Linux操作系统体系结构 ( 3 ) -【Linux通信架构系列 】

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要想把程序编好，必须对Linux操作系统体系结构有所了解，一般来说传统的Linux操作系统体系结构如图：

图1 传统Linux操作系统体系结构图

一般情况下，Linux操作系统的结构体系分为用户态和内核态。

1、操作系统/内核 - 软件

用于控制计算机的硬件资源，提供应用程序运行的环境。之所以称为内核，是因为比较小，且位于整个体系结构的核心。

我们编写的程序，要么运行在用户态，要么运行在内核态，一般情况下运行在用户态，当程序要执行一些特殊代码时，程序就可能切换到内核态。这种切换有操作系统控制，不需要认为介入。

换一个角度理解用户态和内核态，用户态可以理解为图1中最外圈应用程序的活动空间。但是，我们所开发的应用程序的运行，往往需要访问一些资源（如读写文件要访问磁盘，调用malloc要申请内存，程序中可能还要访问传真机、打印机等外部设备），为了让应用程序能够访问这些资源，内核必须提供供应用程序访问的接口，也就是图1中的系统调用（内核对外接口）。

2、系统调用其实就是一些库函数，写代码时调用即可

一般情况，操作系统会提供200~300个库函数供我们调用，这些库函数在系统内部高度封装，我们无需关心细节，只需调用即可。

3、shell是一个命令行解释器，是Linux系统中用户与操作系统内核交互的主要方式之一

当用Xshell链接Ubuntu Linux虚拟机的时候，使用ps命令查看，就能看到一个bash进程（这个bash进程是自动开启的，用Xshell链接虚拟机时，系统就启动了一个bash。这个bash是被login/sshd用fork函数开启的。）

bash是borne again shell （重新装配的shell）的缩写，是shell的一种，Linux默认采用bash这种shell。

通俗地说，bash也是一个可执行程序，这种可执行程序的主要作用是：把用户输入的命令翻译给操作系统，所以bash相当于一个命令解释器。

bash也可以手动创建，因为它是一个可执行程序。

尝试用whereis找到bash的位置，直接执行，然后使用exit退出当前的bash,如图：

图2 手动执行bash并使用exit退出该bashs

如果第二次输入exit,则会从当前使用的bash中退出Xshell会与Ubuntu Linux虚拟机断开连接（因为第一次突退出的是自己执行的bash，第二次退exit退出的是login/sshd进程用函数fork创建的bash进程）。

观察图1中shell的位置，它正好夹在系统调用和应用程序之间，起分隔系统调用和应用程序的作用，同时也有胶水（将系统调用和应用程序黏在一起）的感觉。

操作系统的内核部分，有进程管理，文件系统、设备驱动、网络等各种资源的管理。在内核和用户空间之间，通过系统调用（system call）接口实现对各种资源功能的调用。

4 、用户态和内核态之间的切换

（1）用户态权限小，内核态权限大，权限大意味着能做一些危险的事。
（2）这些调用接口是系统提供并统一管理的。操作系统资源有限，如果许多程序同时访问这些资源，一旦产生访问冲突，或资源耗尽，就可能导致系统崩溃。