Принципы проектирования и компоненты системы Linux
Linux – многопользовательская и многозадачная ОС с полным набором UNIX-совместимых инструментов. Ее файловая система соответствует традиционной семантике UNIX. Она полностью реализует стандартную сетевую модель UNIX. Основные цели проектирования Linux – скорость, эффективность и стандартизация. ОС Linux разработана как система, совместимая со стандартами POSIX по крайней мере два дистрибутива Linux были официально сертифицированы как совместимые с POSIX. Программный интерфейс Linux соответствует семантике диалекта SVR4 UNIX (разработанного фирмой AT&T), но не диалекта BSD UNIX (разработанного университетом Беркли). Как большинство реализаций UNIX, Linux состоит из трех основных групп кода – ядро, системные библиотеки и системные утилиты; наиболее важно различие между ядром и всеми остальными компонентами. Ядро отвечает за поддержку основных концепций (абстракций) ОС.
Код ядра исполняется в привилегированном режиме, и ему полностью доступны все аппаратные ресурсы компьютера. Весь код и структуры данных ядра хранятся и исполняются в едином адресном пространстве. Системные библиотеки определяют стандартный набор функций, с помощью которого приложения взаимодействуют с ядром, и которые реализуют основную часть функциональности ОС, не требующую исполнения в привилегированном режиме.Системные утилиты выполняют индивидуальные специфические задачи.
Загружаемые модули ядра Linux
Одним из важнейших новшеств в ядре Linux являются загружаемые модули ядра (loadable kernel modules, LKM), появившиеся в версии 1.2. Они обеспечивают ядру гибкость и функциональность.
Части (секции) кода ядра могут компилироваться, загружаться и выгружаться, независимо от остальной части ядра. Модуль ядра может реализовывать драйвер устройства, файловую систему или сетевой протокол.Модульный интерфейс позволяет сторонним разработчикам реализовывать и распространять на своих собственных условиях драйверы или файловые системы, которые не могут распространяться на основе GPL.Модули ядра позволяют инсталлировать Linux в виде стандартного, минимального ядра, без использования каких-либо встроенных устройств.
Три компоненты модуля Linux поддерживают:
Компонента управление модулем управляет загрузкой модуля в память и его взаимодействием с остальной частью ядра.Управление модулем разбито на две части:
Управление частями кода модуля в памяти ядра
Управление символами, на которые модуль разрешает ссылаться.
Компонента module requestor управляет загрузкой запрошенных, но еще не загруженных модулей. Она также регулярно опрашивает ядро, чтобы убедиться, что модуль до сих пор используется, и выгружает модуль, если он долгое время активно не использовался.
Компонента регистрация драйверов предоставляет модулю возможность сообщить ядру, что новый драйвер доступен.Ядро поддерживает динамическую таблицу всех известных драйверов и обеспечивает набор подпрограмм для добавления драйверов в эти таблицы или удаления из них в любое время.
Таблицы регистрации включают следующие элементы:
Модуль разрешения конфликтов предоставляет механизм, который позволяет различным драйверам устройств резервировать аппаратные ресурсы и защищать эти ресурсы от случайного использования другими драйверами.Цели модуля разрешения конфликтов:
Предотвратить конфликты, связанные с использованием аппаратуры
Предотвратить автопроверки (autoprobes) от пересечения с уже существующими драйверами устройств
Разрешить конфликты различных драйверов, пытающихся иметь доступ к одной и той же аппаратуре.