linux-sre-handbook

02-内核架构

内核类型

• 宏内核 (Monolithic) — Linux 采用。全部内核功能运行在同一地址空间，效率高但模块耦合度高。
• 微内核 (Microkernel) — Minix、QNX。最小化内核功能，其余在用户态运行。更安全但 IPC 开销大。
• 混合内核 (Hybrid) — Windows/macOS。折中方案。

Linux 内核子系统

┌─────────────────────────────────────────┐
│            System Call Interface         │
├──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┤
│Process│Memory│ VFS  │Network│Device│Security
│  Mgmt │ Mgmt │      │ Stack │Drivers│
├──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┤
│           Architecture-Dependent         │
└─────────────────────────────────────────┘

关键子系统

进程调度器 (Process Scheduler)

• CFS (Completely Fair Scheduler) — 默认调度器，红黑树维护 vruntime
• 实时调度类 — SCHED_FIFO / SCHED_RR
• Nice 值范围：-20（最高优先级）到 +19（最低）

内存管理 (Memory Management)

• 虚拟地址空间、页表、TLB
• Buddy System 分配物理页
• Slab 分配器管理内核对象
• 页面回收（kswapd）与 OOM Killer

虚拟文件系统 (VFS)

• 统一的文件操作接口（open/read/write/close）
• 支持 ext4、xfs、btrfs、nfs 等多种具体文件系统
• Page Cache：缓存文件内容，加速 IO

网络协议栈

• 分层实现：Socket → TCP/UDP → IP → 设备驱动
• Netfilter 框架（iptables 的基础）
• 高性能数据路径：XDP/eBPF

内核版本

• uname -r 查看当前版本
• 主线版本 → 稳定版 → 长期支持版（LTS）
• SRE 应关注：内核参数调优（sysctl）、安全更新、eBPF 新特性

关键命令

uname -a          # 内核版本信息
cat /proc/version  # 详细版本
lsmod             # 已加载内核模块
modinfo <module>  # 模块详情

延伸阅读

• 03-进程与线程.md — 进程调度深入
• 04-内存管理.md — 内存管理深入
• ../08-安全加固/05-内核安全参数.md — 内核安全调优