深入探索linux4内核中的arch (linux4 内核 中的arch)
Deep Dive into the Arch of Linux 4 Kernel
Linux, the open-source operating system, has been around for several decades and is constantly evolving. One of the key elements that make Linux such a flexible and versatile platform is its kernel. The Linux kernel is the central component responsible for managing system resources and providing access to hardware devices. In this article, we will take a deep dive into the architecture of the Linux 4 kernel and explore how it works.
Overview of Linux 4 Kernel Architecture
The Linux 4 kernel is divided into several layers, each with its own responsibilities. The lowest layer is the hardware layer, which interacts with the physical hardware components such as the CPU, memory, and I/O controllers. Above the hardware layer is the kernel space, which contns the core components of the kernel, such as the process scheduler, memory manager, and device driver interface. These components work together to manage system resources and provide access to hardware devices.
Beyond the kernel space is the user space, which contns all the applications and user-level processes running on the system. The kernel space and user space are separated by a system call interface, which allows user-level processes to interact with kernel-level services.
The architecture of the Linux 4 kernel is based on a modular design, with each component designed to function independently. This allows for easy customization and modification of the kernel to suit specific hardware platforms or user requirements.
Process Management
The Linux 4 kernel’s process management component is responsible for managing the execution of running processes on the system. This involves managing process states, allocating and managing resources such as CPU time and memory, and scheng processes for execution.
The process scheduler in the Linux 4 kernel uses a priority-based algorithm to determine which process is scheduled for execution next. This ensures that high-priority processes receive preferential treatment, and lower-priority processes are only executed when sufficient resources are avlable.
Memory Management
The memory management component in the Linux 4 kernel is responsible for managing system memory usage. This involves allocating and deallocating memory to running processes, managing memory usage at the system level, and providing virtual memory support.
The memory management component in Linux 4 provides support for dynamic memory allocation, which allows a process to request memory at run-time. This component also includes support for virtual memory, which allows the system to use disk space as additional memory when the physical memory is exhausted.
Device Management
Linux 4 kernel provides support for a wide range of hardware devices. The device management component in the kernel is responsible for interfacing with hardware devices and providing access to these devices for user-level processes.
The device management component in Linux 4 uses a modular approach, with device drivers designed to function as individual modules. This approach allows for easy customization of the kernel to include support for new or legacy hardware devices.
Networking
Networking support in the Linux 4 kernel includes support for standard networking protocols such as TCP/IP and UDP, as well as support for advanced networking protocols such as IPv6 and IPsec.
