簡述
Linux內(nèi)核簡稱kernel是整個操作系統(tǒng)的最底層，它負責整個硬件的驅動，以及提供各種系統(tǒng)所需的核心功能，包括防火墻機制、是否支持LVM或Quota等文件系統(tǒng)等等，如果內(nèi)核不認識某個最新的硬件，那么硬件也就無法被驅動，你也就無法使用該硬件 。
組成
一個完整的Linux內(nèi)核一般由5部分組成，它們分別是進程管理、內(nèi)存管理、進程間通信、虛擬文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡接口 。
Linux內(nèi)核整體架構.png
Process Scheduler，也稱作進程管理、進程調度。負責管理CPU資源，以便讓各個進程可以以盡量公平的方式訪問CPU。
進程調度是Linux內(nèi)核中最重要的子系統(tǒng)，它主要提供對CPU的訪問控制。因為在計算機中，CPU資源是有限的，而眾多的應用程序都要使用CPU資源，所以需要“進程調度子系統(tǒng)”對CPU進行調度管理。
進程調度子系統(tǒng)包括4個子模塊（見下圖），它們的功能如下：
進程調度.gif
1.1) Scheduling Policy，實現(xiàn)進程調度的策略，它決定哪個（或哪幾個）進程將擁有CPU。
1.2) Architecture-specific Schedulers，體系結構相關的部分，用于將對不同CPU的控制，抽象為統(tǒng)一的接口。這些控制主要在suspend和resume進程時使用，牽涉到CPU的寄存器訪問、匯編指令操作等。
1.3) Architecture-independent Scheduler，體系結構無關的部分。它會和“Scheduling Policy模塊”溝通，決定接下來要執(zhí)行哪個進程，然后通過“Architecture-specific Schedulers模塊”resume指定的進程。
1.4) System Call Interface，系統(tǒng)調用接口。進程調度子系統(tǒng)通過系統(tǒng)調用接口，將需要提供給用戶空間的接口開放出去，同時屏蔽掉不需要用戶空間程序關心的細節(jié)。
Memory Manager，內(nèi)存管理。負責管理Memory（內(nèi)存）資源，以便讓各個進程可以安全地共享機器的內(nèi)存資源。另外，內(nèi)存管理會提供虛擬內(nèi)存的機制，該機制可以讓進程使用多于系統(tǒng)可用Memory的內(nèi)存，暫時不用的內(nèi)存會通過文件系統(tǒng)保存在外部非易失存儲器中，需要使用的時候，再取回到內(nèi)存中。
內(nèi)存管理主要提供對內(nèi)存資源的訪問控制。Linux系統(tǒng)會在硬件物理內(nèi)存和進程所使用的內(nèi)存（稱作虛擬內(nèi)存）之間建立一種映射關系，這種映射是以進程為單位，因而不同的進程可以使用相同的虛擬內(nèi)存，而這些相同的虛擬內(nèi)存，可以映射到不同的物理內(nèi)存上。
內(nèi)存管理子系統(tǒng)包括3個子模塊（見下圖），它們的功能如下：
內(nèi)存管理.gif
2.1) Architecture Specific Managers，體系結構相關部分。提供用于訪問硬件Memory的虛擬接口。
2.2) Architecture Independent Manager，體系結構無關部分。提供所有的內(nèi)存管理機制，包括：以進程為單位的memory mapping；虛擬內(nèi)存的Swapping。
2.3) System Call Interface，系統(tǒng)調用接口。通過該接口，向用戶空間程序應用程序提供內(nèi)存的分配、釋放，文件的map等功能。
VFS（Virtual File System），虛擬文件系統(tǒng)。Linux內(nèi)核將不同功能的外部設備，例如Disk設備（硬盤、磁盤、NAND Flash、Nor Flash等）、輸入輸出設備、顯示設備等等，抽象為可以通過統(tǒng)一的文件操作接口（open、close、read、write等）來訪問。這就是Linux系統(tǒng)“一切皆是文件”的體現(xiàn) 。
