6.1第六章 Linux内核--进程
linux操作系统的组成
linux操作系统的组成1.内核（Kernel）Linux内核是整个Linux操作系统的核心，它负责管理系统资源，包括硬件、内存、进程、文件系统等。
内核提供了一系列系统调用，用户空间程序可以通过这些系统调用来访问内核提供的功能。
2.用户空间（User Space）用户空间是操作系统中除内核之外的部分。
用户空间包括Shell、图形界面、应用程序等。
用户空间通过系统调用来访问内核提供的功能。
用户空间和内核之间有一个保护机制，保证用户空间程序不能直接访问内核资源，只能通过系统调用。
3.ShellShell是Linux系统中的命令解释器，它充当了用户和内核之间的接口。
用户可以在Shell中输入命令，Shell解析命令并通过系统调用调用内核提供的功能。
Linux操作系统中常用的Shell有Bash、Zsh、Fish等。
4.文件系统（File System）Linux操作系统支持多种文件系统，包括Ext2、Ext3、Ext4、Btrfs、XFS等。
文件系统是管理文件和目录的机制，它负责在硬盘上分配空间，存储文件内容和元数据。
文件系统还提供了一些额外的功能，如权限管理、链接、快速查找等。
5.设备驱动程序（Device Driver）设备驱动程序是连接硬件设备和内核的桥梁，它转换设备的IO请求为内核能够理解的形式，并向内核提供设备的状态信息。
Linux操作系统支持多种设备驱动程序，包括字符设备驱动程序、块设备驱动程序、网络设备驱动程序等。
6.命令行工具（Command-Line Tool）Linux操作系统提供了丰富的命令行工具，可以轻松地完成各种任务。
常见的命令行工具有ls、cp、mv、mkdir、rm等，还有一些高级工具，如awk、sed、grep等。
7.图形界面（Graphical User Interface）Linux操作系统提供了多种图形界面，如GNOME、KDE、Xfce、LXDE等。
图形界面提供了一种更加友好的交互方式，用户可以通过鼠标点击、拖拽等方式完成操作，极大地提高了用户的工作效率。
Linux操作系统考试题库
Linux操作系统考试题库Linux操作系统考试题库第一章：Linux基础知识1.1 Linux操作系统的起源和发展历程1.2 Linux的特点和优势1.3 Linux的文件系统结构和目录1.4 Linux常用命令及其功能1.5 Linux的用户和权限管理第二章：Linux进程管理2.1 进程的概念及特点2.2 进程的创建和终止2.3 进程的状态和切换2.4 进程调度和优先级2.5 进程间通信方式及实现第三章：Linux文件管理3.1 文件和目录的概念3.2 文件权限和属性3.3 文件的创建、复制、移动和删除3.4 文件的查找和检索3.5 文件的压缩和解压缩第四章：Linux网络配置与管理4.1 网络的基本概念和原理4.2 网络配置文件的修改与管理4.3 网络接口的添加和删除4.4 路由表的配置与管理4.5 Linux中常用的网络命令及其功能第五章：Linux系统安全管理5.1 安全基础知识和概念5.2 用户账号的安全管理5.3 文件权限和访问控制5.4 网络安全和防火墙配置5.5 安全漏洞的排查和修补第六章：Linux性能调优与故障排除6.1 系统性能监测和调优工具6.2 CPU和内存的性能调优方法6.3 磁盘和文件系统的性能调优方法6.4 网络和IO的性能调优方法6.5 常见故障的排除和解决方法第七章：Linux容器、虚拟化和云计算7.1 容器技术的原理和应用7.2 虚拟化技术的原理和应用7.3 云计算的基本概念和架构7.4 常用的虚拟化软件和云计算平台7.5 容器、虚拟化和云计算的管理与部署第八章：Linux系统调用和内核编程8.1 系统调用的概念和分类8.2 常用系统调用的功能和使用方法8.3 内核的编译和模块管理8.4 编写模块和驱动程序的基本步骤8.5 内核调试和性能分析工具的使用附件：本文档没有附带相关文件。
法律名词及注释：1.GNU通用公共许可证（GPL）：一种自由软件许可证，保证了用户可以自由地使用、复制、修改和分发软件的自由。
Linux内核主要功能
Linux内核主要功能随着计算机硬件的发展，Linux内核的功能也在不断发展，以支持这些新硬件特性。
同时，内核的代码量也在不断增加。
内核是Linux操作系统的基础，在操作系统中完成最基本的任务。
当前的Linux内核主要功能包括以下几个方面：1．进程调度（SCHED）进程调度负责控制进程对CPU的访问，如当需要选择下一个进程运行时，由进程调度子系统根据某种算法选择最值得运行的进程。
可运行进程实际上是仅等待CPU资源的进程。
如果某个进程还在等待其它资源，则该进程将不会被选择。
Linux操作系统使用了比较简单的基于优先级的进程调度算法选择新的进程。
2．内存管理（Memory Management，MM）内存管理子系统用来管理多个进程对内存的使用。
Linux支持虚拟内存，即在计算机中运行的程序，其程序代码、数据、堆栈的总量可以超过实际内存的大小，操作系统只是把当前使用的程序块保留在内存中，其余的程序块则保留在磁盘中。
必要时，操作系统负责在磁盘和内存间交换程序块。
内存管理从逻辑上可以分为硬件无关部分和硬件有关部分。
其中，硬件无关部分提供了进程的映射和逻辑内存的对换；硬件有关部分为内存管理硬件部分提供了虚拟接口。
3．虚拟文件系统（Virtual File System，VFS）虚拟文件系统隐藏了各种硬件的具体细节，为所有的设备提供了统一的接口。
虚拟文件系统提供了数10种不同的文件系统，并且又分为逻辑文件系统和设备驱动程序。
其中，逻辑文件系统是指Linux所支持的文件系统，如ext3、FAT等；设备驱动程序是指为每一种硬件控制器所编写的设备驱动程序模块。
