Linux系统的架构浅析(2)

inode是文件从抽象--->具体的关键。inode存储了一些指针，这些指针指向存储设备的一些数据块，文件的内容就存储在这些数据块中。Linux想打开一个文件时，只需要找到文件对应的inode，然后沿着指针，将所有的数据块攒起来，就可以在内存中组成一个文件的数据了。

inode 结构

inode并不是组织文件的唯一方式，最简单的组织文件的方式，是把文件依次顺序的放入存储设备，但如果有删除操作的话，删除造成的空余空间夹杂在正常文件之间，很难利用和管理;复杂方式可以用来链表来做，每个数据块有个指针，指向属于同一文件的下一个数据块，这样的好处是可以利用零散的空余空间，坏处是对文件的操作必须按照线性方式进行，如果随机读取就必须要遍历链表，直到目标位置。由于这一遍历不是在内存进行，所以速度很慢。

inode既可以充分利用空间，在内存占据空间不与存储设备相关，解决了上面的问题。但inode也有自己的问题。每个inode能够存储的数据块指针总数是固定的。如果一个文件需要的数据块超过这一总数，inode需要额外的空间来存储多出来的指针。

dentry

代表一个目录项，是路径的一部分，比如一个路径/home/jackycao/hello.txt，那么目录项就有home、jackycao、hello.txt。

block

代表具体的数据，一个文件由分散的多个block组成，组织的方式由inode来指向。

设备驱动

与外设的交互，说白了就是输入(input)、操作(operate)、输出(ouput)的操作。

内核需要完成三件事情：

1. 针对不同的设备类型实现不同的方法来寻址硬件。

2. 必须为用户空间提供操作不同硬件设备的方法，且需要一个统一的机制来确保尽量有限的编程工作。

3. 让用户空间知道在内核中有哪些设备。

设备通信图

内核访问外设主要有两种方式：I/O端口和I/O内存映射。具体不展开介绍了。

内核动态接收外设发来的请求(数据)主要通过两种方式：轮询和中断。

轮询：周期性的访问查询设备是否有数据，如果有，便获取数据。这种方法比较浪费CPU资源。

中断：核心思想是外设有请求时主动通知CPU，中断的优先级最高，会中断CPU的当前进程运行，每个CPU都提供了中断线，每个中断由唯一的中断号识别，内核为每个应用的中断提供一个中断处理方法。当有数据已准备好可以给内核或者间接被一个应用程序使用的时候，外设出发一个中断。使用中断确保系统只有在外设需要处理器介入的时候才会通知CPU，提高了效率。

PS：块和扇区的概念：块是一个指定大小的字节序列，用于保存在内核和设备间传输的数据，块的大小可以被设置，默认是4096 bytes，扇区是存储设备操作的最小单元，默认是512 Bytes，块是一段连续的扇区。

网络

Linux的网络子系统的模型基于ISO的OSI模型，Linux内核中会简化相应层级。下图为Linux使用的TCP/IP参考模型。

网络模型

Host-to-Host层：相当于OSI模型的物理层和数据链路层，负责将数据从一个计算机传输到另一个计算机。在Linux内核的角度来看，这一层是通过网卡的设备驱动程序实现的。

Internet层：相当于OSI模型的网络层，负责让网络中的计算机可以交换数据(这些计算机并不一定是直连的)。该层同时负责传输的包分成指定的大小，因为包在传输路径上每个计算机支持的最大网络包的大小不一样，在传输时数据被分割成不同的包，在接收端再组合。该层为网络中的计算机分配唯一的网络地址。

Transport层：相当于OSI模型的传输层，负责让两个连接的计算机上运行的应用程序之间的数据传输。比如，两台计算机上的客户端和服务端程序，通过端口号来识别通信的应用程序。

App层：相当于OSI模型的会话层、表示层、应用层，网络中不同计算机的两个应用程序建立连接后，这一层负责实际内容的传输。

Linux内核子系统的实现通过C代码实现，每个层只能和它上下层通信。

Linux网络分层图

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（编辑：ASP站长网）