The networking component in Linux 4 is designed to provide high-speed data transfer between network devices. This component includes support for packet filtering and firewalling, which allows the system to restrict network traffic based on user-defined rules.
Conclusion
The Linux 4 kernel is a robust and flexible platform that provides support for a wide range of computing applications. Its modular architecture allows users to customize and modify the kernel to suit their specific hardware or application requirements.
The process management, memory management, device management, and networking components of the Linux 4 kernel work together to provide a powerful and scalable operating system platform. As Linux continues to evolve, the architecture of the kernel will continue to adapt to new hardware devices and user requirements, ensuring the platform remns flexible and versatile.
相关问题拓展阅读：
如何给linux安装新内核？
一、获取内核源码
二、解压内核源码
首先以root帐号登录，然后进入/usr/src子目录。如果用户在安装Linux时，安装了内核的源代码，则会发现一个linux-x.y.z的子目录。该目录下存放着内核x.y.z的源代码。此外，还会发现一个指向该目录的链接linux。删除该连接，然后将新内核的源文件拷贝到/usr/src目录中，并解压:
#tarzxvfLinux-2.3.14.tar.gz
文件释放成功后，在/usr/src目录下会生成一个linux子目录。其中包含了内核2.3.14的全部源代码。将/usr/include/a、/usr/inlude/linux、/usr/include/scsi链接到/usr/src/linux/include目录下的对应目录中。
#cd/usr/include
#rm-Rfalinux
#ln-s/usr/src/linux/include/a-i386a
#ln-s/usr/src/linux/include/linuxlinux
#ln-s/usr/src/linux/include/scsiscsi
删除源代码目录中残留的.o文件和其它从属文件。
#cd/usr/src/linux
#makemrproper
三.增量补丁
有时不需要完全重新安装，只需打增量补丁，类似升级，在内核源码树根目录运行:
patch-p1
四.内核源码树目录：
arch：包含和硬件体系结构相关的代码，每种平台占一个相应基启的目录。和32位PC相关的代码存放在i386目录下，其中比较重要的包括kernel（内核核心部分）、mm（内存管理）、math-emu（浮点单元仿真）、lib（硬件相关工具函数）、boot（引导程序）、pci（PCI总线）和power（CPU相关状态）。
block：部分块设备驱动程序。
crypto：常用加密和散列算法（如AES、SHA等），还有一些压缩和CRC校验算法。
Documentation：关于内核各部分的通用解释和注释。
drivers：设备驱动程序，每个不同的驱动占乱明用一个子目录。
fs：各种支持的文件系统，如ext、fat、ntfs等。
include：头文件。其中，和系统相关的头文件被放置在linux子目录下。
init：内核初始化代码（注意不是系统引导代码）。
ipc：进程间通信的代码。
kernel：内核的最核心部分，包括进程调度、定时器等，和平台相关的一部分代码放在arch/*/kernel目录下。
lib：库文件代码。
mm：内存管理代码，和平台相关的一部分代码放在arch/*/mm目录下。
net：网络相关代码，实现了各种常见的网络协议。
scripts：用于配置内核文件的脚本文件。
security：主要是一个SELinux的模块。
sound：常用音频设备的驱动程序等。
usr：实现了一个cpio。
在i386体系下，系统引导将从arch/i386/kernel/head.s开始执行，并进而转移到init/main.c中的main()函数初始化内核。
五.配置内核
#cd/usr/src/linux
内核配置方法有三种：
（1）命令行:makeconfig
（2）菜单模式的配置界面:makemenuconfig
(3)Xwindow:makexconfig
Linux的内核配置程序提供了一系列配置选项。对于每一个配置选项，用户可以回答\”y\”、\”m\”或\”n\”。其中\”y\”表示将相应特性的支持或设备驱动程序编译进内核；\”m\”表示将相应特性的支持或设备驱动程序编译成可加载模块，在需要时，可由系统或用户自行加入到内核中去；\”n\”表示内核不提供相应特性或驱动程序的支持。由于内核的配置选项非常多，本文只介绍一些比较重要的选项。
1、Codematurityleveloptions（代码成熟度选项）
Promptfordevelopmentand/orincompletecode/drivers(CONFIG_EXPERIMENTAL)如果用户想要使用还处于测试阶段的代码或驱搏陪如动，可以选择“y”。如果想编译出一个稳定的内核，则要选择“n”。
2、Processortypeandfeatures（处理器类型和特色）
（1）、Processorfamily(386,486/Cx486,586/K5/5×86/6×86,Pentium/K6/TSC,PPro/6x86MX)选择处理器类型，缺省为Ppro/6x86MX。
（2）、MaximumPhysicalMemory(1GB,2GB)内核支持的更大内存数，缺省为1G。
（3）、Mathemulation(CONFIG_MATH_EMULATION)协处理器仿真，缺省为不仿真。
（4）、MTRR(MemoryTypeRangeRegister)support(CONFIG_MTRR)
选择该选项，系统将生成/proc/mtrr文件对MTRR进行管理，供Xserver使用。
（5）、Symmetricmulti-processingsupport(CONFIG_P)选择“y”，内核将支持对称多处理器。
3、Loadablemodulesupport（可加载模块支持）
（1）、Enableloadablemodulesupport(CONFIG_MODULES)选择“y”，内核将支持加载模块。
（2）、Kernelmoduleloader(CONFIG_KMOD)选择“y”，内核将自动加载那些可加载模块，否则需要用户手工加载。
4、Generalsetup（一般设置）
（1）、Networkingsupport(CONFIG_NET)该选项设置是否在内核中提供网络支持。
（2）、PCIsupport(CONFIG_PCI)该选项设置是否在内核中提供PCI支持。