4．网络接口（Network Interface）网络接口提供了对各种网络标准的存取和各种网络硬件的支持。
网络接口可分为网络协议和网络驱动程序2部分组成。
其中，网络协议部分负责实现每一种可能的网络传输协议；网络设备驱动程序负责与硬件设备的通信，每一种可能的硬件设备都有相应的设备驱动程序。
电子科技大学 UNIX_Linux操作系统内核结构6章
一个进程的上下文包括五个方面： ①、被进程正文所定义的进程状态 ②、进程所使用的全局变量和数据结构的值 ③、机器寄存器的值 ④、进程表项proc结构和user结构中的值 ⑤、用户堆栈和核心堆栈中的值
“执行一个进程”——指系统在该进程的上下文中执行， 也就是进程的上下文确定和限制了进程的运行环境和空间。
可以随进程状态的变化而在内外存之间交换的进程控制信 息中的其余部分。
为了方便进程映像在内外之间交换，UNIX系统中把进程非 常驻内存部分作为一个整体，占用连续的存贮区，其顺序是： 首先是user结构（进程扩充控制块）和核心栈，然后是数据段 和用户栈。
16
进程user结构和核心栈合并构成进程的“本进程数据区— —ppda区（per process data area）。
15
在进程映像占用的内存被分配给其他进程之前，不但该进 程的程序和数据需要调出内存，该进程的控制信息也被调出内 存。但为了该进程能够再次被调入内存，内存中需要保留一部 分必要的信息，这就把进程控制信息也分成了常驻内存和非常 驻内存两部分： 常驻内存控制信息块
是系统需要经常查询以及恢复整个进程映象时所不可缺少 的信息。 非常驻内存控制信息块
7
3、进程的解释
在UNIX系统中进程的概念包含什么意义？
在较高级的方面 进程是一个重要的组织概念。可以把计算机系统看作是若
干进程组合的活动。进程是系统中活动的实体，它可以生成和 消灭，申请和释放资源，可以相互合作和竞争，而真正活动的 部件如处理机和外部设备则是看不见的。
在较低级方面 进程是不活动的实体，而处理机则是活动的，处理机的任
核心从一个进程转到另一个进程执行时，叫做“上下文切
换”，也就是系统从一个进程上下文确定的环境换到另一个进
Linux内核.ppt
❖ LINUX文件系统: Linux文件系统是文件存放在磁盘等存储设
备上的组织方法。Linux能支持多种目前浒的文件系统，如EXT2、EXT3、 FAT、VFAT、ISO9660、NFS、SMB等。
❖ LINUX应用系统：标准的Linux系统都有一整套称为应
用程序的程序集，包括文本编辑器、编程语言、X Window、 办公套件、Internet工具、数据库等。
❖GNU 软件和派生工作均适用 GNU 通用公共许 可证，即 GPL（General Public License ）
❖Linux的开发使用了众多的GUN工具
<>
GPL－开源软件的法律
❖GPL 允许软件作者拥有软件版权 ❖但GPL规定授予其他任何人以合法复
制、发行和修改软件的权利。
<>
2. Linux系统的主要特点
内核模块的能力
所有模块全部运行在内核态，直接调用函数，无需消息传递 支持多称多处理SMP机制
讲究效率的单模块操作系统
进程管理
内存管理
设备管理
文件管理
模块之间可以互相调用的单模块结构 <>
讲究效率的单模块操作系统
❖模块之间直接调用函数，除了函数调用 的开销外，没有额外开销。 ❖庞大的操作系统有数以千计的函数 ❖复杂的调用关系势必导致操作系统维护 的困难
个平台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。Linux是一种可 移植的操作系统，能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境 中和任何平台上运行。
3. LINUX的组成
❖ LINUX的内核：内核是系统的核心，是运行程序和管理
像磁盘和打印机等硬件设备的核心程序。
❖ LINUX SHELL: Shell是系统的用户界面，提供了用户与内核进
linux操作系统实验--电子教案文档
Linux操作系统实验-电子教案文档第一章：Linux操作系统概述1.1 课程目标了解Linux操作系统的起源和发展历程掌握Linux操作系统的特点和优势了解Linux操作系统的应用领域1.2 教学内容Linux操作系统的起源和发展历程Linux操作系统的特点和优势Linux操作系统的应用领域1.3 实验内容安装Linux操作系统熟悉Linux操作系统的界面和基本操作1.4 课后作业简述Linux操作系统的起源和发展历程列举Linux操作系统的特点和优势探讨Linux操作系统的应用领域第二章：Linux文件系统2.1 课程目标了解Linux文件系统的基本概念和结构掌握Linux文件系统的权限管理学会使用Linux文件系统的常用命令2.2 教学内容Linux文件系统的基本概念和结构Linux文件系统的权限管理Linux文件系统的常用命令2.3 实验内容浏览Linux文件系统结构修改文件权限使用文件复制、移动、删除等命令2.4 课后作业简述Linux文件系统的基本概念和结构解释Linux文件系统的权限管理列举Linux文件系统的常用命令第三章：Linux常用命令3.1 课程目标掌握Linux操作系统的常用命令学会使用Linux命令行界面了解Linux命令的参数和选项3.2 教学内容Linux操作系统的常用命令Linux命令行界面的使用方法Linux命令的参数和选项3.3 实验内容练习使用ls、cd、pwd等基本命令学习使用grep、find等高级命令掌握管道命令和重定向命令的使用3.4 课后作业列举Linux操作系统的常用命令解释Linux命令的参数和选项编写一个简单的Linux命令行脚本第四章：Linux文本处理4.1 课程目标学会使用Linux文本处理工具掌握文本编辑器Vim的使用方法了解文本处理的基本技巧4.2 