1.5.3 Linux内核的抽象结构
Linux内核由5个 主要的子系统组成：如图1.2
图1.2 Linux内核子系统及其之间的关系
1.进程调度(SCHED)控制着进程对CPU的访问。当需要选择下一个进程运行时，由调度程序选择最值得运行的进程。可运行进程实际是仅等待 CPU 资源的进程，如果某个进程在等待其他资源，则该进程是不可运行进程。Linux 使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。
2.内存管理(MM)允许多个进程安全地共享主内存区域 。Linux的内存管理支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其代码、数据和堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只将当前使用的程序块保留在内存中，其余的程序块则保留在磁盘上。必要时，操作系统负责在磁盘和内存之间交换程序块。
内存管理从逻辑上可以分为硬件无关的部分和硬件相关的部分。硬件无关的部分提供了进程的映射和虚拟内存的对换；硬件相关的部分为内存管理硬件提供了虚拟接口。
3. 虚拟文件系统(VirtulFile System VFS)隐藏了各种不同硬件的具体细节，为所有设备提供了统一的接口，VFS还支持多达数十种不同的文件系统，这也是Linux较有特色的一部分。
虚拟文件系统可分为逻辑文件系统和设备驱动程序。逻辑文件系统指Linux所支持的文件系统，如ext2, fat等，设备驱动程序指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。
4.网络接口(NET)提供了对各种网络标准协议的存取和各种网络硬件的支持。网络接口可分为网络协议和网络驱动程序两部分。网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议，网络设备驱动程序负责与硬件设备进行通信，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。
5. 进程间通信(IPC)支持进程间各种通信机制。
从图1.2可以看出，处于中心位置的是进程调度，所有其它的子系统都依赖于它，因为每个子系统都需要挂起或恢复进程。一般情况下，当一个进程等待硬件操作完成时，它被挂起；当操作真正完成时，进程被恢复执行。例如，当一个进程通过网络发送一条消息时，网络接口需要挂起发送进程，直到硬件成功地完成消息的发送，当消息被发送出去以后，网络接口给进程返回一个代码，表示操作的成功或失败。其它子系统(内存管理，虚拟文件系统及进程间通信)以相似的理由依赖于进程调度。
各个子系统之间的依赖关系如下：
· 进程调度与内存管理之间的关系：这两个子系统互相依赖。在多道程序环境下，程序要运行必须为之创建进程，而创建进程的第一件事，就是要将程序和数据装入内存。
· 进程间通信与内存管理的关系：进程间通信子系统要依赖内存管理支持共享内存通信机制，这种机制允许两个进程除了拥有自己的私有内存，还可存取共同的内存区域。
·虚拟文件系统与网络接口之间的关系：虚拟文件系统利用网络接口支持网络文件系统(NFS)，也利用内存管理支持RAMDISK 设备。
· 内存管理与虚拟文件系统之间的关系： 内存管理利用虚拟文件系统支持交换，交换进程(swapd)定期地由调度程序调度，这也是内存管理依赖于进程调度的唯一原因。当一个进程存取的内存映射被换出时，内存管理向文件系统发出请求，同时，挂起当前正在运行的进程。
除了图1.2所显示的依赖关系以外，内核中的所有子系统还要依赖一些共同的资源，但在图中并没有显示出来。这些资源包括所有子系统都用到的过程，例如，分配和释放内存空间的过程，打印警告或错误信息的过程，还有系统的调试例程等等。
1.6 Linux内核源代码
1.6.1 多版本的内核源代码
对不同的内核版本，系统调用一般是相同的。新版本也许可以增加一个新的系统调用，但旧的系统调用将依然不变，这对于保持向后兼容是非常必要的—一个新的内核版本不能打破常规的过程。在大多数情况下，设备文件将仍然相同，而另一方面，版本之间的内部接口有所变化。
Linux内核源代码有一个简单的数字系统，任何偶数内核(如2.0.30)是一个稳定的版本，而奇数内核(如2.1.42)是正在发展中的内核。这本书是基于稳定的2.4.16 源代码树。发展中的内核总是有最新的特点，支持最新的设备，尽管它们还不稳定，也不是你所想要的，但它们是发展最新而又稳定的内核的基础。
目前，较新而又稳定的内核版本是2.2.x和2.4.x，因为版本之间稍有差别，因此，如果你想让一个新驱动程序模块既支持2.2.x，也支持2.4.x，就需要根据内核版本对模块进行条件编译。
对内核源代码的修改是以补丁文件的形式发布的。patch实用程序用来对内核源文件进行一系列的修订，例如，如果你有2.4.9内核源代码，而你想移到2.4.16，你可以获得2.4.16的补丁文件，应用patch来修订2.4.9源文件。例如：
$ cd/usr/src/linux
$ patch-p1 < patch-2.4.16
1.6.2 Linux内核源代码的结构
Linux内核源代码位于/usr/src/linux目录下，其结构分布如图1.3所示，每一个目录或子目录可以看作一个模块，其目录之间的连线表示“子目录或子模块”的关系。下面是对每一个目录的简单描述。
include/子目录包含了建立内核代码时所需的大部分包含文件，这个模块利用其它模块重建内核。
init/ 子目录包含了内核的初始化代码，这是内核开始工作的起点。
arch/子目录包含了所有硬件结构特定的内核代码，如图1.3，arch/ 子目录下有i386和alpha模块等等。
drivers/ 目录包含了内核中所有的设备驱动程序，如块设备，scsi 设备驱动程序等等。
fs/ 目录包含了所有文件系统的代码，如：ext2, vfat模块的代码等等。
net/ 目录包含了内核的连网代码。
mm/ 目录包含了所有的内存管理代码。
ipc/ 目录包含了进程间通信的代码。
kernel/ 目录包含了主内核代码
图1.3显示了八个目录，即 init, kernel, mm, ipc, drivers, fs, arch 及net 的包含文件都在"include/" 目录下。在Linux内核中包含了 drivers, fs,arch及 net 模块，这就使得Linux内核既不是一个层次式结构，也不是一个微内核结构，而是一个“整体式”结构。因为系统调用可以直接调用内核层，因此，该结构使得整个系统具有较高的性能，其缺点是内核修改起来比较困难，除非遵循严格的规则和编码标准。
在图1.3中所显示的模块结构，代表了一种工作分配单元，利用这种结构，我们期望Linus Torvalds能维护和增强内核的核心服务，即，init/,kernel/, mm/及 ipc/，其它的模块drivers, fs, arch及net也可以作为工作单元，例如，可以分配一组人对块文件系统进行维护和进一步的开发，而另一组人对scsi文件系统进行完善。图1.3类似于Linux的自愿者开发队伍一起工作来增强和扩展整个系统的框架。
图1.3 Linux源代码的分布结构