內(nèi)核：管理和分配計算機資源（即CPU、RAM和設(shè)備）的核心軟件層

Linux內(nèi)核可執(zhí)行文件采用／boot／vmlinuz或類似的路徑名，“z”表明內(nèi)核是經(jīng)過壓縮的可執(zhí)行文件。

內(nèi)核主要任務(wù)：

? ? （1）進程調(diào)度：Linux屬于搶占式多任務(wù)系統(tǒng)，多個進程（即運行中的程序）可同時駐留于內(nèi)存，都能獲得對CPU的使用權(quán)

? ? （2）內(nèi)存管理：以高效、公平地方式在進程之間共享這一資源，Linux采用了虛擬內(nèi)存管理機制。

?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 虛擬內(nèi)存管理機制優(yōu)勢：

?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? a. 進程與進程之間、進程與內(nèi)核之間彼此隔離；一個進程無法讀取或修改內(nèi)核或掐他進程的內(nèi)存內(nèi)容

?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? b. 只需將進程的一部分保持在內(nèi)存中，降低了每個進程對內(nèi)存的需求量，使得可以在內(nèi)存中加載更多的進程。

? ? （3）提供了文件系統(tǒng)：內(nèi)核在磁盤上提供有文件系統(tǒng)，允許對文件執(zhí)行創(chuàng)建、獲取、更新、刪除等操作

? ? （4）創(chuàng)建和終止進程：內(nèi)核可以將新進程載入內(nèi)存，為其提供運行所需的資源（CPU、RAM以及對文件的訪問）。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 一旦進程執(zhí)行完畢，內(nèi)核需要確保釋放其占用的資源，以供或許進程使用

? ? （5）對設(shè)備的訪問：計算機外接設(shè)備（鼠標(biāo)、鍵盤、磁盤等），可實現(xiàn)計算機與外部世界的通信。

?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 內(nèi)核為進程提供了訪問設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口，同時還仲裁多個進程對同一個設(shè)備的訪問。

? ? （6）聯(lián)網(wǎng)：內(nèi)核以用戶進程的名義收發(fā)網(wǎng)絡(luò)消息（數(shù)據(jù)包），同時將該數(shù)據(jù)包路由至目標(biāo)系統(tǒng)。

? ? （7）提供系統(tǒng)調(diào)用API：進程可以利用系統(tǒng)調(diào)用API，請求內(nèi)核去執(zhí)行各種任務(wù)。

用戶態(tài)和核心態(tài)

? ? ? （1）CPU一般在這兩種不同狀態(tài)下運行，執(zhí)行硬件指令可使CPU在兩種狀態(tài)來回切換

? ? ? （2）虛擬內(nèi)存區(qū)域劃分為：用戶空間部分、內(nèi)核空間部分

? ? ? （3）用戶態(tài)下運行時，CPU只能訪問被標(biāo)記為用戶空間的內(nèi)存，試圖訪問內(nèi)核空間的內(nèi)存，將會引發(fā)硬件錯誤

? ? ? （4）核心態(tài)下運行時，CPU既能訪問用戶空間的內(nèi)存，又能訪問內(nèi)核空間的內(nèi)存。

? ? ? （5）CPU在核心態(tài)下運行時，可以執(zhí)行特殊操作。如宕機（halt）、訪問內(nèi)存管理硬件、設(shè)備I/O操作的初始化

交換區(qū)：磁盤空間中的保留區(qū)域，作為RAM的補充－－－進程可被保存至交換區(qū)

內(nèi)核維護的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可將進程使用的文件名稱轉(zhuǎn)換為磁盤的物理位置

內(nèi)核維護每個進程的虛擬內(nèi)存與計算機物理內(nèi)存及磁盤交換區(qū)之間的映射關(guān)系。

某進程可創(chuàng)建另一個進程－－－真正含義：某進程可以請求內(nèi)核創(chuàng)建另一個進程。（因進程間所有通信都需要內(nèi)核提供的通信機制完成）

shell（命令解釋器）：用于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。

? ? （1）登陸shell：用戶剛登陸系統(tǒng)時，由系統(tǒng)創(chuàng)建，用以運行shell的進程。

? ? （2）對于UNIX系統(tǒng)而言，shell只是一個用戶進程。

? ? （3）登陸同一臺計算機的不同用戶同時可以使用不同的shell（就單個用戶來說，情況也一樣）

? ? （4）shell設(shè)計兩個目的：a. 人機交互； b. 解釋shell腳本（包含shell命令的文本文件）

? ? （5）shell內(nèi)置有許多通常與編程語言相關(guān)的功能：包括變量、循環(huán)、條件語句、I/O命令、函數(shù)等

? ? （6）幾種重要的shell：

? ? ? ? ? ? a. Bourne shell（sh）：歷史最為悠久，曾是UNIX第七版標(biāo)配的shell，包含許多常見特性：I/O重定向、管道、文件名生成（通配符）、

?? ? ? ? ? ? ? 變量、環(huán)境變量處理、命令替換、后臺命令執(zhí)行、函數(shù)等。

? ? ? ? ? ? b. C shell（csh）：曾經(jīng)時BSD系統(tǒng)的標(biāo)配，但與Bourne shell并不兼容，為了保證在UNIX系統(tǒng)的移植性，人們更傾向使用Bourne shell。

