IO系统-基本知识

注：本文档主要整理了Linux下IO系统的基本知识，是整理的网易云课堂的学习笔记，老师讲得很不错，链接如下：Linux IO系统

1.Linux操作系统的基本构成

内核：操作系统的核心，负责管理系统的进程、内存、设备驱动程序、文件和网络系统；控制系统和硬件之间的相互通信；决定着系统的性能和稳定性。

shell：提供给用户界面的软件。

文件系统、应用程序

1.1 基本术语

1.文件和文件系统

文件：数据或设备的一种逻辑组织；

文件系统：文件间关系管理的一种逻辑组织。

2.程序和进程

程序：计算机执行的指令集合；

进程：程序的一个运行实例，操作系统资源分配的最小单位。

3.线程（轻量级进程）

程序运行的基本单位，一个进程内部可以有一个或若干线程同时运行。

4.信号

Linux系统中进程通信的一种技术，异步程序设计的基础。

5.客户端和服务器

2 启动流程

1. 芯片和部分外围电路的初始化
2. 加载内核
3. 加载最小文件系统
4. 加载硬盘上的根文件系统
5. 启动1号进程/sbin/init

bootloader：就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序，主要功能有：初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。它是严重依赖于硬件，在嵌入式开发中建立一个通用的bootloader几乎是不可能的。在Linux中称为grub。

init进程：Linux系统启动的第一个进程（1号进程），0号进程为内核进程（swapper进程）。功能：执行/etc/init.d目录中的所有脚本文件，启动某些系统的服务；执行sbin/getty初始化0、1和2（标准输入、标准输出和标准错误）；执行/bin/login启动用户登录程序；管理孤儿进程。

3内存管理

3.1 功能

1.进程隔离

保护独立的进程，防止互相的干涉数据和存储空间。

2.自动分配和管理

动态的分配，分配对管理员是透明的。

3.支持模块化的程序设计

能够定义程序模块，并且动态的创建、销毁模块，改变模块大小。

4.保护和访问控制

允许一部分内存可以由各种用户以各种方式进行访问。

5.长期存储

关键后长时间保护信息

虚拟寻址：

3.2 内存管理

3.2.1段页式内存管理

1. 进程在虚拟内存中分为代码段、数据段和堆栈段
2. 进程在段中有许多固定大小的块组成，这些块称为页
3. 虚拟地址由段号、页号和页中偏移量构成
4. 虚地址和存储中实地址（物理地址）的动态映射（以页为单位）
5. 缺页：消除了进程全部载入内存中、按需调页

4.系统调用

系统调用是指操作系统提供给用户程序的一组"特殊"接口，用户程序可以通过这组接口来获得操作系统内核提供的特殊服务。

5. Linux进程的运行状态

内核态：进程运行在内核空间；

运行态：进程运行在用户空间。

6. UNIX标准

（1）ISO C（标准C）

（2）IEEE POSIX：在Linux中用户编程接口（API）遵循了UNIX最流行的应用编程界面标准POSIX标准，这些系统调用编程接口主要通过C库（libc）实现的。