教学内容Linux文本处理工具的使用方法Vim文本编辑器的功能和操作文本处理的基本技巧4.3 实验内容使用cat、more、less等工具查看文本文件学习Vim文本编辑器的基本操作练习文本处理技巧，如查找、替换、排序等4.4 课后作业简述Linux文本处理工具的使用方法解释Vim文本编辑器的功能和操作探讨文本处理的基本技巧第五章：Linux网络配置5.1 课程目标了解Linux操作系统的网络配置方法学会使用Linux网络命令掌握Linux操作系统的网络资源共享5.2 教学内容Linux操作系统的网络配置方法Linux网络命令的使用方法Linux操作系统的网络资源共享5.3 实验内容配置Linux操作系统的IP地址使用ping、ifconfig等网络命令设置Linux操作系统的网络资源共享5.4 课后作业简述Linux操作系统的网络配置方法解释Linux网络命令的使用方法探讨Linux操作系统的网络资源共享第六章：Linux软件管理6.1 课程目标学会使用Linux软件包管理器掌握软件包的安装、升级和卸载了解软件仓库和软件源的使用6.2 教学内容Linux软件包管理器的基本概念使用apt-get和dpkg管理软件包软件包的依赖关系和解决方法软件仓库和软件源的使用6.3 实验内容使用apt-get安装软件包升级和卸载软件包配置软件仓库和软件源6.4 课后作业简述Linux软件包管理器的基本概念列举使用apt-get和dpkg管理软件包的命令解释软件包的依赖关系和解决方法第七章：Linux常用shell脚本7.1 课程目标学会编写简单的Shell脚本掌握Shell脚本的语法和结构了解Shell脚本的应用场景7.2 教学内容Shell脚本的基本语法和结构变量、条件语句和循环语句的使用函数和数组的概念Shell脚本的应用场景7.3 实验内容编写简单的Shell脚本练习使用变量、条件语句和循环语句了解函数和数组的使用方法7.4 课后作业简述Shell脚本的基本语法和结构解释变量、条件语句和循环语句的使用方法探讨Shell脚本的应用场景第八章：Linux系统管理8.1 课程目标学会使用Linux系统管理工具掌握系统监控和性能分析方法了解系统配置和优化技巧8.2 教学内容Linux系统管理工具的使用方法系统监控和性能分析的基本方法系统配置和优化的技巧8.3 实验内容使用top、htop等工具监控系统性能使用vmstat、iostat等工具分析系统性能练习系统配置和优化8.4 课后作业简述Linux系统管理工具的使用方法解释系统监控和性能分析的基本方法探讨系统配置和优化的技巧第九章：Linux安全与权限9.1 课程目标了解Linux操作系统的安全机制学会设置文件和目录权限掌握用户和群组管理方法9.2 教学内容Linux操作系统的安全机制文件和目录权限的设置方法用户和群组管理的基本操作9.3 实验内容设置文件和目录的权限创建和管理用户和群组配置Linux操作系统的安全策略9.4 课后作业简述Linux操作系统的安全机制解释文件和目录权限的设置方法探讨用户和群组管理的基本操作第十章：Linux常用服务与管理10.1 课程目标学会配置和管理Linux常用服务掌握Web服务器（如Apache）、文件服务器（如Samba）和邮件服务器的基本配置了解Linux操作系统的服务管理方法10.2 教学内容Linux常用服务的概述和管理方法Web服务器（如Apache）的基本配置文件服务器（如Samba）的基本配置邮件服务器的基本配置10.3 实验内容配置和测试Web服务器（如Apache）配置和测试文件服务器（如Samba）配置和测试邮件服务器10.4 课后作业简述Linux常用服务的概述和管理方法解释Web服务器（如Apache）、文件服务器（如Samba）和邮件服务器的基本配置探讨Linux操作系统的服务管理方法重点和难点解析重点环节一：Linux操作系统的起源和发展历程解析：理解Linux操作系统的起源和发展历程对于掌握其核心理念和设计哲学至关重要。
嵌入式Linux系统开发教程参考答案
参考答案第一章p20一、填空题。
1、嵌入式系统主要融合了计算机软硬件技术、通信技术和微电子技术，它是将计算机直接嵌入到应用系统中，利用计算机的高速处理能力以实现某些特定的功能。
2、目前国内对嵌入式系统普遍认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、内核可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。
3、嵌入式系统一般由嵌入式计算机和执行部件组成，其中嵌入式计算机主要由四个部分组成，它们分别是：硬件层、中间层、系统软件层以及应用软件层。
4、嵌入式处理器目前主要有ARM、MIPS、Power PC、68K等，其中arm处理器有三大特点：体积小、低功耗、的成本和高性能，16/32位双指令集，全球合作伙伴众多。
5、常见的嵌入式操作系统有：Linux、Vxworks、WinCE、Palm、uc/OS-II和eCOS。
6、嵌入式系统开发的一般流程主要包括系统需求分析、体系结构设计、软硬件及机械系统设计、系统集成、系统测试，最后得到最终产品。
二、选择题1、嵌入式系统中硬件层主要包含了嵌入式系统重要的硬件设备：、存储器（SDRAM、ROM等）、设备I/O接口等。
（A）A、嵌入式处理器B、嵌入式控制器C、单片机D、集成芯片2、20世纪90年代以后，随着系统应用对实时性要求的提高，系统软件规模不断上升，实时核逐渐发展为，并作为一种软件平台逐步成为目前国际嵌入式系统的主流。
（D）A、分时多任务操作系统B、多任务操作系统C、实时操作系统D、实时多任务操作系统3、由于其高可靠性，在美国的火星表面登陆的火星探测器上也使用的嵌入式操作系统是。
