Linux操作系统学习-入门

一、操作系统概述

操作系统体系结构 分为模块结构、分层结构、对象结构三种。其中模块结构效率最高，但系统的可理解性、可维护性和可移植性都比较差。  

Linux 内核基本属于模块结构，而 MS-DOS 系统内核采用的是层次结构， Windows NT/2000 及 Solaris 则是典型的对象结构。

 

操作系统内核按照其运行的情况可以分为：宏内核与微内核。前者也称为单内核， Linux 系统属于单内核类型。对象结构的系统内核通常是微内核，例如， Windows NT/2000 系统就是微内核。 

 

Linux 内核基本采用模块结构，单内核模式，这使得系统具有很高的运行效率，但系统的可扩展性及可移植性受到一 定的影响。为了解决这个问题， Linux 使用了附加模块技术。利用模块技术，可以方便地在内核中添加新的组件或卸 载不再需要的内核组件，而且这种装载和卸载可以动态进行。但同时也降低了性能。可以说Linux也是采用了很多微内核的特性。

 

二、处理机管理

几个概念：作业、进程、程序。一次作业可能有一个程序完成，也可能由多个完成，这样这次作业就要提交一个或多个程序。 

多个程序、这些程序需要的数据以及必要的作业说明一起构成一个作业。

一个进程可能包含几个程序，一个程序可能包含几个进程。 

 

按照对作业的处理方式，可以分为联机、批处理等作业。在Linux分时批处理系统中，也可以根据对作业执行时的响应特征分为前台作业和后台作业。

 

进程是正在执行的程序，是动态的，程序是静态的。

 

进程和作业： 

作业是用户向计算机系统提交一项工作的基本单位，是 用户在一次事务处理或计算过程中要求计算机所做工 作的总和。进程是一个具有一定独立功能的程序关于 某个数据集合的一次运行活动，是操作系统分配资源 和进行调度的基本单位。

作业是描述用户向系统提交工作任务的实体单位，而进 程是系统完成工作任务时程序执行的实体单位。从这 个角度讲，他们处于不同的层次，作业描述用户和操 作系统之间的任务委托关系，而进程描述操作系统内 部任务的具体执行过程。一个用户的任务，即作业， 由用户提交给系统，必须以进程的形式具体完成。

 

进程切换现场称为进程上下文 (context) ，包含了一个进程所具有的全部信息，一般包括：进程控制块（ Process Control Block ， PCB ）、有关程序段和相应的数据集， 一般来讲， PCB 记录着进程的所有资料，是全部或部分常驻内存的， PCB 记录着程序段和数据集的地址指针， 进程描述信息、进程控制信息、进程相关的资源信息和 CPU 现场保护结构。

 

Linux的PCB用task-struct结构体描述（Linux中进程称为task）。其中进程描述信息包括进程号（PID，process identifier、用户和组标识以及描述进程家族关系的连接信息。进程控制信息记录了进程的当前状态、调度信息、记时和时间信息以及进程间通信信息。进程资源信息记录了与该进程有关的存储器的各种地址和资料、文件系统以及打开文件的信息等等处理机（CPU）现场信息一般包括处理机的内部寄存器和堆栈等基本数据。

 

task-struct 是 Linux 系统的进程控制块（ PCB ），通过对 PCB 的操作，系统为进程分配资源并进行调度，最终完成进程 的创建和撤销。系统利用 PCB 中的描述信息来标识一个进程，根据 PCB 中的调度信息决定该进程是否应该运行。如 果这个进程要进入运行，首先根据其中的 CPU 现场信息来恢复运行现场，然后根据资源信息获取对应的程序段和数 据集，接着上次的位置开始执行，同时通过 PCB 中的通信信息和其他进程协同工作。

 

进程的几种状态，3个回路，以及状态转换过程（条件）

 

进程状态之间的转换转换通常由三种不同的方式控制：进程控制原语、系统核心函数（比如调度）、和外部事件发生 （比如中断）。

原语调用可由内核调用，也可由父进程调用。

 

进程通信：分两种，低级通信，数据量小，实现同步和互斥，控制运行速度；高级通信，数据量大，主要是交换信息。按照通信地位，进程通信分为主从式、会话式、消息或邮箱机制（不建立连接关系）、共享存储区（适合大量数据）。

 

Linux的进程通信机制包括信号（低级通信，两个主要的signal SIGSTOP SIGKILL， 普通进程只能向具有相同 uid 和 gid 的进程或者在同一进程组中的进程发送信号。 信号是通过设置 task-struct 结构中 signal 域里的某一位来产生的。）、管道(继承自UNIX，是一种特殊的文件类型，通过文件系统实现，适合大规模数据传递）、SYStem V（信号量、消息队列、共享内存）、套接字（socket网络）

 

线程是为了减少进程切换上下文的系统开销而引入的，进程内部线程共享进程资源，因此线程切换效率高。但是在Linux中，线程和进程没有差别，使用相同的描述方法和调度管理。Linux也支持系统级线程和用户级线程。

 

 三、存储管理