文章目錄

• • 1、內(nèi)核
  • • • 1.1 內(nèi)核的職責
  • 2、shell
  • 3、用戶和組
  • • • 3.1 用戶
      • 3.1 組
      • 3.2 超級用戶
  • 4、單根目錄層級、目錄、鏈接及文件
  • • • 4.1 文件類型
  • 5、文件I/O模型
  • • • 5.1 文件描述符
  • 6、程序
  • 7、進程
  • 8、內(nèi)存映射
  • 9、靜態(tài)庫和共享庫
  • 10、進程間通信及同步
  • 11、信號
  • 12、線程
  • 13、會話、控制終端和控制進程
  • 14、偽終端
  • 15、/proc文件系統(tǒng)

1、內(nèi)核

1.1 內(nèi)核的職責

【進程調(diào)度】：計算機內(nèi)均配備有一個或多個CPU，以執(zhí)行程序指令；Linux屬于搶占式多任務(wù)系統(tǒng)，“多任務(wù)”即多個進程可同時駐留于內(nèi)存，且每個進程都能獲得對CPU的使用權(quán)，“搶占”則控制著哪些進程獲得對CPU的使用，以及每個進程能使用多長時間，這兩者都由內(nèi)核進程調(diào)度程序決定； 【內(nèi)存管理】：由于物理內(nèi)存(RAM)仍然屬于有限資源，內(nèi)核必須以公平、高效地在進程間共享這一資源；Linux也采用了虛擬內(nèi)存管理機制，該技術(shù)主要具有以下兩方面的優(yōu)勢：- 進程與進程之間、進程與內(nèi)核之間彼此隔離，因此一個進程無法讀取或修改內(nèi)核或其他進程的內(nèi)存內(nèi)容；- 只需將進程的一部分保持在內(nèi)存中，這降低了每個進程對內(nèi)存的需求量，而且還能在RAM中同時加載更多的進程。大幅提升事件的發(fā)生概率，在任一時刻，CPU都有至少一個進程可以執(zhí)行，從而使得對CPU資源的利用更加充分； 【文件系統(tǒng)】：允許對文件執(zhí)行創(chuàng)建、獲取、更新以及刪除等操作； 【創(chuàng)建和終止進程】：內(nèi)核可將新程序載入內(nèi)存，為其提供運行時資源，執(zhí)行完畢，內(nèi)核還要確保釋放其占用資源，以供后續(xù)程序重新使用； 【對設(shè)備的訪問】：計算機外接設(shè)備（鼠標、鍵盤、磁盤和磁帶驅(qū)動器等）可實現(xiàn)計算機與外部世界的通信； 【API】：進程可利用內(nèi)核入口點（系統(tǒng)調(diào)用）請求內(nèi)核去執(zhí)行各種任務(wù)；

內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)
參考：【操作系統(tǒng)】| 【01】操作系統(tǒng)簡介（運行機制、體系結(jié)構(gòu)、中斷、系統(tǒng)調(diào)用）

2、shell

即命令解釋器，主要里讀取用戶輸入的命令，并執(zhí)行相應(yīng)的程序以響應(yīng)命令；

3、用戶和組

系統(tǒng)會對每個用戶的身份作唯一標識；

3.1 用戶

系統(tǒng)密碼文件/etc/passwd，中記錄系統(tǒng)每個用戶的用戶名和用戶ID、組ID、主目錄、登錄shell；

3.1 組

出于管理目的，尤其是為了控制對文件和其他資源的訪問，將多個用戶分組； 每個用戶組對應(yīng)系統(tǒng)文件中的/etc/group中的一行記錄：- 組名；- 組ID；- 用戶列表；

3.2 超級用戶

用戶ID為0，登錄名為root，享有特權(quán)；

4、單根目錄層級、目錄、鏈接及文件

4.1 文件類型

普通文件[-]、目錄文件[d]、字符設(shè)備[c]、塊設(shè)備[b]、管道[p]、套接字[s]、符號鏈接[l]；

符號鏈接

經(jīng)過特殊標記的文件，一個符號鏈接對應(yīng)（引用）著目錄中內(nèi)容為文件名+指針的記錄； - 只要系統(tǒng)調(diào)用用到路徑名，內(nèi)核就會自動接觸該路徑名中符號鏈接的引用（以符號鏈接指向的文件名來替換）； - 若指向的文件不存在，則為空鏈接；