（B）A、PalmB、VxWorksC、LinuxD、WinCE4、嵌入式系统设计过程中一般需要考虑的因素不包括：（）A、性能B、功耗C、价格D、大小5、在嵌入式系统中比较流行的主流程序有：（）A、AngelB、BlobC、Red BootD、U-BootA DB ?A三、叙述题1、举例说明身边常用的嵌入式系统。
Linux三种进程类型
Linux三种进程类型
Linux操作系统包括三种不同类型的进程，每种进程都有⾃⼰的特点和属性。
1. 交互进程是由⼀个Shell启动的进程。
交互进程既可以在前台运⾏，也可以在后台运⾏。
2. 批处理进程和终端没有联系，是⼀个进程序列。
3. 监控进程（也称系统守护进程）是Linux系统启动时运⾏的进程，并常驻后台。
例如，httpd是著名的Apache服务器的监控进程。
init是Linux系统操作中不可缺少的程序之⼀。
所谓的init进程，它是⼀个由内核启动的⽤户级进程。
内核⾃⾏启动（已经被载⼊内存，开始运⾏，并已初始化所有的设备驱动程序和数据结构等）之后，就通过启动⼀个⽤户级程序init的⽅式，完成引导进程。
所以,init始终是第⼀个进程（其进程编号始终为1）。
其它所有进程都是init进程的⼦孙。
init进程是不可杀的（即不能通过kill 命令杀掉进程）！。
6.1 嵌入式linux操作系统的组成与版本
台使它仍然能按其自身的方式运行的能力。
9
嵌入式Linux优势
Linux的费用低； Linux的所有部分可以充分地定制 ； Linux可以运行在低档，便宜的硬件平台； Linux的功能是强大的； Linux对源代码质量有一个高标准； Linux内核非常小，而且紧凑； Linux有很好的支持； Linux有很多合适的工具；
进程控制快 ；
独立的存储空间 ；
pid_t fork(void)函数：生成进程。
void main() { for(;;) fork(); }
Exit()：退出进程。
21
进程与线程
进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集 合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和 调度的一个独立单位. 线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本 单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位. 线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运 行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器 和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共 享进程所拥有的全部资源. 一个线程可以创建和 撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可 以并发执行 需要注意的是：在应用程序中使用多线程不会增 加 CPU 的数据处理能力。
只要安装它们的驱动程序，任何用户都可以象使用文 件一样，操纵、使用这些设备，而不必知道它们的具 体存在形式。
丰富的网络功能
完善的内置网络是Linux的一大特点。
可靠的系统安全
Linux采取了许多安全技术措施，包括对读、写进行
权限控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等。
良好的可移植性
如何选择Linux的版本
进程与任务或作业管理
6.3.1 可执行文件的setuid和setgid属性
设置后的权限为drwxr-xr-t或1755
6.3.2 进程管理与调度命令
1. 查询进程状态(ps)
功能：
查询进程状态和信息，给出系统当前正在运 行进程信息的快照。
用法：
ps [ options ]
说明：
ps支持多种UNIX系统格式的个性化显示方式。 且参数较多； 可以配合kill命令结束系统三类进程
前台进程：
是指用户直接控制的用于完成某个任务的进程，因此也叫终 端交互式进程。它从标准输入读数据，向标准输出写数据， 将错误信息输出到标准错误。也可以是用户直接交互控制的 完成某种功能的程序。
后台进程
是指在系统后台运行的、不与用户交互进程。 前台的进程也可放在后台运行，这时可能要用到输入输出的 重定向。 守候进程也叫服务器或精灵进程，它是后台进程的一种。
6.1.1程序、进程、作业和任务
程序（program）是一个存储在存储介质上的 文件。 进程（proccess）是一个程序的执行过程。 作业(job)或任务(task)是用户需要计算机完成 某项任务时要求计算机所做工作的集合，一个 作业可能需要几个程序联合完成。 作业和进程主要的区别与关系如下：
作业是用户向计算机提交的任务实体； 一个进程是作业或任务的某个执行过程； 一个作业可由多个进程组成。
sticky权限管理
sticky位是对目录执行权来说的，它的 属性值为1000。sticky位也可用chmod命 令通过root用户来设置。 设有目录mydir的权限为drwxr-xrx(755)，则可通过以下两种方法来设置 它的sticky位：
第6章 linux进程控制开发及多线程编程
进程的状态
进程是程序的执行过程，根据它的生命周期可以划分成3种 状态。 执行态：该进程正在运行，即进程正在占用CPU。 就绪态：进程已经具备执行的一切条件，正在等待分配 CPU的处理时间片。 等待态：进程不能使用CPU，若等待事件发生（等待的 资源分配到）则可将其唤醒。
Linux下进程地址空间（1）
互斥锁线程控制 （1）
