操作系统内核

内核态与用户态

现代 CPU 提供特权级别隔离：内核态（Ring 0）可以执行任意指令、访问所有内存；用户态（Ring 3）受限，不能直接操作硬件。应用程序通过系统调用（syscall）请求内核服务，如 read()、write()、fork()。这种隔离确保一个崩溃的进程不会污染整个系统。

Linux 内核目前约 3000 万行代码，是人类协作编写的最大单一软件项目之一。Linus Torvalds 于 1991 年发布第一个版本（v0.01，约 10,000 行），至今仍是顶级维护者。内核每约 9-10 周发布一个新版本。[1]

进程调度与内存管理

Linux 默认使用 CFS（完全公平调度器），基于虚拟运行时间（vruntime）将 CPU 时间公平分配给各进程，用红黑树维护就绪队列，调度决策 O(log n)。实时进程（RT）有更高优先级，可抢占普通进程。

虚拟内存让每个进程以为自己独占整块地址空间（64 位系统约 128TB），实际映射到物理内存页通过页表完成，TLB（转换后备缓冲）加速常用页表项的查找。写时复制（COW）让 fork() 瞬间完成——子进程共享父进程的物理页，只在写入时才真正复制，Shell 每次执行命令都依赖这一机制。