（3）、PCIaccesode(BIOS,Direct,Any)该选项设置Linux探测PCI设备的方式。选择“BIOS”，Linux将使用BIOS；选择“Direct”，Linux将不通过BIOS；选择“Any”，Linux将直接探测PCI设备，如果失败，再使用BIOS。
（4）Parallelportsupport(CONFIG_PARPORT)选择“y”，内核将支持平行口。
5、PlugandPlayconfiguration（即插即用设备支持）
（1）、PlugandPlaysupport(CONFIG_PNP)选择“y”，内核将自动配置即插即用设备。
（2）、ISAPlugandPlaysupport(CONFIG_ISAPNP)选择“y”，内核将自动配置基于ISA总线的即插即用设备。
6、Blockdevices（块设备）
（1）、NormalPCfloppydisksupport(CONFIG_BLK_DEV_FD)选择“y”，内核将提供对软盘的支持。
（2）、EnhancedIDE/MFM/RLLdisk/cdrom/tape/floppysupport(CONFIG_BLK_DEV_IDE)选择“y”，内核将提供对增强IDE硬盘、CDROM和磁带机的支持。
7、Networkingoptions（网络选项）
（1）、Packetsocket(CONFIG_PACKET)选择“y”，一些应用程序将使用Packet协议直接同网络设备通讯，而不通过内核中的其它中介协议。
（2）、Networkfirewalls(CONFIG_FIREWALL)选择“y”，内核将支持防火墙。
（3）、TCP/IPnetworking(CONFIG_INET)选择“y”，内核将支持TCP/IP协议。
（4）TheIPXprotocol(CONFIG_IPX)选择“y”，内核将支持IPX协议。
（5）、AppletalkDDP(CONFIG_ATALK)选择“y”，内核将支持AppletalkDDP协议。
8、SCSIsupport（SCSI支持）
如果用户要使用SCSI设备，可配置相应选项。
9、Networkdevicesupport（网络设备支持）
Networkdevicesupport(CONFIG_NETDEVICES)选择“y”，内核将提供对网络驱动程序的支持。
10、Ethernet(10or100Mbit)（10M或100M以太网）
在该项设置中，系统提供了许多网卡驱动程序，用户只要选择自己的网卡驱动就可以了。此外，用户还可以根据需要，在内核中加入对FDDI、PPP、SLIP和无线LAN（WirelessLAN）的支持。
11、Characterdevices（字符设备）
（1）、Virtualterminal(CONFIG_VT)选择“y”，内核将支持虚拟终端。
（2）、Supportforconsoleonvirtualterminal(CONFIG_VT_CONSOLE)
选择“y”，内核可将一个虚拟终端用作系统控制台。
（3）、Standard/generic(dumb)serialsupport(CONFIG_SERIAL)
选择“y”，内核将支持串行口。
（4）、Supportforconsoleonserialport(CONFIG_SERIAL_CONSOLE)
选择“y”，内核可将一个串行口用作系统控制台。
12、Mice（鼠标）
PS/2mouse(aka\”auxiliarydevice\”)support(CONFIG_POUSE)如果用户使用的是PS/2鼠标，则该选项应该选择“y”。
13、Filesystems（文件系统）
（1）、Quotasupport(CONFIG_QUOTA)选择“y”，内核将支持磁盘限额。
（2）、Kernelautomountersupport(CONFIG_AUTOFS_FS)选择“y”，内核将提供对automounter的支持，使系统在启动时自动mount远程文件系统。
（3）、DOSFATfssupport(CONFIG_FAT_FS)选择“y”，内核将支持DOSFAT文件系统。
（4）、ISO9660CDROMfilesystemsupport(CONFIG_ISO9660_FS)
选择“y”，内核将支持ISO9660CDROM文件系统。
（5）、NTFSfilesystemsupport(readonly)(CONFIG_NTFS_FS)
选择“y”，用户就可以以只读方式访问NTFS文件系统。
（6）、/procfilesystemsupport(CONFIG_PROC_FS)/proc是存放Linux系统运行状态的虚拟文件系统，该项必须选择“y”。
（7）、Secondextendedfssupport(CONFIG_EXT2_FS)EXT2是Linux的标准文件系统，该项也必须选择“y”。
14、NetworkFileSystems（网络文件系统）
（1）、NFSfilesystemsupport(CONFIG_NFS_FS)选择“y”，内核将支持NFS文件系统。
（2）、Bfilesystemsupport(tomountWfWsharesetc.)(CONFIG_B_FS)
选择“y”，内核将支持B文件系统。
（3）、NCPfilesystemsupport(tomountNetWarevolumes)(CONFIG_NCP_FS)
选择“y”，内核将支持NCP文件系统。
15、PartitionTypes（分区类型）
该选项支持一些不太常用的分区类型，用户如果需要，在相应的选项上选择“y”即可。
16、Consoledrivers（控制台驱动）
VGAtextconsole(CONFIG_VGA_CONSOLE)选择“y”，用户就可以在标准的VGA显示方式下使用Linux了。
17、Sound（声音）
Soundcardsupport(CONFIG_SOUND)选择“y”，内核就可提供对声卡的支持。
18、Kernelhacking（内核监视）
MagicSysRqkey(CONFIG_MAGIC_SYSRQ)选择“y”，用户就可以对系统进行部分控制。一般情况下选择“n”。
六、编译内核
（一）、建立编译时所需的从属文件
#cd/usr/src/linux
#makedep
（二）、清除内核编译的目标文件
#makeclean
（三）、编译内核
#makezImage
内核编译成功后，会在/usr/src/linux/arch/i386/boot目录中生成一个新内核的映像文件zImage。如果编译的内核很大的话，系统会提示你使用makebzImage命令来编译。这时，编译程序就会生成一个名叫bzImage的内核映像文件。
（四）、编译可加载模块
如果用户在配置内核时设置了可加载模块，则需要对这些模块进行编译，以便将来使用inod命令进行加载。
#makemodules
#makemodelus_install
编译成功后，系统会在/lib/modules目录下生成一个2.3.14子目录，里面存放着新内核的所有可加载模块。
七、启动新内核
（一）、将新内核和System.map文件拷贝到/boot目录下
#cp/usr/src/linux/arch/i386/boot/bzImage/boot/vmlinuz-2.3.14
#cp/usr/src/linux/System.map/boot/System.map-2.3.14
#cd/boot
#rm-fSystem.map
#ln-sSystem.map-2.3.14System.map
（二）、配置/etc/lilo.conf文件。在该文件中加入下面几行：
default=linux-2.3.14
image=/boot/vmlinuz-2.3.14
label=linux-2.3.14
root=/dev/hda1
read-only
（三）、使新配置生效
#/in/lilo
（四）、重新启动系统
#/in/reboot
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