? ? ? ? ? ? c. Korn shell（ksh）：AT&T貝爾實驗室編寫，是Bourne shell的繼任者，同時吸收了C shell的很多交互特性

? ? ? ? ? ? d. Bourne again shell（bash）:GNU項目對于Bourne shell的重新實現(xiàn)，同時提供了與Korn shell和C shell類似的交互特性。

?? ? ? ? ? ? ? 在Linux上Bourne shell正是由Bourne again shell仿真提供的

超級用戶：用戶ID為0，通常登錄名為root

用戶密碼文件／etc／passwd：包含用戶名、用戶ID（UID）、組ID、主目錄、登陸shell

用戶組文件／etc／group：組名、組ID（GID）、用戶列表（隸屬于該組的用戶登錄名列表）

為了訪問文件，用戶分為3類：文件（屬主）的用戶；文件用戶同一組的用戶；其他用戶

由Shell啟動的進程會繼承3個已打開的文件描述符：描述符0為標(biāo)準(zhǔn)輸入；描述符1為標(biāo)準(zhǔn)輸出；描述符2為標(biāo)準(zhǔn)錯誤。

在stdio函數(shù)庫中，這幾種描述符分別與文件流stdin，stdout，stderr相對應(yīng)

C語言標(biāo)準(zhǔn)庫的I/O函數(shù)（stdio函數(shù)庫）：fopen，fclose，scanf，printf，fgets，fputs ? ? stdio函數(shù)位于I/O系統(tǒng)調(diào)用層（open，close，read，write 等）之上。

過濾器：從stdin讀取輸入，加以轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出到stdout，常將擁有上述行為的程序稱為過濾器，如cat、grep、tr、sort、wc、sed、awk

邏輯上將一個進程劃分為以下幾個部分（也稱為段）

? ? （1）文本：程序的指令

? ? （2）數(shù)據(jù)：程序使用的靜態(tài)變量

? ? （3）堆：程序可以從該區(qū)域動態(tài)分配額外內(nèi)存

? ? （4）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。

19.子進程從父進程處繼承數(shù)據(jù)段、棧段、堆段的副本后，可以修改這些內(nèi)容，不影響父進程的“原版”內(nèi)容。

有兩種方式可以終止一個進程：其一，進程使用_exit()系統(tǒng)調(diào)用（或相關(guān)的exit()庫函數(shù)），請求退出；其二，向進程傳遞信號，將其“殺死”。

進程的“終止?fàn)顟B(tài)”，一個非負(fù)小整數(shù)，可供父進程的wait()系統(tǒng)調(diào)用檢測。

終止?fàn)顟B(tài)為0表示進程“功成身退”，非0表示有錯誤發(fā)生。

大多數(shù)shell會將前一執(zhí)行程序的終止?fàn)顟B(tài)保存于shell變量$?中。

init進程：系統(tǒng)引導(dǎo)時，內(nèi)核創(chuàng)建，是“所有進程之父”，該進程相應(yīng)的程序文件為“／sbin／init”，init的進程號為1，總以超級用戶權(quán)限運行。誰（哪怕是超級用戶）都不能“殺死”init進程，只有關(guān)閉系統(tǒng)才能終止該進程。init的主要任務(wù)是創(chuàng)建并監(jiān)控系統(tǒng)運行所需的一系列進程。

進程間通信（IPC）機制：

? ? （1）信號（signal），用來表示事件的發(fā)生

? ? （2）管道（亦即shell用戶所熟悉的“｜”操作符）和FIFO，用于在進程間傳遞數(shù)據(jù)

? ? （3）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)。

? ? （4）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

? ? （5）消息隊列：用于在進程間交換消息

? ? （6）信號量（semaphore）：用來同步進程動作

? ? （7）共享內(nèi)存：允許兩個及兩個以上進程共享一塊內(nèi)存。當(dāng)某進程改變了共享內(nèi)存的內(nèi)容時，其他所有進程會立即了解到這一變化。

26.內(nèi)核、其他進程（只要有相應(yīng)的權(quán)限）或進程自身均可向進程發(fā)送信號。

發(fā)生下列情況之一時，內(nèi)核可以向進程發(fā)送信號：

? ? （1）用戶鍵入中斷字符（通常為Ctrl＋C）

? ? （2）進程的子進程之一已經(jīng)終止

? ? （3）由進程設(shè)定的定時器（告警時鐘）已經(jīng)到期。

? ? （4）進程嘗試訪問無效的內(nèi)存地址。

28.在shell中，可使用kill命令向進程發(fā)送信號；在程序內(nèi)部，系統(tǒng)調(diào)用kill（）可提供相同的功能。

收到信號時，進程會根據(jù)信號采取如下動作之一：忽略信號；? ? ? 被信號“”殺死； ? ? 先掛起，之后再被專用信號喚醒。

多個線程之間，共享同一數(shù)據(jù)區(qū)域和堆，每個線程擁有屬于自己的棧。線程之間可以通過共享的全局變量進行通信。

shell執(zhí)行的每個程序都會在一個新進程內(nèi)發(fā)起。比如，shell創(chuàng)建了3個進程來執(zhí)行以下管道命令（在當(dāng)前的工作目錄下，根據(jù)文件大小對文件進行排序并顯示）：ls -l | sort -k5n | less

偽終端：是一對相互連接的虛擬設(shè)備，也稱為主從設(shè)備。在這對設(shè)備之間，設(shè)有一條IPC信道，可供數(shù)據(jù)進行雙向傳遞。telnet和ssh都屬于偽終端。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux编程手册读书笔记第二章（20140330）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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