文件名

最長長度為255個字符，不能包含/和\0；- 建議使用[-._a-zA-Z0-9]內(nèi)的字符集；- 應(yīng)避免使用-為文件名開頭，容易在shell中被當作參數(shù)；

路徑

【絕對路徑】：以/開始的路徑； 【相對路徑】：相對于當前工作目錄的文件路徑；

文件所有權(quán)和權(quán)限

每個文件都有一個與之相關(guān)的用戶ID和組ID，分別定義文件的屬主和屬組，還要其他用戶；

5、文件I/O模型

采用open、read、write、close這些系統(tǒng)調(diào)用程序能夠處理任何類型的文件；

5.1 文件描述符

用來指代打開的文件，常用open來獲取文件描述符； - 通過shell啟動進程會繼承3個已打開的文件描述符：0(stdin) - 標準輸入，1(stdout)標準輸出，2(stderr)標準錯誤；

6、程序

經(jīng)過編譯和鏈接處理，將源碼轉(zhuǎn)化為語義相同的二進制機器碼； int main(int argc, char *argv[])：argc為命令行參數(shù)總個數(shù)，argv為指針數(shù)組記錄命令行參數(shù)；

7、進程

進程即正在執(zhí)行程序的程序?qū)嵗?#xff1a;- 內(nèi)核必須在他們之間共享各種計算機資源；- 內(nèi)核會將程序代碼載入虛擬內(nèi)存；- 為程序變量分配空間，建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以至于記錄與進程有關(guān)的各種信息；

進程的內(nèi)存布局

文本：程序的指令； 數(shù)據(jù)：程序使用的靜態(tài)變量； 堆：程序可從該區(qū)域動態(tài)分配額外內(nèi)存； 棧：隨函數(shù)調(diào)用、返回而增減的一片內(nèi)存，用于為局部變量和函數(shù)調(diào)用鏈接信息分配存儲空間；

創(chuàng)建進程和執(zhí)行程序

可使用fork創(chuàng)建一個新進程，父進程調(diào)用fork，fork創(chuàng)建的為子進程（復(fù)制） ；- 子進程從父進程繼承數(shù)據(jù)段、棧段以及堆段的副本后，可修改，不會影響父進程的內(nèi)容；- 子進程一般去執(zhí)行父進程代碼段中的另一組函數(shù)，或者使用execve去加載新程序；- execve會銷毀現(xiàn)有的文本段，數(shù)據(jù)段、棧段、堆段；

進程ID和父進程ID

進程標識符PID，父進程標識符PPID；

進程終止和終止狀態(tài)

- 使用_exit()請求退出； - 向進程傳遞信號，將其殺死；

進程的用戶和組標識符

真實用戶ID和組ID：用來標識進程所述的用戶和組； 有效用戶ID和組ID：進程訪問受保護資源時，會使用這兩個ID來確定訪問權(quán)限； 補充組ID：用來標識進程所屬的額外組；

init進程

系統(tǒng)引導(dǎo)時，內(nèi)核會創(chuàng)建一個名為init的特殊進程(/sbin/init)；- 進程號總為1，以超級用戶權(quán)限運行；- 只有關(guān)閉系統(tǒng)才能終止該進程；- init主要是創(chuàng)建并監(jiān)控系統(tǒng)運行所需的一系列進程；

8、內(nèi)存映射

會在虛擬地址空間中創(chuàng)建一個新的內(nèi)存映射； - 【文件映射】：將文件部分區(qū)域映射入調(diào)用進程的虛擬內(nèi)存；完成后，對文件映射內(nèi)容的訪問轉(zhuǎn)化為相應(yīng)內(nèi)存區(qū)域的字節(jié)操作； - 【匿名映射】：其頁面內(nèi)容會被初始化為0；【映射共享】： - 兩個進程都針對某一文件的相同部分加以映射； - 由fork創(chuàng)建的子進程處繼承映射；

