內(nèi)核是操作系統(tǒng)的主要部分，它可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，并且不會(huì)因資源不足而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。Linux 是能夠處理復(fù)雜應(yīng)用程序的穩(wěn)定操作系統(tǒng)之一，適用于創(chuàng)建復(fù)雜架構(gòu)。Linux 有一個(gè)內(nèi)核，它被稱為 Linux 操作系統(tǒng)的核心，它可以完全控制 Linux 系統(tǒng)中的所有內(nèi)容。內(nèi)核被認(rèn)為是在引導(dǎo)加載程序加載之前將在 Linux 系統(tǒng)上加載的首批程序之一。如果您是 Linux 新手并且不了解引導(dǎo)加載程序，那么它是一種將加載和啟動(dòng) Linux 操作系統(tǒng)的加載時(shí)間進(jìn)程的程序。每當(dāng)您啟動(dòng)系統(tǒng)或啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，它都有助于在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中加載操作系統(tǒng)。

如果您有基本的計(jì)算機(jī)背景，那么您必須熟悉“啟動(dòng)”系統(tǒng)這一術(shù)語。這是引導(dǎo)加載程序?qū)⑥D(zhuǎn)換指令以處理 CPU 數(shù)據(jù)的步驟。引導(dǎo)加載程序能夠處理內(nèi)存和其他外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器等。

內(nèi)核的工作

內(nèi)核充當(dāng)系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序、CPU、內(nèi)存和連接到系統(tǒng)的設(shè)備之間的屏障。它被稱為計(jì)算機(jī)硬件與正在運(yùn)行的進(jìn)程或應(yīng)用程序之間的接口。Linux 內(nèi)核是免費(fèi)和開源的，以及類 Unix 操作系統(tǒng)內(nèi)核。

• 創(chuàng)建 Linux 系統(tǒng)基礎(chǔ)的硬件或物理機(jī)器由內(nèi)存 (RAM)、處理器或中央處理單元 (CPU) 以及輸入/輸出 (I/O) 設(shè)備（如 存儲(chǔ)、 網(wǎng)絡(luò)和圖形）組成. CPU 將執(zhí)行所需的計(jì)算，讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。
• Linux內(nèi)核也被稱為Linux OS的核心程序。主軟件駐留在系統(tǒng)內(nèi)存中，并指導(dǎo) CPU 執(zhí)行什么任務(wù)。
• 用戶進(jìn)程是由系統(tǒng)內(nèi)核管理的正在運(yùn)行的程序。用戶進(jìn)程創(chuàng)建主用戶空間。內(nèi)核讓這些進(jìn)程相互建立連接。

系統(tǒng)將在內(nèi)核模式或用戶模式下在 CPU 上運(yùn)行各種任務(wù)。在內(nèi)核模式下運(yùn)行的代碼僅限于使用硬件，而在用戶模式下運(yùn)行的代碼僅限于使用 CPU 和內(nèi)存。這種類型的區(qū)別也適用于記憶。

Linux內(nèi)核的子系統(tǒng)

我們在下面提到了 Linux 內(nèi)核的主要核心子系統(tǒng)。它們是進(jìn)程調(diào)度器、虛擬文件系統(tǒng)、內(nèi)存管理單元、網(wǎng)絡(luò)單元和進(jìn)程間通信單元。在本文中，我們將僅詳細(xì)關(guān)注 Linux 內(nèi)核的三個(gè)主要子系統(tǒng)。讓我們看看這三個(gè)核心子系統(tǒng)的詳細(xì)功能。

進(jìn)程調(diào)度器：這是內(nèi)核的主要子系統(tǒng)，因?yàn)樗?fù)責(zé)在通道中的所有進(jìn)程或應(yīng)用程序之間分配 CPU 時(shí)間和資源。任何正在運(yùn)行的進(jìn)程都不會(huì)缺少 CPU 資源，并允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行，而不會(huì)因另一個(gè)應(yīng)用程序而影響一個(gè)應(yīng)用程序的性能。PS：查看2022 年最佳服務(wù)器 CPU 處理器的建議。

內(nèi)存管理單元：該內(nèi)核子系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理內(nèi)存并確保內(nèi)存在系統(tǒng)上運(yùn)行的所有資源、進(jìn)程和應(yīng)用程序之間的正確分配，因此它們不會(huì)因?yàn)閮?nèi)存不足或在內(nèi)核模式下拋出“內(nèi)存不足”等錯(cuò)誤而崩潰”。

虛擬文件系統(tǒng)：這是內(nèi)核子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)為計(jì)算機(jī)上所有可用的文件系統(tǒng)提供平等的接口，并允許它們訪問這些文件系統(tǒng)上存在的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

Linux內(nèi)核的優(yōu)點(diǎn)

