第2课 Linux操作系统简介

1. Linux操作系统的构成

（1）内核（kernel）

　　①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。

　　②控制系统和硬件之间的相互通信。

　　③决定着系统的性能和稳定性。

（2）Shell

（3）文件系统

　　①文件：数据或设备的一种逻辑组织

　　②文件系统：文件间关系管理的一种逻辑组织

（4）应用程序

　　①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。

　　②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。

　　③信号：Linux系统中进程通信的一种技术，异步程序设计的基础

　　④客户端和服务器。

2. 启动流程简介

（1）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

（2）BootLoader(uboot)

　　①BootLoader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。

　　②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。

　　③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。

　　④在Linux中称为grub

（3）init进程

　　①Linux启动的第1个进程（1号进程），0号为内核进程（swapper进程）

　　②执行/etc/init.d目录中所有的脚本文件，启动本某系统的服务。

　　③执行/sbin/getty初始化0、1和2（标准输入、标准输出和标准错误）

　　④执行/bin/login启动用户登录程序；

　　⑤管理孤儿进程

3. Linux内存管理

3.1 内存管理

（1）进程隔离：保护独立的进程，防止互相干涉数据和存储空间

（2）自动分配和管理：动态地分配，分配对程序员是透明的。

（3）支持模块化的程序设计：能够定义程序模式，并且动态地创建、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：关机后长时间保存信息。

3.2 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）虚地址和贮存中实地址（物理地址）的动态映射。

（2）缺页：将进程全部载入内存；按需调页

4. 系统调用和POSIX标准

（1）系统调用：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。

（2）POSIX标准

　　①ISO C：1989年，C程序设计语言的ANSI标准得到批准，此标准被采纳为国际标准ISO/IEC 9899：1990。ISO C标准的意图是提供C程序的可移植性，使其能够适合于大量不同的操作系统，而不是只适合UNIX系统。

　　②IEEE POSIX：在Linux中用户编程接口（API）遵循了在UNIX中最流行的应用编程界面标准——POSIX标准。这些系统调用接口主要通过C库（libc）实现的。该标准的目的是提升应用程序在各种UNIX系统环境之间的可移植性，它包含了ISO C标准函数库。

5. Linux进程运行态

（1）内核态：进程运行在内核空间

（2）用户态（运行态）：进程运行在用户空间

（3）说明：

　　①当程序运行在用户态时，它不能直接访问内核数据结构或内核的程序。但是当应用程序运行在内核下时，这些限制不再有效。

　　②每种CPU模型都为从用户态到内核态的转换提供了特殊的指令，反之亦然。

　　③内核本身并不是一个进程，而是进程的管理者。进程/内核模式假定：请求内核服务的进程使用所谓的系统调用的特殊编程机制。每个系统调用都设置了一组识别进程请求的参数，然后执行与硬件相关的CPU指令完成从用户态到内核态的转换。