在同一时刻只能有一个线程掌握某个互斥锁，拥有上锁状态 的线程能够对共享资源进行操作。若其他线程希望上锁一个 已经被上锁的互斥锁，则该线程就会挂起，直到上锁的线程 释放掉互斥锁为止。
互斥锁机制主要包括下面的基本函数。 互斥锁初始化： pthread_mutex_init() 互斥锁上锁： pthread_mutex_lock() 互斥锁判断上锁：pthread_mutex_trylock() 互斥锁解锁： pthread_mutex_unlock() 消除互斥锁： pthread_mutex_destroy()
示例
阅读并执行示例7-2-4 开始
教材P216-P217
fork()
程序功能： （1）使用fork创建一个子进程， 然后让其子进程暂停5s（sleep函 数）。 （2）父进程使用waitpid，参数 WNOHANG使进程不会阻塞； （3）若子进程退出，则waitpid返 回子进程号，若没有则waitpid返 回0，并且父进程每隔一秒循环判 断。
因此，可以通过返回值来判定该进程是父进程还是子进程。
fork示例
1.Fork返回两个值返回到哪里？？
int main(void)
{
pid_t result;
2.怎样区分是父、子进程？？
result = fork();
linux内核分析课后答案
linux内核分析课后答案Linux是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
支持模块的动态装卸(裁剪)。
Linux内核就是基于这个策略实现的。
Linux进程1.采用层次结构，每个进程都依赖于一个父进程。
内核启动init程序作为第一个进程。
该进程负责进一步的系统初始化操作。
init进程是进程树的根，所有的进程都直接或者间接起源于该进程。
从技术层面讲，内核是硬件与软件之间的一个中间层。
作用是将应用层序的请求传递给硬件，并充当底层驱动程序，对系统中的各种设备和组件进行寻址。
从应用程序的层面讲，应用程序与硬件没有联系，只与内核有联系，内核是应用程序知道的层次中的最底层。
在实际工作中内核抽象了相关细节。
内核是一个资源管理程序。
负责将可用的共享资源(CPU时间、磁盘空间、网络连接等)分配得到各个系统进程。
内核就像一个库，提供了一组面向系统的命令。
系统调用对于应用程序来说，就像调用普通函数一样。
Linux 内核可以进一步划分成 3 层。
最上面是系统调用接口，它实现了一些基本的功能，例如 read 和 write。
系统调用接口之下是内核代码，可以更精确地定义为独立于体系结构的内核代码。
这些代码是 Linux 所支持的所有处理器体系结构所通用的。
在这些代码之下是依赖于体系结构的代码，构成了通常称为 BSP（Board SupportPackage）的部分。
这些代码用作给定体系结构的处理器和特定于平台的代码。
Linux 内核实现了很多重要的体系结构属性。
在或高或低的层次上，内核被划分为多个子系统。
Linux 也可以看作是一个整体，因为它会将所有这些基本服务都集成到内核中。
这与微内核的体系结构不同，后者会提供一些基本的服务，例如通信、I/O、内存和进程管理，更具体的服务都是插入到微内核层中的。
每种内核都有自己的优点，不过这里并不对此进行讨论。
随着时间的流逝，Linux 内核在内存和 CPU 使用方面具有较高的效率，并且非常稳定。
什么是进程
第6章什么是进程进程是Linux系统中一个重要的概念，Linux系统中一个重要特点就是可以同时启动多个进程。
在这一章中，我们主要介绍一些有关进程的基础知识, 包括进程的概念、进程的创建方法以及进程管理有关的基本命令等。
6.1 进程的概念一个进程是一个程序的一次执行的过程。
它和程序不同，程序是静态的，它是一些保存在磁盘上的可执行的代码和数据集合；而进程是一个动态的概念，它是Linux系统的基本的调度单位。
一个进程由如下元素组成：1、程序的读取上下文，它表示程序读取执行的状态。
2、程序当前执行目录。
3、程序服务的文件和目录。
4、程序的访问权限。
5、内存和其他分配给进程的系统资源。
Linux进程中最知名的属性就是它的进程号(Process Idenity Number，PID)和它的父进程号(parent process ID，PPID)。
PID、PPID 都是非零正整数。
一个PID唯一地标识一个进程。
一个进程创建新进程称为创建了子进程(child process)。
相反地，创建子进程的进程称为父进程。
所有进程追溯其祖先最终都会落到进程号为1的进程身上，这个进程叫做init进程。
Init进程是内核自举后第一个启动的进程。
init 进程的作用是扮演终结父进程的角色。
因为init进程永远不会被终止，所以系统总是可以确信它的存在，并在必要的时候以它为参照。
如果某个进程在它衍生出来的全部子进程结束之前被终止，就会出现必须以init为参照的情况。
此时那些失去了父进程的子进程就都会以init作为它们的父进程。
操作系统内核使用进程来控制对CPU和其他系统资源的访问，并且使用进程来决定在CPU上运行哪个程序、运行多久以及采用什么特性运行它。
内核的调度器负责在所有的进程间分配CPU执行时间，称为时间片(time slice)，它轮流在每个进程分得的时间片用完后从进程那里得到控制权。
如果处理器比较快的话，我们会觉得时间片非常小，仿佛是几个进程在同时运行。
linux--第六章Linux内核--文件管理
■ 1993 年 ，增加了扩展文件系统第二版 ，或 EXT2
虚拟文件系统VFS
虚拟文件系统
■ 现在的系统大多都在系统内核和文件系统之间提供一 个标准的接口 ， 真实的文件系统通过一个接口层从操 作系统和系统服务中分离出来 ，这样不同文件结构之 间的数据可以十分方便地交换。
■ 每一个安装的文件系统都用 VFS 超级块 ■ 参见 include/linux/fs.h
