Linux课程实验总结

Posted 2021-05-16 zhy12005

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux课程实验总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1. Linux架构模型

Linux是目前世界上最知名的开源操作系统，其体系架构如下图所示：

（1）内核

Linux内核实现了操作系统的三大核心功能——进程管理、内存管理和文件系统。

进程管理

进程描述：Linux用struct task_struct这一数据结构来描述进程，称为进程描述符，其结构如下图所示：

进程创建：Linux的进程的每个进程都产生于其父进程。而系统的第一个进程为init，由内核启动，其他所有进程都直接或间接起源于该进程，通过do_fork复制父进程的方式初始化。

进程状态：

1、R (TASK_RUNNING)，可执行状态

2、S (TASK_INTERRUPTIBLE)，可中断的睡眠状态

3、D (TASK_UNINTERRUPTIBLE)，不可中断的睡眠状态

4、T/t (TASK_STOPPED or TASK_TRACED)，暂停状态或跟踪状态

5、Z (TASK_DEAD - EXIT_ZOMBIE)，退出状态，进程成为僵尸进程

6、X (TASK_DEAD - EXIT_DEAD)，退出状态，进程即将被销毁

各进程之间状态转换如下图所示：

进程调度：

进程根据优先级分为实时进程和普通进程，在Linux中进程优先级分为0～139，数值与优先级成反比。实时进程优先级取值为0~99，普通进程只有nice值，对应优先级为100～139。

进程调度策略根据实时进程和普通进程而有所区别，对于实时进程，采用FIFO（先进先出）或Round Robin（时间片轮转）调度。对于普通进程，采用CFS（Completely Fair Scheduler）调度。

内存管理

进程内存空间：Linux采用虚拟地址，在 32 位 Linux 系统上每个进程有4GB 的进程地址空间，在用户态下，只能访问 0x00000000～0xbfffffff 的地址空间，而内核态下可以访问全部空间。

每个进程的地址空间细分为：

文件系统

文件组织结构：Linux用树结构来组织文件。树顶为根目录(/)，节点为目录，叶节点为数据文件。一个文件的完整路径是指从根目录出发，经过各个目录，最终到目标文件的整个路径。

Inode介绍：在Linux系统中，一个文件除了自身数据外，还有附属信息，即元数据(metadata)，而inode（每个inode对应唯一整数编号）就是用来存放元数据的，它记录了文件的许多信息，如大小，拥有者，所属组，修改日期等。inode储存了一些指针，这些指针指向数据块，对应文件的内容就储存在这些数据块中。当Linux想要打开一个文件时，只需找到该文件对应的inode，然后将inode中存储的指针所指向的数据块合起来，即可获得文件数据。

（2）系统调用

系统调用，是用户程序和硬件设备之间的桥梁。用户程序通过系统调用来使用硬件，而无需关心具体的硬件设备，简化了用户程序的开发，也使得系统能更加安全稳定。系统调用是利用陷阱（trap）这种软件中断方式主动从用户态进入内核态的。

（3）公用函数库

公用函数库就是公开的函数的库，在任意处可以导入使用。

（4）Shell

Linux中的shell，是用户与内核进行交互操作的一种接口，本质上也是一个进程，表现为一个可以由用户输入和获得反馈信息的界面。

（5）应用程序

Linux的应用程序，指为完成某项或多项特定工作的计算机程序，它运行在用户模式，可以和用户进行交互，具有可视的用户界面。

2. Linux读写文件流程

读文件

进程请求读文件，内核检查文件描述符，查看虚拟文件系统的已打开文件列表，调用系统调用函数read()，根据文件路径一层层找到文件对应的inode节点，通过inode找到该文件的页缓存情况，如果缓存命中，那么直接读取文件内容，如果缺失，则产生缺页异常，从磁盘中将该页读入缓存，而后重新查找缓存，读取文件。

写文件

进程请求写文件，内核检查文件描述符，查看虚拟文件系统的已打开文件列表，调用系统调用函数，如果缓存命中，直接把文件内容修改更新在缓存的页中。如果缺失，则产生缺页异常，从磁盘中将该页读入缓存，而后重新查找缓存再更新在缓存的页中。此时修改仍旧位于缓存中，并标记为脏页，并未写回到磁盘中。当调用系统调用sync()或fsync()，或者进程pdflush定时，会把脏页写回磁盘。