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# 2.2 内核结构

本节从两个视角考察 UNIX 内核的组织：

* 作为静态的软件整体，按组成内核的各模块所提供的功能来归类
* 就其动态运行而言，按提供给用户的服务来归类

内核中最大的部分实现应用程序通过系统调用访问的系统服务。在 4.3BSD 中，这些软件按如下方式组织：

* 基本内核设施：定时器与系统时钟处理、描述符管理、进程管理
* 存储管理支持：调页与交换
* 通用系统接口：在描述符上执行的 I/O、控制和多路复用操作
* 文件系统：文件、目录、路径名翻译、文件加锁和 I/O 缓冲管理
* 终端处理支持：终端接口驱动与终端行规程
* 进程间通信设施：套接字
* 网络通信支持：通信协议与路由等通用网络设施

这些类别中的软件大多与机器无关，可以在不同硬件体系结构间移植。一个主要的例外是最初为 VAX 编写的存储管理支持。它也能移植到其他体系结构（基本上靠仿真 VAX 的存储管理），但为目标体系结构重写通常更好。把系统移植到非 VAX 体系结构的厂商已经这样做了许多次。

内核中与机器相关的部分同主流代码隔离开来。与机器相关的软件包括：

* 最低层的系统启动动作
* 陷阱与故障处理
* 进程运行时上下文的低层操纵
* 硬件设备的配置与初始化
* I/O 设备的运行时支持

表 2.1 概括了 VAX 上 4.3BSD 内核的软件构成。第二列的数字是 C 源码、头文件和汇编语言的行数。内核中的软件几乎全部用 C 语言编写；汇编语言不到 3%。如表 2.2 的统计所示，若不计设备支持，与机器相关的软件只占内核的区区 4.3%。

表 2.1 4.3BSD 内核中与机器无关的软件

| 类别        | 代码行数   | 百分比  |
| --------- | ------ | ---- |
| 头文件       | 6,240  | 5.4  |
| 初始化       | 580    | 0.5  |
| 内核设施      | 5,440  | 4.7  |
| 通用接口      | 1,340  | 1.2  |
| 文件系统      | 6,650  | 5.7  |
| 文件系统磁盘配额  | 1,430  | 1.2  |
| 进程间通信     | 3,500  | 3.0  |
| 网络通信      | 13,440 | 11.5 |
| 终端处理      | 3,410  | 2.9  |
| 虚拟存储      | 4,990  | 4.3  |
| 其他与机器无关部分 | 1,250  | 1.1  |
| 与机器无关部分合计 | 48,270 | 41.5 |

表 2.2 4.3BSD 内核中依赖 VAX 的软件

| 类别         | 代码行数   | 百分比  |
| ---------- | ------ | ---- |
| 输入/输出设备头文件 | 5,725  | 4.9  |
| 输入/输出设备支持  | 36,800 | 31.6 |
| 网络设备头文件    | 2,450  | 2.1  |
| 网络设备支持     | 14,800 | 12.7 |
| 汇编语言例程     | 3,400  | 2.9  |
| 其他与机器相关部分  | 5,025  | 4.3  |
| 与机器相关部分合计  | 68,200 | 58.5 |

内核只有一小部分用于系统的初始化。这部分代码在系统自举进入运行状态时使用，负责建立内核的硬件与软件环境（见第 13 章）。有些操作系统（特别是物理内存有限的那些）会在这些功能执行完毕后丢弃或覆盖执行它们的软件。4.3BSD 内核并不回收启动代码占用的内存，因为这点内存空间在典型机器的全部资源中只占很小的比例；另外，启动代码在内核中并非集中一处——它散布各处，而且通常出现在与被初始化对象逻辑相关的位置。不过，DEC 的 Ultrix——一个源自 4.2BSD 的系统——确实回收这部分代码。


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