VFS 超级块包含的信息
■ Device 这是包含文件系统的块设备的设备标 识符 。例如,/dev/hda1,设备标识符是 0x301
■ Inode pointers 其中的mounted inode指针指 向该文件系统的第一个inode。Covered inode 指针指向文件系统安装到的目录的 inode 。
第二代扩展文件系统(EXT2)
■ ext2fs由Rey Card设计 ，其目标是为 Linux提供一个强大的可扩展文件系统
■ 支持标准unix 文件类型 ■ 管理大的分区 ，达4TB ■ 支持长文件名 ，255字符 ■ 为超级用户保留5%数据块
EXT2文件系统的物理结构
■ 数据被保存在数据块中 ，每一个文件的长 度都按照块取整 。
■ 参见 include/linux/fs.h
The VFS Inode 包含的信息
■ device 存放这个文件的设备的设备标识符。
■ Inode nunber 这个 inode 的编号。
■ Mode 象 EXT2 一样，这个域描述这个 VFS inode 代表的东西和对它的访问权限。
linux内核完全注释(课件)第六章
0x303
0x304 0x305 3
3
4 5
第一块硬盘的第三个分区
第一块硬盘的第四个分区 第二块硬盘
0x306
0x307 0x308 0x309
6
7 8 9
第二块硬盘的第一个分区
第二块硬盘的第二个分区 第二块硬盘的第三个分区 第二块硬盘的第四个分区
硬盘分区表
引导标志 开始磁头号 引导程序 主 引 导 记 录 开始扇区号 开始柱面号 分区类型 结束磁头号 结束扇区号 结束柱面号 起始物理扇区号 参见P149表6-8 分区扇区数量
文件管理模块 (缓冲区) ll_rw_block
初始化模块 blk_dev_init hd_init floppy_init setup
设备管理模块 hd_interrupt floppy_interrupt 中断管理模块
初始化
void blk_dev_init(void) //定义在ll_rw_blk.c（P153第157行） 作用：完成请求项数组的初始化 void hd_init(void) //定义在hd.c（P146第343行） void floppy_init(void) //定义在floppy.c（P168第457行） long rd_init(long mem_start, int length) //定义在ramdisk.c（P155第52行）
0x1BE
分 区 表
第1分区表项 第2分区表项 第3分区表项 第4分区表项 0x55AA
分区数据结构
struct partition { unsigned char boot_ind; unsigned char head; unsigned char sector; unsigned char cyl; unsigned char sys_ind; unsigned char end_head; unsigned char end_sector; unsigned char end_cyl; unsigned int start_sect; unsigned int nr_sects; };
常见系统进程
常见系统进程1. 背景系统进程是操作系统中的一种特殊进程，它们在后台运行并执行一些系统级的任务。
这些任务包括对硬件资源的管理、为其他应用程序提供服务和维护系统的稳定性和安全性。
本文将介绍一些常见的系统进程及其功能。
2. 进程12.1 功能进程1（通常命名为init或systemd）是在Linux系统上第一个运行的进程，其在启动过程中被内核自动创建。
它是系统的初始化进程，负责启动和停止其他进程，并监控系统资源的分配和使用情况。
进程1是所有其他进程的父进程。
2.2 作用•初始化系统：进程1会加载系统配置文件、初始化设备并启动其他关键进程。
•处理系统信号：进程1会接收并处理系统产生的信号，比如系统关机信号。
•管理进程：进程1负责在其他进程意外终止时重新启动它们。
•维护系统状态：进程1会定期检查系统状态，确保正常运行。
3. 进程23.1 功能进程2（常见命名为kthreadd或systemd）是在Linux系统上的第二个进程，其在系统启动过程中由进程1创建。
它是内核线程管理器，负责创建和管理其他内核线程。
3.2 作用•创建内核线程：进程2负责创建其他内核线程，并为它们分配系统资源。
•监控内核线程状态：进程2会定期检查内核线程的运行状态，发现异常情况时进行处理。
•处理内核线程相关事件：进程2会处理与内核线程相关的事件，如线程终止、资源分配等。
4. 进程34.1 功能进程3（常见命名为kworker）是在Linux系统上的第三个进程，其由内核自动创建。
它是内核工作线程，用于执行一些与硬件设备相关的任务。
4.2 作用•硬件设备管理：进程3负责与硬件设备进行通信，包括设备初始化、数据读写、中断处理等。
•资源分配和释放：进程3会根据需要分配和释放硬件资源，确保资源的有效使用。
•响应硬件事件：进程3会监听硬件事件，如设备故障、设备就绪等，并及时处理。
5. 进程45.1 功能进程4（通常命名为cron）是在Linux系统上的一个重要进程，用于执行系统计划任务。
嵌入式linux课程大纲