以下是使用 Linux 內(nèi)核的一些優(yōu)點(diǎn)。

• 由于軟件的參與較少，因此它被認(rèn)為工作得更快。
• 內(nèi)核是一個(gè)小軟件；因此，就源代碼和編譯形式而言，它更小。
• 由于其體積和代碼小，它往往具有較少的錯(cuò)誤，因此出現(xiàn)任何與安全相關(guān)的問題的可能性較小。
• 它是一個(gè)完全在單一地址空間內(nèi)運(yùn)行的單一進(jìn)程。
• 它有助于在 Linux 系統(tǒng)上運(yùn)行的所有進(jìn)程中管理系統(tǒng)的所有資源。

內(nèi)核的缺點(diǎn)

以下是內(nèi)核的一些陷阱；其中一些在下面提到。

• 由于內(nèi)核子系統(tǒng)之間存在依賴關(guān)系，如果設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序出現(xiàn)錯(cuò)誤，可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。
• 如果內(nèi)核的大小很大，管理它就變得很困難。
• 為了向 Linux 系統(tǒng)添加任何新服務(wù)，您需要對操作系統(tǒng)進(jìn)行整體修改。

單片內(nèi)核

在單體內(nèi)核中完成的大部分工作都是通過系統(tǒng)調(diào)用完成的。正在運(yùn)行的程序通過系統(tǒng)調(diào)用與操作系統(tǒng)交互。每當(dāng)程序想要與操作系統(tǒng)內(nèi)核交互時(shí)，它都需要發(fā)出系統(tǒng)調(diào)用請求。系統(tǒng)調(diào)用將使用應(yīng)用程序接口 (API) 向請求的應(yīng)用程序提供操作系統(tǒng)的服務(wù)。

單片內(nèi)核與微內(nèi)核有何不同

兩者的顯著區(qū)別在于系統(tǒng)調(diào)用和內(nèi)核空間。我們已經(jīng)提到了單體內(nèi)核和微內(nèi)核之間的一些顯著差異。主要區(qū)別在于微內(nèi)核在不同的空間中實(shí)現(xiàn)用戶和內(nèi)核服務(wù)。相比之下，單片內(nèi)核在單個(gè)地址空間中使用這兩種服務(wù)。

• 微內(nèi)核的大小很小，因?yàn)榕c內(nèi)核相關(guān)的服務(wù)和任務(wù)將只運(yùn)行內(nèi)核服務(wù)。相比之下，單片內(nèi)核的大小與微內(nèi)核相比要大，因?yàn)閱纹瑑?nèi)核和用戶服務(wù)都在相同的地址空間中運(yùn)行。
• 單片內(nèi)核的處理速度很快，因?yàn)橄到y(tǒng)調(diào)用用于建立應(yīng)用程序和底層硬件之間的通信。雖然與單片內(nèi)核相比，微內(nèi)核處理速度較慢，但??通信是使用正在運(yùn)行的應(yīng)用程序和底層硬件之間傳遞的消息完成的。
• 如果您想添加任何新服務(wù)，您可以輕松擴(kuò)展微內(nèi)核，因?yàn)樵摲?wù)將被添加到與內(nèi)核空間完全隔離的用戶地址空間。因此無需修改內(nèi)核。另一方面，擴(kuò)展單片內(nèi)核很困難，因?yàn)樘砑尤魏涡路?wù)都需要您更改整個(gè)內(nèi)核空間。
• 從安全的角度來看，微內(nèi)核更安全，就像任何正在運(yùn)行的服務(wù)發(fā)生故障一樣，不會(huì)對操作系統(tǒng)造成影響。而另一方面，單體的安全性較低，因?yàn)槿绻霈F(xiàn)任何服務(wù)故障，整個(gè)單體系統(tǒng)都會(huì)受到影響。
• 在設(shè)計(jì)內(nèi)核時(shí)，單片內(nèi)核很容易設(shè)計(jì)，因?yàn)樗枰拇a更少，而另一方面，微內(nèi)核的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，因?yàn)樗枰唛L的代碼，可能會(huì)導(dǎo)致更多的錯(cuò)誤。

什么是內(nèi)核空間？

Linux系統(tǒng)可以將內(nèi)存空間劃分為兩個(gè)區(qū)域——內(nèi)核空間和用戶空間。內(nèi)核空間是內(nèi)核執(zhí)行各種任務(wù)并向系統(tǒng)提供服務(wù)的獨(dú)立空間。

結(jié)論

內(nèi)核是操作系統(tǒng)的主要部分，它使得同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程成為可能，并且不會(huì)因運(yùn)行資源不足而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。它有助于管理每個(gè)進(jìn)程的工作并幫助它們與底層硬件進(jìn)行交互。內(nèi)核有兩種類型——單片內(nèi)核和微內(nèi)核。如今，各種公司都在利用這兩種內(nèi)核的綜合優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳性能和生產(chǎn)力。