用戶態和內核態
在理解linux內核之前，首先要知道什麼是用戶態，什麼是內核態，什麼是用戶進程，什麼是內核進程
- 用戶進程：我們編寫的程序都屬於用戶進程
- 內核進程：以內核態運行在內核地址空間，不與用戶直接交互，不需要終端設備，在系統啓動後一直處於活躍狀態直到關機
- 用戶態：用戶進程的大部分時間都處在用戶態下，只有需要內核所提供的服務時纔會切換到內核態
- 內核態：用戶進程調用系統調用、處理CPU異常、設備向CPU發出中斷請求、執行內核線程（進程），這四種情況都需要在內核態執行
用戶態和進程態來回切換是一筆很大的開銷
什麼是進程描述符
保存內存指針、CPU寄存器信息、保存程序將要執行的下一條指令，所以可以保證進程從它停止的地方恢復執行
什麼是可重入內核
可重入內核，意味着若干個進程可以同時在內核態下執行。當內核代表某一進程發出一個讀磁盤請求時，就讓磁盤控制器處理這個請求，然後恢復執行其他進程，當設備滿足了讀請求時，就會有一箇中斷通知內核，從而恢復執行之前的進程。所以可重入內核能夠掛起因中斷而停止執行的進程。
什麼是內核控制路徑
內核控制路徑表示內核處理系統調用、異常、或中斷所執行的指令序列。在最簡單的情況下，CPU從第一條指令執行到最後一條指令順序地執行內核控制路徑，然而當下面任何一個事件發生時，CPU交錯執行內核控制路徑：
- 運行在用戶態的進程調用一個系統調用，而相應的內核控制路徑無法立即處理這個請求，此時內核控制路徑調用調度程序選擇一個新的進程運行，發生進程切換，第一個內核控制路徑還沒完成，而CPU又開始執行其他的內核控制路徑。
- 當運行第一個內核控制路徑時，CPU檢測到異常，該控制路徑被掛起，CPU開啓第二個新的控制路徑處理異常，異常處理完畢後繼續運行第一個內核控制路徑。
- 當CPU正在運行一個啓用了中斷的內核控制路徑時，一個硬件中斷髮生，第一個內核控制路徑還沒執行完，CPU開始執行另一個內核控制路徑來處理這個硬件中斷。當這個硬件中斷處理程序終止時，第一個內核控制路徑恢復繼續運行。
- 在支持搶佔調度的內核中，當前進程被另一個更高優先級的進程開始執行，第一個內核控制路徑還沒有執行完，又開始執行另一個優先級更高的內核控制路徑。
什麼是進程地址空間
每個進程運行在它的私有地址空間，在用戶態運行的進程涉及到私有棧、數據區、代碼區。當在內核態運行時，進程訪問內核的數據區和代碼區，但使用的是另外的私有棧。
如果同一個程序由幾個用戶同時使用，則這個程序只被裝入內存一次，其指令由所有需要他的用戶共享，但是數據不被共享，每個用戶端擁有獨立的數據，這種共享地址空間的操作由內核自動完成以節省內存。
進程之間可以共享部分地址空間，被稱作共享內存，可以實現進程間通信。
如果同一文件由幾個進程同時打開，那麼每個進程地址空間都包含有它的內存映射。
臨界區和進程同步
一段代碼，進入這段代碼的進程必須全部執行完成，其他進程才能進入，這段代碼被稱爲臨界區。
進程同步用來處理多個進程同時訪問臨界區的情況。
常見的兩種處理進程同步的方式：
- 信號量機制：每個數據結構都對應一個信號量對象，其中包含整數變量、等待進程的鏈表、兩個原子方法down和up。每個信號量的初始值都是1，當內核控制路徑希望訪問這個數據結構時，它在相應的信號量上執行down方法，將計數器-1，如果計數器爲0，則允許執行，如果計數器的值小於0，則把正在運行的進程加入到這個信號量鏈表，然後阻塞該進程（即調用進程調度程序）。當正在訪問數據結構的進程處理結束後，執行up方法，對計數器+1，然後允許鏈表上的另一個進程繼續執行。
- 自旋鎖：如果修改數據結構的操作所需時間非常短，爲了檢查信號量，內核必須把進程插入到信號量鏈表中，然後掛起它，因爲這兩種操作比較費時，完成這些操作時其他的內核控制路徑可能已經釋放了信號量。在這些情況下，多處理機系統使用自旋鎖，當進程發現鎖被另一個進程鎖着時，它就不停地旋轉，直到鎖打開，然後去處理相應的數據結構。