當兩個或多個進程頁面相同時，進程之一對頁面內(nèi)容的改動是否為其他進程所見呢

若傳入標志為私有，則某進程對映射內(nèi)容的修改對于其他進程是不可見的，而且改動不會落實到文件； 若傳入標志為共享，修改則其他進程可見；

9、靜態(tài)庫和共享庫

靜態(tài)庫

對已編譯目標模塊的一種結(jié)構(gòu)化整合；- 使用該庫中的函數(shù)，需要在創(chuàng)建程序的鏈接命令中指定相應(yīng)的庫；- 鏈接器解析后，會從庫中抽取所需的目標模塊副本，拷貝到可執(zhí)行文件中，即靜態(tài)鏈接；- 使用該庫程序中都會帶有一份副本，會造成空間浪費；- 若對庫函數(shù)進行修改，則需要重新加以編譯生成新的靜態(tài)庫；

共享庫

為了解決靜態(tài)庫存在的問題，不會及那個目標模塊拷貝到可執(zhí)行程序中；- 會在可執(zhí)行文件中寫入一條記錄，表明可執(zhí)行文件在運行時需要使用該共享庫；- 一旦運行時將可執(zhí)行文件載入內(nèi)存；- 共享庫代碼在內(nèi)存中只需保留一份，且供所有運行中的程序使用；

10、進程間通信及同步

【進程間通信機制】： - 信號：用來表示事件的發(fā)生； - 管道：和FIFO，用于在進程間傳遞數(shù)據(jù)； - 套接字：供同一臺主機或是聯(lián)網(wǎng)的不同主機上所運行的進程之間傳遞數(shù)據(jù)； - 文件鎖定：為防止其他進程讀取或更新文件內(nèi)容，允許某進程對文件的部分區(qū)域加以鎖定； - 消息隊列：用于在進程間交拖消息（數(shù)據(jù)包)； - 信號量：用來同步進程動作； - 共享內(nèi)存：允許兩個及兩個以上進程共享一塊內(nèi)存；

11、信號

信號采用不同的整數(shù)來標識各種信號類型，信號從產(chǎn)生直至送達進程期間，一直處于掛起狀態(tài)；- 【內(nèi)核可向進程發(fā)送信號】： - 用戶鍵入中斷字符； - 進程的子進程之一已終止； - 由進程設(shè)定的定時器已到期； - 進程嘗試訪問無效的內(nèi)存地址；【進程會根據(jù)信號采取的動作】： - 忽略信號； - 被信號殺死； - 先掛起，在被專用信號喚醒；

12、線程

在現(xiàn)代UNIX 實現(xiàn)中，每個進程都可執(zhí)行多個線程，每個線程都會執(zhí)行相同的程序代碼，共享同一數(shù)據(jù)區(qū)域和堆，但每個線程都擁有屬于自己的棧，用來裝載本地變量和函數(shù)調(diào)用鏈接信息；- 線程之間可通過共享的全局變量進行通信，借助于線程API所提供的條件變量和互斥機制；- 線程的主要優(yōu)點在于協(xié)同線程之間的數(shù)據(jù)共享(通過全局變量）更為容易；

13、會話、控制終端和控制進程

會話指一組進程組，中所有進程都具有相同的會話標識符；- 首進程即創(chuàng)建會話進程；- 進程ID即會話ID；- 會話會與某個控制終端相關(guān)；控制終端建立于會話首進程初次打開終端設(shè)備之時；- 一個會話可以擁有任意數(shù)量的后臺進程組，由以&結(jié)尾的行命令來創(chuàng)建；

14、偽終端

一對相互連接的虛擬設(shè)備 —— 主從設(shè)備；- 設(shè)備間設(shè)有IPC信道，可供數(shù)據(jù)進行雙向傳遞；

15、/proc文件系統(tǒng)

該文件系統(tǒng)為一種虛擬文件系統(tǒng)，由一組目錄和文件組成，提供一個指向內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的接口；- 為查看和改變各種系統(tǒng)屬性提供便利；

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux系统编程】| 【01】系统编程基本概念的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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