linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

　　linux操作系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

　　1.操作系統(tǒng)總體介紹

　　?CPU： 就像人的大腦，主要負(fù)責(zé)相關(guān)事情的判斷以及實際處理的機(jī)制。

　　查詢指令： cat /proc/cpuinfo

　　?內(nèi)存： 大腦中的記憶區(qū)塊，將皮膚、眼睛等所收集到的信息記錄起來的地方，以供CPU進(jìn)行判斷。查詢指令： cat /proc/meminfo

　　物理內(nèi)存

　　物理內(nèi)存，就是我們將內(nèi)存條插在主板內(nèi)存槽上的內(nèi)存條的容量的大小。看計算機(jī)配置的時候，主要看的就是這個物理內(nèi)存

　　虛擬內(nèi)存

　　Windows中運(yùn)用了虛擬內(nèi)存技術(shù)，即拿出一部分硬盤空間來充當(dāng)內(nèi)存使用，當(dāng)內(nèi)存占用完時，電腦就會自動調(diào)用硬盤來充當(dāng)內(nèi)存，以緩解內(nèi)存的緊張。

　　關(guān)系：windows中虛擬內(nèi)存和物理內(nèi)存可能都會被使用，linux中，只有物理內(nèi)存使用完了，才會使用虛擬內(nèi)存

　　?硬盤： 大腦中的記憶區(qū)塊，將重要的數(shù)據(jù)記錄起來，以便未來再次使用這些數(shù)據(jù)。

　　查詢指令： fdisk -l （需要root權(quán)限）

　　2.內(nèi)存和硬盤的關(guān)系

　　具體命令后面會介紹

　　3.操作系統(tǒng)監(jiān)控命令》單獨(dú)寫一份

　　?vmstat

　　?sar

　　?iostat

　　?top

　　?free

　　?uptime

　　?netstat

　　?ps

　　?strace

　　?lsof

　　4.如何分析操作系統(tǒng)

　　實際流程： 讀數(shù)據(jù)》數(shù)據(jù)》硬盤》虛擬內(nèi)存（swaP）》內(nèi)存》cpu緩存》執(zhí)行隊列

　　分析方向，正好相反

　　4.各個部分常出現(xiàn)的漏洞

　　?CPU： 容易出現(xiàn)該類瓶頸的郵件服務(wù)器、動態(tài)web服務(wù)器

　　?內(nèi)存： 容易出現(xiàn)該類瓶頸的打印服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、靜態(tài)web服務(wù)器

　　?磁盤I/O： 頻繁讀寫操作的項目

　　?網(wǎng)絡(luò)帶寬： 頻繁大量上傳下載項目

　　5.Linux本身的一些優(yōu)化

　　1. 系統(tǒng)安裝優(yōu)化

　　當(dāng)安裝linux系統(tǒng)時，磁盤劃分、 SWAP內(nèi)存的分配都直接影響系統(tǒng)性能。對于虛擬內(nèi)存SWAP的設(shè)定，現(xiàn)在已經(jīng)沒有了所謂虛擬內(nèi)存是物理內(nèi)存兩倍的要求，但是根據(jù)經(jīng)驗，如果內(nèi)存較小（物理內(nèi)存小于4GB），一般設(shè)置SWAP交換分區(qū)大小為內(nèi)存的2倍；如果物理內(nèi)存大約4GB小于16GB，可以設(shè)置SWAP大小等于或者略小于物理內(nèi)存即可；如果內(nèi)存在16GB以上，原則上可以設(shè)置SWAP為0，但最好設(shè)置一定大小的SWAP

　　? 2. 內(nèi)核參數(shù)優(yōu)化

　　例如，如果系統(tǒng)部署的oracle數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，那么就需要對系統(tǒng)共享內(nèi)存段（ kernel.shmmax， kenerl.shmmni， kernel.shmall）、

　　系統(tǒng)信號量（ kernel.sem）、文件句柄（ fs.file0max）等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置；如果部署的WEB應(yīng)用，那么就需要根據(jù)web應(yīng)用特性進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化，例如修改net.ipv4.ip_local_port_range、net.ipv4.tc_tw_reuse、 net.core.somaxconn等網(wǎng)絡(luò)

　　內(nèi)核參數(shù)