嵌入式linux课程大纲第一章：引言嵌入式系统概述嵌入式Linux的优势和特点学习目标和课程安排第二章：Linux基础知识2.1 Linux操作系统简介- Linux的起源和发展- Linux的基本组成和特点- 嵌入式Linux的应用领域2.2 Linux内核与设备驱动- Linux内核的基本结构和模块- 设备驱动的基本概念和分类- 设备驱动的开发与调试2.3 Linux系统编程- Linux系统调用和API- 进程管理和线程库- 文件操作和IO控制第三章：嵌入式系统硬件基础3.1 嵌入式系统硬件结构- CPU和内存- 总线和外设- 接口和通信3.2 嵌入式系统开发板介绍- 嵌入式开发板的分类和选择- 开发板的基本组成和功能- 开发板与嵌入式Linux的配合使用3.3 嵌入式系统调试技术- 调试工具和方法- 嵌入式系统的调试流程- 常见问题和解决方法第四章：嵌入式Linux系统构建4.1 嵌入式Linux系统概述- 嵌入式Linux系统的构成和特点- 嵌入式Linux系统的架构和分层4.2 嵌入式Linux系统的交叉编译- 交叉编译环境的搭建- 编译器和工具链的选择- 交叉编译的基本过程和注意事项4.3 嵌入式Linux的文件系统- 文件系统的基本概念和分类- 常用嵌入式Linux文件系统的介绍 - 文件系统的制作和定制第五章：嵌入式应用开发5.1 嵌入式应用程序设计- 嵌入式应用程序的特点和需求- 嵌入式应用程序的开发流程- 常用的开发工具和集成环境5.2 嵌入式网络应用开发- 嵌入式网络编程模型- 嵌入式网络应用的开发步骤- 嵌入式网络应用实例分析5.3 嵌入式图形界面开发- 嵌入式图形界面的概述- 嵌入式图形界面的开发工具和库- 基于Qt的嵌入式图形界面开发第六章：嵌入式Linux系统优化与安全6.1 嵌入式系统性能优化- 嵌入式系统性能优化的重要性- 嵌入式系统性能优化的方法和工具 - 常见性能问题的分析和解决6.2 嵌入式系统安全设计- 嵌入式系统安全性的重要性- 嵌入式系统的安全设计原则- 嵌入式系统的安全加固措施第七章：实践项目7.1 项目需求分析- 了解项目背景和需求- 提取关键功能和要求7.2 系统设计与实施- 系统架构设计- 软硬件选择和配置- 功能模块设计和编码7.3 系统测试与优化- 系统功能测试- 性能测试和优化- 安全测试和漏洞修复第八章：总结与展望课程学习总结嵌入式Linux行业发展前景进一步学习和研究的建议本大纲旨在全面介绍嵌入式Linux的基础知识和开发技术，帮助学习者快速入门并掌握嵌入式Linux系统的开发和应用。
linux内核调用手册
linux内核调用手册Linux内核调用手册是一份帮助开发人员理解和使用Linux内核API的重要参考资料。
作为一个开源操作系统，Linux内核提供了丰富的系统调用接口，使得开发人员可以通过这些接口与操作系统进行交互。
本文将介绍Linux内核调用手册的基本结构和内容，并探讨如何使用这些调用接口来开发和优化Linux应用程序。
Linux内核调用手册通常分为几个章节，包括进程管理、内存管理、文件系统、网络处理、设备驱动等。
每个章节都详细介绍了与该领域相关的系统调用接口和相关函数的使用方法、参数说明以及返回值的含义。
以进程管理为例，可以找到与创建、销毁进程相关的系统调用，如fork、execve、exit等。
对于每个系统调用，手册通常提供了以下信息：系统调用名称、函数原型、参数列表、返回值以及错误处理。
例如，对于fork系统调用，手册会提供fork函数的原型`pid_t fork(void)`，参数列表为空，返回值为子进程的进程ID，如果出现错误则返回-1。
此外，手册还包含了一些关于系统调用的通用信息，如系统调用的分类、调用号、函数库调用与系统调用的区别等。
这些信息有助于开发人员理解和使用系统调用接口，提高代码的可读性和可维护性。
在使用系统调用时，开发人员需要注意一些常见的错误和异常情况，手册也会提供一些示例代码和错误处理的建议。
作为开发人员，我们可以通过使用Linux内核调用手册来更好地理解和应用操作系统的底层机制。
通过使用系统调用接口，我们可以实现各种功能，如创建多线程程序、管理进程资源、进行网络通信等。
在设计和优化Linux应用程序时，我们可以通过调用合适的系统调用来实现高性能和高可靠性。
此外，由于Linux内核是开源的，开发人员可以根据需要修改和优化内核源代码。
内核源代码通常包含了实现系统调用接口的相关代码，我们可以通过研究和修改内核源代码来深入理解系统调用的实现原理，并实现更为高效的系统调用接口。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
6.1.2 共享资源
进程可以请求、使用并且释放资源。当一 个进程请求资源时，它通常需要对该资源 的独占使用。对一个资源的独占作用意味 着当一个资源被分配给一个进程时，没有 其他进程能够访问这个资源。 资源管理有两个关键的方面：对获得资源 的竞争和对独占使用的确保。
资源管理程序示意图
进程P 请求K个单元
6.2.3 串行执行
通常内核函数执行时处于临界区。也就是 说，一旦进程调用一个系统函数，该函数 通常要运行到结束并在CPU分配给不同的 进程之前返回。这种类型的内核是单线程 （single-threaded）的。 IRQ可以中断系统调用的执行来运行ISR。
6.2.4 守护进程
习惯上，守护进程执行名字以字符“d”结尾 的程序。 典型守护进程 syslogd、klogd、crond
第六章 Linux内核
6.1 通用内核职责
总体来说，内核负责抽象与管理一台机器 的硬件资源以及这些资源在执行程序之间 的共享。内核必须支持进程、文件和其他 资源，以使它们能够通过传统UNIX系统调 用来进行管理。
6.1.1 资源抽象
资源抽象：是指创造软件（通常情况）来简化必 须应用于硬件的操作以使该硬件能恰当地工作。 例如，一个设备驱动程序就是一个软件资源抽象。 计算机部件被抽象为进程和资源。 进程管理：操作系统中的所有执行进程抽象的所 有方面称为进程管理。 资源管理：是创建资源抽象以及在进程执行时为 它们分配和回收系统资源的过程。 UNIX试图将除CPU和可执行内存之外的每一种资 源都视为一个文件。
内核作为ADT
用户空间程序调用系统
公共POSIX..1系统调用接口
内 核
