟地址空间范围是0 ~ TASK_SIZE。从TASK_SIZE ~ 2 ^ 32或2 ^ 64年的区域保留给内核,不能被用户进程访问。
<强>虚拟地址空间与物理内存的映射
绝大多数情况下,虚拟地址空间比实际物理内存大,操作系统需要考虑如何将实际可用的物理内存映射到虚拟地址空间。
Linux内核采用页表(页,表)将虚拟地址映射到物理地址。虚拟地址和进程使用的用户,内核地址有关,物理地址用来寻址实际使用的内存。
示例图
上图所示,A和B进程的虚拟地址空间被分为大小相等的等份,称为页(页)。物理内存同样被分割为大小相等的页(页面).
进程第1个内存页映射到物理内存(RAM)的第4页;进程B第1个内存页映射到物理内存第5页。进程第5个内存页和进程B第1个内存页都映射到物理内存的第5页(内核可决定哪些内存空间被不同进程共享)。页表将虚拟地址空间映射到物理地址空间。
<强>文件系统
Linux的核心理念:一切都是,file.Linux系统存在很多文件系统,比如EXT2、EXT3, EXT4, rootfs, proc等等,每一种文件系统都是独立的,有自己的组织方式,操作方法。