　　? 3. 文件系統(tǒng)優(yōu)化

　　在linux下可選的文件系統(tǒng)有ext2，、 ext3、 xfs、 ReiserFS

　　linux標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)是從VFS開始，然后ext、 ext2， ext2是linux上的標(biāo)準(zhǔn)文件系統(tǒng)， ext3是在ext2基礎(chǔ)上增加日志形成的。從VFS到ext3，設(shè)計思想沒有太大變化，都是早期UNIX家族基于超級塊和inode的設(shè)計理念設(shè)計而成。XFS文件系統(tǒng)是SGI開發(fā)的一個高級日志文件系統(tǒng)，通過分布處理磁盤請求、定位數(shù)據(jù)、保持cache的一致性來提供對文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的低延遲、高帶寬的訪問，因此XFS極具伸縮性，非常健壯，具有優(yōu)秀的日志記錄功能、可擴(kuò)展性強(qiáng)、快速寫入等優(yōu)點。ReiserFS在Hans Reiser領(lǐng)導(dǎo)下開發(fā)出來的一款高性能的日志文件系統(tǒng)，通過完全平衡樹來管理數(shù)據(jù)，包括文件數(shù)據(jù)、文件名及日志支持等。與ext2、 ext3相比，最大的優(yōu)點是訪問性能和安全性大幅提升。具有高效、合理利用磁盤空間，先將的日志管理機(jī)制，特意的搜尋方式，海量磁盤存儲等優(yōu)點

　　5.重點知識

　　物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存

　　1.如何查看物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存？

　　Top 命令可以查看物理內(nèi)存和虛擬內(nèi)存的數(shù)值

　　2.Buffer

　　是硬盤控制器上的一塊內(nèi)存芯片，具有極快的存取速度，它是硬盤內(nèi)部存儲和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外界介面?zhèn)鬏斔俣炔煌?，緩存在其中起到一個緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤整體性能。

　　3.Cache

　　CPU緩存（Cache Memory）是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時存儲器，它的容量比內(nèi)存小的多但是交換速度卻比內(nèi)存要快得多。緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾，因為CPU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多，這樣會使CPU花費(fèi)很長時間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時，就可避開內(nèi)存直接從緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度

　　4.CPU中斷

　　當(dāng)CPU執(zhí)行完一條現(xiàn)行指令時，如果外設(shè)向CPU發(fā)出中斷請求，那么CPU在滿足響應(yīng)的情況下，將發(fā)出中斷響應(yīng)信號，與此同時關(guān)閉中斷，表示CPU不在受理另外一個設(shè)備的中斷。這時，CPU將尋找中斷請求源是哪一個設(shè)備，并保存CPU自己的程序計數(shù)器（PC）的內(nèi)容。然后，他將轉(zhuǎn)移到處理該中斷源的中斷服務(wù)程序。CPU在保存現(xiàn)場信息，設(shè)備服務(wù)（如交換數(shù)據(jù)）以后，將恢復(fù)現(xiàn)場信息。在這些動作完成以后，開放中斷，并返回到原來被中斷的主程序的下一條指令。

　　5.上下文切換

　　上下文切換（Context Switch） 或者環(huán)境切換

　　多任務(wù)系統(tǒng)中，上下文切換是指CPU的控制權(quán)由運(yùn)行任務(wù)轉(zhuǎn)移到另外一個就緒任務(wù)時所發(fā)生的事件。

　　在操作系統(tǒng)中，CPU切換到另一個進(jìn)程需要保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)并恢復(fù)另一個進(jìn)程的狀態(tài)：當(dāng)前運(yùn)行任務(wù)轉(zhuǎn)為就緒（或者掛起、刪除）狀態(tài)，另一個被選定的就緒任務(wù)成為當(dāng)前任務(wù)。上下文切換包括保存當(dāng)前任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境，恢復(fù)將要運(yùn)行任務(wù)的運(yùn)行環(huán)境。

　　進(jìn)程上下文用進(jìn)程的PCB（進(jìn)程控制塊，也稱為PCB，即任務(wù)控制塊）表示，它包括進(jìn)程狀態(tài)，CPU寄存器的值等。

