我对Linux概念架构的理解(3)

体系结构无关模块(architecture-independent module) 与调度策略模块交互将决定下一个执行的进程，然后调用体系结构相关的代码去恢复那个进程的执行。不仅如此，这个模块还会调用memory manager的接口来确保被阻塞的进程的内存映射信息被正确得保存起来。

（3）. 数据表示

调度器维护一个数据结构——task list，其中的元素时每个活动的进程task_struct实例；这个数据结构不仅仅包含用来阻塞和恢复进程的信息，也包含额外的计数和状态信息。这个数据结构在整个kernel层都可以公共访问。

（4）. 依赖关系、数据流、控制流

正如前面提到过的，调度器需要调用memory manager提供的功能，去为需要恢复执行的进程选择合适的物理地址，正因为如此，所以Process Scheuler子系统依赖于内存管理子系统。当其他内核子系统需要等待硬件请求完成时，它们都依赖于进程调度子系统进行进程的阻塞和恢复。这种依赖性通过函数调用和访问共享的task list数据结构来体现。所有的内核子系统都要读或者写代表当前正在运行进程的数据结构，因此形成了贯穿整个系统的双向数据流。

除了内核层的数据流和控制流，OS服务层还给用户进程提供注册定时器的接口。这形成了由调度器对用户进程的控制流。通常唤醒睡眠进程的用例不在正常的控制流范围，因为用户进程无法预知何时被唤醒。最后，调度器与CPU交互来阻塞和恢复进程，这又形成它们之间的数据流和控制流——CPU负责打断当前正在运行的进程，并允许内核调度其他的进程运行。

2. MEMORY MANAGER 架构

内存管理模块负责控制进程如何访问物理内存资源。通过硬件内存管理系统（MMU）管理进程虚拟内存和机器物理内存之间的映射。每一个进程都有自己独立的虚拟内存空间，所以两个进程可能有相同的虚拟地址，但是它们实际上在不同的物理内存区域运行。MMU提供内存保护，让两个进程的物理内存空间不互相干扰。内存管理模块还支持swap——将暂时不用的内存页换出到磁盘上的swap分区，这种技术让进程的虚拟地址空间大于物理内存的大小。虚拟地址空间的大小由机器字长决定。

内存管理子系统

• 架构相关模块(architecture specific module)提供访问物理内存的虚拟接口；

• 架构无关模块(architecture independent module)负责每个进程的地址映射以及虚拟内存交换。当发生缺页错误时，由该模块负责决定哪个内存页应该被换出内存——因为这个内存页换出选择算法几乎不需要改动，所以这里没有建立一个独立的策略模块。

• 系统调用接口(system call interface) 为用户进程提供严格的访问接口（malloc和free；mmap和ummap）。这个模块允许用进程分配和释放内存、执行内存映射文件操作。

（3）数据表示

内存管理存放每个进程的虚拟内存到物理内存的映射信息。这种映射信息存放在mm_struct结构实例中，这个实例的指针又存放在每个进程的task_struct中。除了存放映射信息，数据块中还应该存放关于内存管理器如何获取和存储页的信息。例如：可执行代码能够将可执行镜像作为备份存储；但是动态申请的数据则必须备份到系统页中。（这个没看懂，请高手解惑？） 
最后，内存管理模块还应该存放访问和技术信息，以保证系统的安全。

（4）依赖关系、数据流和控制流

内存管理器控制物理内存，当page fault发生时，接受硬件的通知（缺页中断）—— 这意味着在内存管理模块和内存管理硬件之间存在双向的数据流和控制流。内存管理也依赖文件系统来支持swapping和内存映射I/O——这种需求意味着内存管理器需要调用对文件系统提供的函数接口(procedure calls)，往磁盘中存放内存页和从磁盘中取内存页。因为文件系统请求非常慢，所以在等待内存页被换入之前，内存管理器要让进程需要进入休眠——这种需求让内存管理器调用process scheduler的接口。由于每个进程的内存映射存放在进程调度器的数据结构中，所以在内存管理器和进程调度器之间也有双向的数据流和控制流。用户进程可以建立新的进程地址空间，并且能够感知缺页错误——这里需要来自内存管理器的控制流。一般来说没有用户进程到内存管理器的数据流，但是用户进程却可以通过select系统调用，从内存管理器获取一些信息。

3. VIRTUAL FILE SYSTEM 架构

虚拟文件系统为存储在硬件设备上数据提供统一的访问接口。可以兼容不同的文件系统（ext2,ext4,ntf等等）。计算机中几乎所有的硬件设备都被表示为一个通用的设备驱动接口。逻辑文件系统促进与其他操作系统标准的兼容性，并且允许开发者以不同的策略实现文件系统。虚拟文件系统更进一步，允许系统管理员在任何设备上挂载任何逻辑文件系统。虚拟文件系统封装物理设备和逻辑文件系统的细节，并且允许用户进程使用统一的接口访问文件。

除了传统的文件系统目标，VFS也负责装载新的可执行文件。这个任务由逻辑文件系统模块完成，使得Linux可以支持多种可执行文件。

 

虚拟文件系统模块

• 设备驱动模块（device driver module）

• 设备独立接口模块（Device Independent Interface）：提供所有设备的同一视图

• 逻辑文件系统（logical file system）：针对每种支持的文件系统

• 系统独立接口（system independent interface）提供硬件资源和逻辑文件系统都无关的接口，这个模块通过块设备节点或者字符设备节点提供所有的资源。

• （编辑：ASP站长网）