用户态和内核态
在理解linux内核之前，首先要知道什么是用户态，什么是内核态，什么是用户进程，什么是内核进程
- 用户进程：我们编写的程序都属于用户进程
- 内核进程：以内核态运行在内核地址空间，不与用户直接交互，不需要终端设备，在系统启动后一直处于活跃状态直到关机
- 用户态：用户进程的大部分时间都处在用户态下，只有需要内核所提供的服务时才会切换到内核态
- 内核态：用户进程调用系统调用、处理CPU异常、设备向CPU发出中断请求、执行内核线程（进程），这四种情况都需要在内核态执行
用户态和进程态来回切换是一笔很大的开销
什么是进程描述符
保存内存指针、CPU寄存器信息、保存程序将要执行的下一条指令，所以可以保证进程从它停止的地方恢复执行
什么是可重入内核
可重入内核，意味着若干个进程可以同时在内核态下执行。当内核代表某一进程发出一个读磁盘请求时，就让磁盘控制器处理这个请求，然后恢复执行其他进程，当设备满足了读请求时，就会有一个中断通知内核，从而恢复执行之前的进程。所以可重入内核能够挂起因中断而停止执行的进程。
什么是内核控制路径
内核控制路径表示内核处理系统调用、异常、或中断所执行的指令序列。在最简单的情况下，CPU从第一条指令执行到最后一条指令顺序地执行内核控制路径，然而当下面任何一个事件发生时，CPU交错执行内核控制路径：
- 运行在用户态的进程调用一个系统调用，而相应的内核控制路径无法立即处理这个请求，此时内核控制路径调用调度程序选择一个新的进程运行，发生进程切换，第一个内核控制路径还没完成，而CPU又开始执行其他的内核控制路径。
- 当运行第一个内核控制路径时，CPU检测到异常，该控制路径被挂起，CPU开启第二个新的控制路径处理异常，异常处理完毕后继续运行第一个内核控制路径。
- 当CPU正在运行一个启用了中断的内核控制路径时，一个硬件中断发生，第一个内核控制路径还没执行完，CPU开始执行另一个内核控制路径来处理这个硬件中断。当这个硬件中断处理程序终止时，第一个内核控制路径恢复继续运行。
- 在支持抢占调度的内核中，当前进程被另一个更高优先级的进程开始执行，第一个内核控制路径还没有执行完，又开始执行另一个优先级更高的内核控制路径。
什么是进程地址空间
每个进程运行在它的私有地址空间，在用户态运行的进程涉及到私有栈、数据区、代码区。当在内核态运行时，进程访问内核的数据区和代码区，但使用的是另外的私有栈。
如果同一个程序由几个用户同时使用，则这个程序只被装入内存一次，其指令由所有需要他的用户共享，但是数据不被共享，每个用户端拥有独立的数据，这种共享地址空间的操作由内核自动完成以节省内存。
进程之间可以共享部分地址空间，被称作共享内存，可以实现进程间通信。
如果同一文件由几个进程同时打开，那么每个进程地址空间都包含有它的内存映射。
临界区和进程同步
一段代码，进入这段代码的进程必须全部执行完成，其他进程才能进入，这段代码被称为临界区。
进程同步用来处理多个进程同时访问临界区的情况。
常见的两种处理进程同步的方式：
- 信号量机制：每个数据结构都对应一个信号量对象，其中包含整数变量、等待进程的链表、两个原子方法down和up。每个信号量的初始值都是1，当内核控制路径希望访问这个数据结构时，它在相应的信号量上执行down方法，将计数器-1，如果计数器为0，则允许执行，如果计数器的值小于0，则把正在运行的进程加入到这个信号量链表，然后阻塞该进程（即调用进程调度程序）。当正在访问数据结构的进程处理结束后，执行up方法，对计数器+1，然后允许链表上的另一个进程继续执行。
- 自旋锁：如果修改数据结构的操作所需时间非常短，为了检查信号量，内核必须把进程插入到信号量链表中，然后挂起它，因为这两种操作比较费时，完成这些操作时其他的内核控制路径可能已经释放了信号量。在这些情况下，多处理机系统使用自旋锁，当进程发现锁被另一个进程锁着时，它就不停地旋转，直到锁打开，然后去处理相应的数据结构。