　　通常通過執(zhí)行一個狀態(tài)保存來保存CPU當(dāng)前狀態(tài)，然后執(zhí)行一個狀態(tài)恢復(fù)重新開始運(yùn)行。

　　上下文切換會對性能造成負(fù)面影響。然而，一些上下文切換相對其他切換而言更加昂貴；其中一個更昂貴的上下文切換是跨核上下文切換（Cross-Core Context Switch）。一個線程可以運(yùn)行在一個專用處理器上，也可以跨處理器。由單個處理器服務(wù)的線程都有處理器關(guān)聯(lián)（Processor Affinity），這樣會更加有效。在另一個處理器內(nèi)核搶占和調(diào)度線程會引起緩存丟失，作為緩存丟失和過度上下文切換的結(jié)果要訪問本地內(nèi)存?？傊?，這稱為“跨核上下文切換”。

　　6.進(jìn)程和線程

　　進(jìn)程概念

　　進(jìn)程是表示資源分配的基本單位，又是調(diào)度運(yùn)行的基本單位。例如，用戶運(yùn)行自己的程序，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個進(jìn)程，并為它分配資源，包括各種表格、內(nèi)存空間、磁盤空間、I／O設(shè)備等。然后，把該進(jìn)程放人進(jìn)程的就緒隊列。進(jìn)程調(diào)度程序選中它，為它分配CPU以及其它有關(guān)資源，該進(jìn)程才真正運(yùn)行。所以，進(jìn)程是系統(tǒng)中的并發(fā)執(zhí)行的單位。

　　線程概念

　　線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，亦即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。如果把進(jìn)程理解為在邏輯上操作系統(tǒng)所完成的任務(wù)，那么線程表示完成該任務(wù)的許多可能的子任務(wù)之一

　　進(jìn)程和線程的關(guān)系

　?。?）一個線程只能屬于一個進(jìn)程，而一個進(jìn)程可以有多個線程，但至少有一個線程。 （2）資源分配給進(jìn)程，同一進(jìn)程的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源。

　　（3）處理機(jī)分給線程，即真正在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程。

　?。?）線程在執(zhí)行過程中，需要協(xié)作同步。不同進(jìn)程的線程間要利用消息通信的辦法實現(xiàn)同步。

　　注意：

　　1.Linux是大小寫敏感的系統(tǒng)，舉個例子，Mozilla， MOZILLA， mOzilla和 mozilla是四個不同的命令（但是只有第四個mozilla是真正有效的命令）。還有，my_filE， my_file，和 my_FILE是三個不同的文件。用戶的登錄名和秘密也是大小寫敏感的（這是因為UNIX系統(tǒng)和C語言的傳統(tǒng)一向是大小寫敏感所致）。

　　2.文件名最多可以有256個字符，可以包含數(shù)字，點號”?！保聞澗€”_”，橫桿”-”，加上其他一些不被建議使用的字符。

　　3.文件名前面帶”?！钡奈募谳斎搿眑s”或者”dir” 命令時一般不顯示?？梢园堰@些文件看作是隱含文件，當(dāng)然你也可以使用命令”ls –a”來顯示這些文件。

　　4.“/”對等于DOS下的”\”（根目錄，意味著所有其他目錄的父目錄，或者是在目錄之間和目錄和文件之間的一個間隔符號）。舉個例子，cd /usr/doc。

　　5.在Linux系統(tǒng)下，所有的目錄顯示在單一目錄樹下（有別于DOS系統(tǒng)的驅(qū)動器標(biāo)識）。這意味著所有的物理設(shè)備上的所有文件和目錄都合并在單一的目錄樹下。

　　6.在配置文件里，以#打頭的行是注釋行。在修改配置文件的時候盡量不要刪除舊的設(shè)置――可以把原來的設(shè)置加上”#”變成注釋行，總是在修改地方對應(yīng)地加入一些關(guān)于修改的注釋，你會發(fā)覺在以后的管理中獲益多多。

　　7.Linux是繼承性的多用戶操作系統(tǒng)。你的個人設(shè)定（和其他用戶的個人設(shè)定）放在你的主目錄下（一般是/home/your_user_login_name）。許多的配置文件的文件名都以”?！遍_頭，這樣用戶一般看不到這些文件。