文件系統(tǒng)的實質，就是“存儲和組織數(shù)據(jù)的方法”，文件系統(tǒng)的表現(xiàn)形式，就是“從某個設備中讀取數(shù)據(jù)和向某個設備寫入數(shù)據(jù)”。常見文件系統(tǒng)的類型 ：FAT、FAT32、NTFS、EXT2、EXT3，EXT4 。而為了兼容，操作系統(tǒng)或者內(nèi)核，要以相同的表現(xiàn)形式，同時支持多種類型的文件系統(tǒng)，這就延伸出了虛擬文件系統(tǒng)（VFS）的概念。VFS的功能就是管理各種各樣的文件系統(tǒng)，屏蔽它們的差異，以統(tǒng)一的方式，為用戶程序提供訪問文件的接口。
我們可以從磁盤、硬盤、NAND Flash等設備中讀取或寫入數(shù)據(jù)，因而最初的文件系統(tǒng)都是構建在這些設備之上的。這個概念也可以推廣到其它的硬件設備，例如內(nèi)存、顯示器（LCD）、鍵盤、串口等等。我們對硬件設備的訪問控制，也可以歸納為讀取或者寫入數(shù)據(jù)，因而可以用統(tǒng)一的文件操作接口訪問。Linux內(nèi)核就是這樣做的，除了傳統(tǒng)的磁盤文件系統(tǒng)之外，它還抽象出了設備文件系統(tǒng)、內(nèi)存文件系統(tǒng)等等。這些邏輯，都是由VFS子系統(tǒng)實現(xiàn)。
VFS子系統(tǒng)包括6個子模塊（見下圖），它們的功能如下：
虛擬文件系統(tǒng).gif
3.1) Device Drivers，設備驅動，用于控制所有的外部設備及控制器。由于存在大量不能相互兼容的硬件設備（特別是嵌入式產(chǎn)品），所以也有非常多的設備驅動。因此，Linux內(nèi)核中將近一半的Source Code都是設備驅動，大多數(shù)的Linux底層工程師（特別是國內(nèi)的企業(yè)）都是在編寫或者維護設備驅動，而無暇估計其它內(nèi)容（它們恰恰是Linux內(nèi)核的精髓所在）。
3.2) Device Independent Interface， 該模塊定義了描述硬件設備的統(tǒng)一方式（統(tǒng)一設備模型），所有的設備驅動都遵守這個定義，可以降低開發(fā)的難度。同時可以用一致的形勢向上提供接口。
3.3) Logical Systems，每一種文件系統(tǒng)，都會對應一個Logical System（邏輯文件系統(tǒng)），它會實現(xiàn)具體的文件系統(tǒng)邏輯。
3.4) System Independent Interface，該模塊負責以統(tǒng)一的接口（快設備和字符設備）表示硬件設備和邏輯文件系統(tǒng)，這樣上層軟件就不再關心具體的硬件形態(tài)了。
3.5) System Call Interface，系統(tǒng)調用接口，向用戶空間提供訪問文件系統(tǒng)和硬件設備的統(tǒng)一的接口。
Network，網(wǎng)絡子系統(tǒng)。負責管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡設備，并實現(xiàn)多種多樣的網(wǎng)絡標準。
網(wǎng)絡子系統(tǒng)在Linux內(nèi)核中主要負責管理各種網(wǎng)絡設備，并實現(xiàn)各種網(wǎng)絡協(xié)議棧，最終實現(xiàn)通過網(wǎng)絡連接其它系統(tǒng)的功能。在Linux內(nèi)核中，網(wǎng)絡子系統(tǒng)幾乎是自成體系，它包括5個子模塊（見下圖），它們的功能如下：
網(wǎng)絡系統(tǒng).gif
4.1) Network Device Drivers，網(wǎng)絡設備的驅動，和VFS子系統(tǒng)中的設備驅動是一樣的。
4.2) Device Independent Interface，和VFS子系統(tǒng)中的是一樣的。
4.3) Network Protocols，實現(xiàn)各種網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，例如IP, TCP, UDP等等。
4.4) Protocol Independent Interface，屏蔽不同的硬件設備和網(wǎng)絡協(xié)議，以相同的格式提供接口（socket)。
4.5) System Call interface，系統(tǒng)調用接口，向用戶空間提供訪問網(wǎng)絡設備的統(tǒng)一的接口。
IPC（Inter-Process Communication），進程間通信。IPC不管理任何的硬件，它主要負責Linux系統(tǒng)中進程之間的通信。
