操作系統的運行機制
在操作系統中，通常CPU執行兩種不同性質的程序：一種是操作系統內核程序；另一種是用戶自編程序或系統外層的應用程序。對操作系統而言，這兩種程序作用不同，前者是后者的管理者，因此 “管理程序”要執行一些特權指令，而“被管理程序”出于安全考慮不能執行這些指令。所謂特權指令，是指計算機中不允許用戶直接使用的指令，如I/O指令，置中斷指令，存取用于內存保護的寄存器等指令。操作系統在具體實現上劃分了用戶態（目態）和核心態（管態）以嚴格區分兩類程序。
什么是內核
內核，是一個操作系統的核心。是基于硬件的第一層軟件擴充，提供操作系統的最基本的功能，是操作系統工作的基礎，它負責管理系統的進程、內存、設備驅動程序、文件和網絡系統，決定著系統的性能和穩定性。
現代操作系統設計中，為減少系統本身的開銷，往往將一些與硬件緊密相關的（如中斷處理程序、設備驅動程序等）、基本的、公共的、運行頻率較高的模塊（如時鐘管理、進程調度等）以及關鍵性數據結構獨立開來，使之常駐內存，并對他們進行保護。通常把這一部分稱之為操作系統的內核。
Linux 內核簡介
讓我們一種圖來展示Linux操作系統的體系結構。可以從兩個層次上來考慮操作系統。
用戶空間（User Space）
這是用戶應用程序執行的地方
- 用戶程序（User Application）
- 標準C庫（CNU C Library）：它提供了連接內核的系統調用接口，還提供了在用戶空間應用程序和內核之間進行轉換的機制。這點非常重要，因為內核和用戶空間的應用程序使用的是不同的保護地址空間。每個用戶空間的進程都使用自己的虛擬地址空間，而內核則占用單獨的地址空間。
內核空間（Kernel）
Linux 內核可以進一步劃分成 3 層
- 系統調用接口（System Call Interface）：實現了一些基本的功能，例如 read 和 write。
- 內核代碼（Kernel）：獨立于體系結構的內核代碼，這些代碼是 Linux 所支持的所有處理器體系結構所通用的。
- 依賴于體系結構的代碼：構成了通常稱為 BSP（Board Support Package）的部分。這些代碼用作給定體系結構的處理器和特定于平臺的代碼。
Linux 內核的主要子系統
Linux內核主要有5個子系統組成：進程調度、內存管理、虛擬文件系統、網絡接口和進程間通信。
進程調度（SCHED)
控制進程對CPU的訪問。當需要選擇下一個進程運行時，由調度程序選擇最值得運行的進程。可運行進程實際上是指那些僅等待CPU資源的進程，如果某個進程在等待其他資源，則該進程是不可運行進程。Linux使用了比較簡單的基于優先級的進程調度算法選擇新的進程。
內存管理 (MM)
允許多個進程共享主內存區域。Linux的內存管理支持虛擬內存，即在計算機中運行的程序，其代碼、數據、堆棧的總量可以超過實際內存的大小，操作系統只是把當前使用的程序塊保留在內存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。必要時，操作系統只是把當前使用的程序塊保留在內存中，其余的程序塊則保留在磁盤中。必要時，操作系統負責在磁盤和內存間交換程序塊。
虛擬文件系統 (Virtual File System, VFS)
隱藏了各種硬件的具體細節，為所有的設備提供了同意的接口，VFS提供了多達數十種不同的文件系統。虛擬文件可以分為邏輯文件系統和設備驅動程序。邏輯文件系統指的是 Linux所支持的文件系統，如EXT2，FAT等，設備驅動程序指為每一種硬件控制器所編寫的設備驅動程序模塊。
網絡接口 (NET)
提供了對各種網絡標準的存取和各種網絡硬件的支持。網絡接口可分為網絡協議和網絡驅動程序。網絡協議負責實現每一種可能的網絡傳輸協議。網絡設備驅動程序負責與硬件設備通信，每一種可能的硬件設備都有相應的設備驅動程序。
進程間通信 (IPC)
支持進程間各種通信機制。處于中心位置的進程調度，所有其它的子系統都依賴它，因為每個子系統都需要掛起或恢復進程。一般情況下，當一個進程等待硬件操作完成時，它被掛起；當操作真正完成時，進程被恢復執行。例如，當一個進程通過網絡發送一條消息時，網絡接口需要掛起發送進程，直到硬件成功地完成消息的發送，當消息被成功的發送出去以后，網絡接口給進程返回一個代碼，表示操作的成功或失敗。其他子系統以相似的理由依賴于進程調度。
一張完整的 Linux 內核運行原理圖
