With over 13 million lines of code, the Linux kernel is one of the largest open source projects in the world, but what is a kernel and what is it used for?

什么是内核(the kernel)？

内核是与计算机中的硬件接口的易于更换的软件的最低级别。它负责将所有以“用户模式”运行的应用程序连接到物理硬件，并允许进程（称为服务器）使用进程间通信（IPC）从彼此获取信息。

不同类型的果仁

当然，在从头开始构建内核时，有不同的方法来构建内核和体系结构方面的考虑。一般来说，大多数内核分为三种类型：单核、微核和杂交。Linux是单片内核，而OSX（XNU）和Windows7使用混合内核。让我们快速浏览一下这三个类别，以便稍后更详细地讨论。

Image by uptown popcorn

MicrokernelA microkernel只管理它所拥有的：CPU、内存和IPC。计算机中几乎所有的东西都可以看作是一个附件，可以在用户模式下处理。微内核具有可移植性的优势，因为只要操作系统仍尝试以相同的方式访问硬件，它们就不必担心您是否更换了显卡甚至操作系统。微内核占用的内存和安装空间也非常小，而且它们往往更安全，因为只有特定的进程在用户模式下运行，而用户模式没有管理模式那样的高权限。

赞成的意见

• 便携性
• 安装占地面积小
• 内存占用小
• 安全

欺骗

• 硬件通过驱动程序更加抽象
• 硬件可能反应较慢，因为驱动程序处于用户模式
• 进程必须在队列中等待以获取信息
• 进程不等待就无法访问其他进程

单片内核单片内核与微内核相反，因为它们不仅包含CPU、内存和IPC，还包含设备驱动程序、文件系统管理和系统服务器调用等内容。单片内核往往更擅长访问硬件和多任务处理，因为如果一个程序需要从内存或运行的另一个进程获取信息，它有一条更直接的线路来访问它，而不必在队列中等待来完成任务。但是，这可能会导致问题，因为在管理模式下运行的事情越多，如果一个系统的行为不正常，那么会导致系统崩溃的事情就越多。

赞成的意见

• 程序更直接地访问硬件
• 流程之间更容易沟通
• 如果您的设备受支持，则无需额外安装即可使用
• 进程反应更快，因为没有处理器时间的队列

欺骗

• 安装占地面积大
• 大内存占用
• 安全性较低，因为所有操作都在管理模式下运行

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Hybrid KernelHybrid kernels能够选择在用户模式下运行什么，在管理模式下运行什么。通常情况下，诸如设备驱动程序和文件系统I/O之类的操作将在用户模式下运行，而IPC和服务器调用将保持在监控模式下。这两方面都是最好的，但通常需要硬件**商做更多的工作，因为所有的驱动程序责任都由他们来承担。它也可能有一些微内核固有的延迟问题。

赞成的意见

• 开发人员可以选择哪些在用户模式下运行，哪些在主管模式下运行
• 安装占用空间小于单片内核
• 比其他型号更灵活

欺骗

• 会和微内核一样受到进程延迟的影响
• 设备驱动程序需要由用户管理（通常）

linux内核文件在哪里？

在Ubuntu中，内核文件存储在/boot文件夹中，称为vmlinuz version。vmlinuz这个名字来自于unix世界，60年代的时候，他们把内核简单地称为“unix”，所以Linux在90年代第一次开发内核时就开始把内核称为“Linux”。

当开发虚拟内存以实现更简单的多任务处理能力时，“vm”被放在文件的前面，以表明内核支持虚拟内存。有一段时间，Linux内核被称为vmlinux，但是内核太大，无法容纳可用的启动内存，因此内核映像被压缩，结尾的x被改为z，以显示它是用zlib压缩压缩的。这种压缩并不总是被使用，通常被LZMA或BZIP2代替，有些内核被简单地称为zImage。

版本编号将采用A.B.C.D格式，其中A.B可能是2.6，C是您的版本，D表示您的修补程序或修复程序。

在/boot文件夹中还有其他非常重要的文件，称为初始化.img-版本，系统地图-版本和配置版本。initrd文件用作一个小型RAM磁盘，用于提取和执行实际的内核文件。这个系统地图文件用于在内核完全加载之前进行内存管理，配置文件告诉内核在编译内核映像时要将哪些选项和模块加载到内核映像中。

linux内核体系结构

因为Linux内核是单片的，所以与其他类型的内核相比，它的占用空间最大，复杂性最高。这是一个设计特性，在Linux的早期受到了相当多的讨论，仍然带有一些与单片内核固有的设计缺陷。

Linux内核开发人员为绕过这些缺陷所做的一件事就是**可以在运行时加载和卸载的内核模块，这意味着您可以动态添加或删除内核的特性。这不仅仅是向内核添加硬件功能，还包括运行服务器进程的模块（如低级虚拟化），但在某些情况下，它还允许替换整个内核而无需重新启动计算机。

想象一下，如果您可以升级到Windows service pack而不需要重新启动…

核心模块

如果Windows已经安装了所有可用的驱动程序，而您只需打开所需的驱动程序，会怎么样？这基本上就是内核模块为Linux所做的事情。内核模块，也称为可加载内核模块（loadable Kernel module，LKM），对于在不消耗所有可用内存的情况下保持内核与所有硬件一起工作是必不可少的。

模块通常会向基本内核添加设备、文件系统和系统调用等功能。LKM的文件扩展名为.ko，通常存储在/lib/modules目录中。由于模块化的特性，您可以通过使用menuconfig命令在启动期间设置要加载或不加载的模块，或者通过编辑/boot/config文件，或者使用modprobe命令动态地加载和卸载模块，来轻松地自定义内核。

第三方和封闭源代码模块在某些发行版（如Ubuntu）中可用，并且在默认情况下可能不会安装，因为这些模块的源代码不可用。软件开发人员（例如nVidia、ATI等）不提供源代码，而是构建自己的模块并编译所需的.ko文件以供分发。虽然这些模块在beer中是免费的，但它们在speech中不是免费的，因此没有包含在一些发行版中，因为维护人员觉得它通过提供非免费软件“污染”了内核。

内核并不神奇，但它对任何正常运行的计算机来说都是必不可少的。Linux内核与OSX和Windows不同，因为它包含内核级的驱动程序，并使许多受支持的东西“开箱即用”。希望你能对你的软件和硬件是如何协同工作的，以及你需要什么样的文件来引导你的电脑有更多的了解。

内核.orgImage英格里德拉尔