每天一道面试题5——Linux内核包含哪些部分？

Linux 内核的组成部分：

进程管理（Process Management）
- 功能：负责管理系统中的所有进程，包括进程的创建、调度、终止，以及多任务处理。进程管理还处理线程和进程的并发与同步问题。
- 调度器：Linux 内核中的进程调度器使用 CFS（Completely Fair Scheduler），它决定哪个进程在什么时间运行，以确保系统资源能够被多个进程公平地共享。
- 关键特性：
  - 进程和线程的创建与销毁。
  - 进程优先级和调度策略。
  - 进程切换和上下文切换。
内存管理（Memory Management）
- 功能：内存管理子系统负责管理物理内存和虚拟内存，为每个进程分配内存，跟踪内存的使用，确保内存的有效利用。
- 虚拟内存：通过虚拟内存，内核可以让每个进程认为它拥有完整的内存空间，而实际上，内核会将物理内存和磁盘结合在一起以实现高效的内存使用。
- 关键特性：
  - 内存分配和释放。
  - 页表管理。
  - 虚拟内存与物理内存的映射。
  - 分页（Paging）和交换（Swapping）机制。
文件系统（File System）
- 功能：文件系统子系统负责管理文件和目录，提供一个一致的接口来访问存储设备（如硬盘、SSD）。Linux 支持多种文件系统（如 ext4、XFS、Btrfs），并允许挂载不同的文件系统类型。
- VFS（Virtual File System）：VFS 是内核中一个抽象层，它为不同类型的文件系统提供统一的访问接口，使得应用程序可以不考虑底层的文件系统类型。
- 关键特性：
  - 文件的创建、删除、读取和写入。
  - 文件权限和访问控制。
  - 磁盘块分配和管理。
设备驱动（Device Drivers）
- 功能：设备驱动子系统是 Linux 内核和硬件设备之间的桥梁，负责控制各种硬件设备（如网络卡、硬盘、显卡等）。设备驱动程序为硬件提供了标准化的接口，使应用程序能够通过系统调用与硬件交互。
- 关键特性：
  - 设备驱动程序处理硬件请求。
  - 提供抽象硬件接口，统一用户空间的硬件访问方式。
  - 设备文件与驱动程序的绑定。
中断和异常处理（Interrupt and Exception Handling）
- 功能：中断和异常处理子系统负责管理来自硬件的中断和来自软件的异常。当外设需要 CPU 处理时，它会发送中断信号，CPU 中断当前的任务，处理中断，随后返回原任务。
- 中断控制器：Linux 使用中断控制器来处理多个中断源并决定它们的优先级。
- 关键特性：
  - 中断的处理与优先级管理。
  - 异常（如非法操作、访问错误）的捕获和处理。
网络栈（Networking Stack）
- 功能：网络子系统负责管理所有与网络相关的操作，包括网络协议的实现、数据包的发送与接收等。Linux 支持多种网络协议，如 TCP/IP、UDP、IPv4/IPv6 等。
- 关键特性：
  - 网络接口的管理。
  - 网络协议栈的实现和数据包处理。
  - 防火墙、网络地址转换（NAT）等高级网络功能。
系统调用接口（System Call Interface）
- 功能：系统调用是用户空间与内核空间之间的通信桥梁。应用程序通过系统调用向内核请求服务，例如文件读写、进程管理、内存分配等。系统调用接口提供了一组标准的函数，应用程序可以通过这些函数与内核交互。
- 关键特性：
  - 用户空间与内核空间的通信。
  - 提供对硬件资源的安全、受控访问。
安全性模块（Security Modules）
- 功能：Linux 内核中的安全子系统负责控制系统访问权限、用户身份验证、以及文件和进程的安全性策略。例如，Linux 提供了 SELinux 和 AppArmor 这样的安全模块，能够为系统提供强大的强制访问控制。
- 关键特性：
  - 用户权限控制。
  - 安全策略（如 SELinux、AppArmor）应用。
  - 审计日志。
内核模块（Kernel Modules）
- 功能：内核模块是可动态加载的代码片段，用于扩展内核的功能，而不需要重新编译整个内核。设备驱动程序、文件系统、网络协议等都可以通过内核模块动态加载和卸载。
- 关键特性：
  - 动态加载和卸载模块。
  - 内核功能扩展。