　　8.整個系統(tǒng)范圍的設(shè)定一般放在目錄/etc下。

　　9.和其他的多用戶操作系統(tǒng)類似，在Linux下，文件和目錄有自己的擁有者和訪問權(quán)限。一般來說，你只被允許文件到你的主目錄下（/home/your_user_login_name）。學(xué)習(xí)一些關(guān)于文件權(quán)限管理的相關(guān)知識，否則你肯定會覺得Linux實在很麻煩。

　　10.命令參數(shù)選項一般由”-”引導(dǎo)，后面跟一個字符（或者”--“，當(dāng)選項超過一個字符時）。這樣，”-”有點象DOS下的”/”。舉個例子，輸入命令 rm --help。

　　.Linux系統(tǒng)由哪幾部分組成？Linux內(nèi)核處于什么位置？

　　A：

　　1）Linux系統(tǒng)由四個部分組成：用戶進(jìn)程，系統(tǒng)調(diào)用接口、Linux內(nèi)核子系統(tǒng)和硬件；

　　2）Linux內(nèi)核處于用戶進(jìn)程和硬件之間，包括系統(tǒng)調(diào)用接口和Linux內(nèi)核子系統(tǒng)。

　　Q3.Linux內(nèi)核由哪幾部分組成？各個子系統(tǒng)的主要功能是什么？

　　A：

　?。?）Linux內(nèi)核除系統(tǒng)調(diào)用外，由五個主要的子系統(tǒng)組成：進(jìn)程調(diào)度、內(nèi)存管理、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)程間通信（IPC）；

　　（2）各個子系統(tǒng)的主要功能為：

　　1）進(jìn)程調(diào)度：它控制著進(jìn)程對CPU的訪問，當(dāng)需要選擇一個進(jìn)程開始運(yùn)行時，由調(diào)度程序選擇最應(yīng)該運(yùn)行的進(jìn)程；

　　2）內(nèi)存管理：它允許多個進(jìn)程安全地共享主內(nèi)存區(qū)域，支持虛擬內(nèi)存；從邏輯上可以分為硬件無關(guān)的部分和硬件相關(guān)的部分；

　　3）虛擬文件系統(tǒng)（VFS）：它隱藏了各種不同硬件的具體細(xì)節(jié)，為所有設(shè)備提供統(tǒng)一的接口，支持多達(dá)數(shù)十種不同的文件系統(tǒng)，分為邏輯文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動程序；

　　4）網(wǎng)絡(luò)：它提供了對各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的存取和各種網(wǎng)絡(luò)硬件的支持，分為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序兩部分；

　　5）進(jìn)程間通信：支持進(jìn)程間各種通信機(jī)制，包括共享內(nèi)存、消息隊列和管道等。

　　內(nèi)存尋址

　　Q1.什么是物理地址？什么是虛地址？什么是線性地址？

　　A：

　　1）將主板上的物理內(nèi)存條所提供的內(nèi)存空間定義為物理內(nèi)存空間，其中每個內(nèi)存單元的實際地址就是物理地址；

　　2）將應(yīng)用程序員看到的內(nèi)存空間定義為虛擬地址空間（或地址空間），其中的地址就叫做虛擬地址（或虛地址），一般用“段：偏移量”的形式來描述，如A815:CF2D；

　　3）線性地址空間是指一段連續(xù)的、不分段的、范圍為0~4GB的地址空間，一個線性地址就是線性地址空間的一個絕對地址。

　　Q2.在保護(hù)模式下，MMU如何把一個虛地址轉(zhuǎn)換為物理地址？

　　A：

　　在保護(hù)模式下，內(nèi)存管理單元（MMU）由一個或一組芯片組成，其功能是指虛擬地址映射為物理地址，即進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換；MMU是一種硬件電路，它包含分段部件和分頁部件兩個部件，分別叫做分段機(jī)制和分頁機(jī)制，分段機(jī)制是把一個虛擬地址轉(zhuǎn)換為線性地址，分頁機(jī)制是把一個線性地址轉(zhuǎn)換為物理地址。

　　.Linux內(nèi)核的狀態(tài)有哪些？

　　A：

　　1）Linux最基本的進(jìn)程狀態(tài)有三種：運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)和阻塞態(tài)（或等待態(tài)）；這三種狀態(tài)之間有四種可能的轉(zhuǎn)換關(guān)系：運(yùn)行態(tài)-》阻塞態(tài)、運(yùn)行態(tài)-》就緒態(tài)、就緒態(tài)-》運(yùn)行態(tài)和阻塞態(tài)-》就緒態(tài)；

