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是时候深入了解Linux的系统结构了

作者: 精装之家 来源: 精装之家 发布时间: 2019年10月08日 13:26:42

如果你以前从未接触过Linux,可能就不清楚为什么会有这么多不同的Linux发行版。在查看Linux软件包时,你肯定被发行版、LiveCD和GNU之类的术语搞晕过。初次进入Linux世界会让人觉得不那么得心应手。在开始学习命令和脚本之前,本章将为你稍稍揭开Linux系统的神秘面纱。首先,Linux可划分为以下四部分:

↪ Linux内核

↪ GNU工具链

↪ GUI桌面环境

↪ 应用软件 ...

|--------------------------| | APPS | 应用软件 |--------------------------| | | GUI桌面环境 | GUI |-------------| | | GNU | GNU工具链 |--------------------------| | kernel | Linux内核 |--------------------------| | hardware | 计算机硬件 ----------------------------

1. Linux 内核

Linux系统的核心是内核。内核控制着计算机系统上的所有硬件和软件,在必要时分配硬件,并根据需要执行软件。

系统内存管理

应用程序管理

硬件设备管理

文件系统管理

1. 系统内存管理

操作系统内核的主要功能之一就是内存管理。内核不仅管理服务器上的可用物理内存,还可以创建和管理虚拟内存(即实际并不存在的内存)

内核通过硬盘上的存储空间来实现虚拟内存,这块区域称为交换空间(swap space)。内核不断地在交换空间和实际的物理内存之间反复交换虚拟内存中的内容。这使得系统以为它拥有比物理内存更多的可用内存

Linux系统内存映射

|---------| ----------- | | | 物理内存 | | | /---------- | | --------- | 虚拟内存 | —— | 内核 | | | --------- | | ---------- | | | 交换空间 | |---------| -----------

2. 应用程序管理

Linux操作系统将运行中的程序称为进程。进程可以在前台运行,将输出显示在屏幕上,也可以在后台运行,隐藏到幕后。内核控制着Linux系统如何管理运行在系统上的所有进程。

内核创建了第一个进程(称为init进程)来启动系统上所有其他进程。当内核启动时,它会将init进程加载到虚拟内存中。内核在启动任何其他进程时,都会在虚拟内存中给新进程分配一块专有区域来存储该进程用到的数据和代码。

Linux操作系统有5个启动运行级

运行级为1时,只启动基本的系统进程以及一个控制台终端进程。我们称之为单用户模式。单用户模式通常用来在系统有问题时进行紧急的文件系统维护。显然,在这种模式下,仅有一个人(通常是系统管理员)能登录到系统上操作数据。

标准的启动运行级是3。在这个运行级上,大多数应用软件,比如网络支持程序,都会启动。

Linux中常见的运行级是5。在这个运行级上系统会启动图形化的X Window系统,允许用户通过图形化桌面窗口登录系统。

3. 硬件设备管理

内核的另一职责是管理硬件设备。任何Linux系统需要与之通信的设备,都需要在内核代码中加入其驱动程序代码。驱动程序代码相当于应用程序和硬件设备的中间人,允许内核与设备之间交换数据。在Linux内核中有两种方法用于插入设备驱动代码:

编译进内核的设备驱动代码

可插入内核的设备驱动模块

以前,插入设备驱动代码的唯一途径是重新编译内核。每次给系统添加新设备,都要重新编译一遍内核代码。随着Linux内核支持的硬件设备越来越多,这个过程变得越来越低效。不过好在Linux开发人员设计出了一种更好的将驱动代码插入运行中的内核的方法。

开发人员提出了内核模块的概念。它允许将驱动代码插入到运行中的内核而无需重新编译内核。同时,当设备不再使用时也可将内核模块从内核中移走。这种方式极大地简化和扩展了硬件设备在Linux上的使用。

Linux系统将硬件设备当成特殊的文件,称为设备文件。设备文件有3种分类:

字符型设备文件

字符型设备文件是指处理数据时每次只能处理一个字符的设备。大多数类型的调制解调器和终端都是作为字符型设备文件创建的。

块设备文件

块设备文件是指处理数据时每次能处理大块数据的设备,比如硬盘。

网络设备文件

网络设备文件是指采用数据包发送和接收数据的设备,包括各种网卡和一个特殊的回环设备。这个回环设备允许Linux系统使用常见的网络编程协议同自身通信。

Linux为系统上的每个设备都创建一种称为节点的特殊文件。与设备的所有通信都通过设备节点完成。每个节点都有唯一的数值对供Linux内核标识它。数值对包括一个主设备号和一个次设备号。类的设备被划分到同样的主设备号下。次设备号用于标识主设备组下的某个特定设备。

4. 文件系统管理

不同于其他一些操作系统,Linux内核支持通过不同类型的文件系统从硬盘中读写数据。除

了自有的诸多文件系统外,Linux还支持从其他操作系统(比如Microsoft Windows)采用的文件

系统中读写数据。内核必须在编译时就加入对所有可能用到的文件系统的支持。表1-1列出了