　　2）為了管理上的方便，將就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)合并為一個狀態(tài)—可運(yùn)行態(tài)，再包括其它方面的一些改變，將進(jìn)程狀態(tài)劃分為：可運(yùn)行態(tài)、睡眠（或等待）態(tài)（分為深度睡眠態(tài)和淺度睡眠態(tài)）、暫停狀態(tài)和僵死狀態(tài)。

　　1.Linux目錄樹結(jié)構(gòu)是怎樣的？它與Windows的目錄樹結(jié)構(gòu)有什么區(qū)別？為什么Linux的文件系統(tǒng)采用固定的目錄形式？

　　A：

　　文件是一個抽象的概念，它是存放一切數(shù)據(jù)或信息的倉庫；

　　1）Linux的目錄樹結(jié)構(gòu)為：根目錄（/）在上，其它的平行在下；

　　2）Windows操作系統(tǒng)也是采用樹型結(jié)構(gòu)，但其樹型結(jié)構(gòu)的根是磁盤分區(qū)的盤符，有幾個分區(qū)就有幾個樹型結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系式并列的；而在Linux中，無論操作系統(tǒng)管理幾個磁盤分區(qū)，這樣的目錄樹只有一個；

　　3）這樣做的原因是：Linux是一個多用戶系統(tǒng)，制定這樣一個固定的目錄規(guī)劃有助于對系統(tǒng)文件和不同的用戶文件進(jìn)行統(tǒng)一管理；

　　4）Linux中的文件類型包括：常規(guī)文件、目錄文件、設(shè)備文件、管道文件和鏈接文件。

　　linux操作系統(tǒng)的優(yōu)勢

　　1、免費(fèi)開源。Linux是一款完全免費(fèi)的操作系統(tǒng)，任何人都可以從網(wǎng)絡(luò)上下載到它的源代碼，并可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行定制化的開發(fā)，而且沒有版權(quán)限制。

　　2、模塊化程度高。Linux的內(nèi)核設(shè)計分成進(jìn)程管理、內(nèi)存管理、進(jìn)程間通信、虛擬文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)5部分，其采用的模塊機(jī)制使得用戶可以根據(jù)實際需要，在內(nèi)核中插入或移走模塊，這使得內(nèi)核可以被高度的剪裁定制，以方便在不同的場景下使用。

　　3、Linux系統(tǒng)廣泛的硬件支持。得益于其免費(fèi)開源的特點，有大批程序員不斷地向Linux社區(qū)提供代碼，使得Linux有著異常豐富的設(shè)備驅(qū)動資源，對主流硬件的支持極好，而且?guī)缀跄苓\(yùn)行在所有流行的處理器上。

　　4、安全穩(wěn)定。Linux采取了很多安全技術(shù)措施，包括讀寫權(quán)限控制、帶保護(hù)的子系統(tǒng)、審計跟蹤、核心授權(quán)等，這為網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的用戶提供了安全保障。實際上有很多運(yùn)行Linux的服務(wù)器可以持續(xù)運(yùn)行長達(dá)數(shù)年而無須重啟，依然可以性能良好地提供服務(wù)，其安全穩(wěn)定性已經(jīng)在各個領(lǐng)域得到了廣泛的證實。

　　5、多用戶，多任務(wù)。多用戶是指系統(tǒng)資源可以同時被不同的用戶使用，每個用戶對自己的資源有特定的權(quán)限，互不影響。多任務(wù)是現(xiàn)代化計算機(jī)的主要特點，指的是計算機(jī)能同時運(yùn)行多個程序，且程序之間彼此獨(dú)立，Linux內(nèi)核負(fù)責(zé)調(diào)度每個進(jìn)程，使之平等地訪問處理器。由于CPU處理速度極快，從用戶的角度來看所有的進(jìn)程好像在并行運(yùn)行。

　　6、良好的可移植性。Linux中95%以上的代碼都是用C語言編寫的，由于C語言是一種機(jī)器無關(guān)的高級語言，是可移植的，因此Linux系統(tǒng)也是可移植的。

責(zé)任編輯：YYX