私有实现 图6-4 内核作为ADTLeabharlann 管态与用户态之间的切换
陷阱指令(trap instruction)是一条用于将CPU 转移到一个预定地址（有时作为一个指令 操作数的函数）并将其自身切换为管态的 指令。 陷阱指令并不是一条特权指令，因此任何 程序都可以执行一条陷阱指令。 转移指令的目的地址是由一组地址预先决 定的，它们存放在配置为指向内核代码的 管理空间中。
Linux进程状态变迁图
停止态
被 唤 醒 进程跟踪停止命令
僵死态
进程终止
未申请到所需资源
正在运行态
进 程 调 度 时 间 片 到
未申请到所需资源
不可中断等待态
所需资源被满足
可中断等待态
所需资源被满足
就绪态
进程的结构
Linux下一个进程在内存里有三部分的数据，就 是“代码段”、“堆栈段”和“数据段”。 “代码段”，就是存放了程序代码的数据，假如 机器中有数个进程运行相同的一个程序，那么它 们就可以使用相同的代码段。 “堆栈段”存放的就是子程序的返回地址、子程 序的参数以及程序的局部变量。 数据段存放程序的全局变量，常数以及动态数据 分配的数据空间（比如用malloc之类的函数取得 的空间）。 系统如果同时运行数个相同的程序，它们之间就 不能使用同一个堆栈段和数据段。
6.3 进程与资源管理
进程抽象
地址空间 应 用 程 序 进 程 管 理 程 序 硬 件 CPU … 地址空间 虚拟CPU 虚拟CPU
定时器、 中断、…
保护 机制
IPC
调度 程序
内核数据 结构
主存 图6-9 进程抽象
CPU
不同抽象级别的概要
硬件层。硬件从PC指定的内存地址中取出一条指 令并执行它，然后再取下一条指令执行。只有硬 件进程执行存储指令的概念。 进程管理程序层。进程管理程序创建一组理想化 的虚拟机器（virtual machine）。进程管理程序通 过使用定时器、中断、各种保护机制、进程间通 信（IPC）、同步机制、调度计划以及一组数据结 构来使用硬件层创建Linux进程。应用程序与进程 管理程序（通过使用系统调用接口）进行交互。 应用程序层。应用程序层使用传统的Linux进程。
内核源程序目录结构(续)
Kernel：Linux中最重要的部分，实现平台独立的 基本功能。这部分内容包括进程调度 （kernel/sched.c）以及创建和撤销进程的代码 （kernel/fork.c和kernel/exit.c） Lib：目录包含两部分的内容。lib/inflate.c中的 函数能够在系统启动时展开经过压缩的内核（请参看 第4章）。lib目录下剩余的其它文件实现一个标准C 库的有用子集 mm：该目录包含了体系结构无关的内存管理代码 net：这个目录包含了Linux应用的网络协议代码 scripts：该目录包含了用来配置内核的脚本
管态与用户态
管态(supervisor mode) ：内核执行时CPU处于管态， 也称为内核态(kernel mode) 用户态(user mode) ：所有其他操作系统部件执行 时CPU处于用户态 通过CPU模式位区别 当CPU处于管态时，被认为正在执行信任软件， 硬件将会执行在其指令表中的任何指令并且可以 访问任何内存地址。 当CPU处于用户态时 ，它被认为在执行非信任软 件，硬件将无法执行特权指令(privileged instruction)(例如I/O指令)，并且只能访问对当前使 用CPU的进程所分配的内存。
}
进程状态 调度信息 标识符：pid、uid、gid 内部进程通信 链接信息 时间和计时器 文件系统 虚拟内存 处理器信息
进程ID（PIDs）
每个Unix进程的唯一标志符，范围在0到32,767之 间的整数。PID 0和PID 1对于系统有特定的意义； 其它的进程标识符都被认为是普通进程。 在Linux中，PID不一定非要唯一——虽然通常都 是唯一的，但是两个任务也可以共享一个PID。这 是Linux对线程支持的一个副作用，这些线程从概 念上讲应该共享一个PID，因为它们是同一个进程 的一部分。在Linux中，你可以创建两个任务，并 且共享且仅共享它们的PID——从实际使用角度讲 它们不会是线程，但是它们可以使用同一个PID。
state 进程的当前状态
TASK_RUNNING TASK_INTERRUPTIBLE TASK_UNINTERRUPTIBLE TASK_ZOMBIE TASK_STOPPED TASK_SWAPPING
flags 进程标志
PF_ALIGNWARN PF_STARTING PF_EXITING PF_FORKNOEXEC PF_SUPERPRIV PF_DUMPCORE PF_SIGNALED PF_MEMALLOC PF_VFORK 出前正在唤醒父进程 PF_USEDFPU
陷阱指令操作
1 陷阱 2 3 -----------------------------------------------------用户态 管态 图6-5 陷阱指令操作 信任代 码 模式 S 转移表
完成一个系统调用所需执行操作
1. 对于系统调用F，stub（代码存根）过程用于调 用F（该stub也称为F）。 2. stub被链接到（用户空间）正调用的程序。 3. 当一个进程在运行期执行对F的调用，控制被转 换到stub过程而不是直接转换到内核。 4. stub过程确认传递到内核过程的参数值。另外， 在原则上它可以验证调用stub过程的进程。 5. stub过程执行一条陷阱指令转换CPU到管态，然 后它（通过一张包含内核函数入口点的内核表间 接）转移到目的内核函数的入口点。
6.2.2 使用内核服务
用户程序将内核看作一个大的抽象数据类型 （ADT）（类似于一个对象），它保持状态并在 其公共接口——系统调用接口上具有大量函数。 内核软件不具有任何内部执行线程或进程，它只 是一组保持状态的函数和数据结构的集合。任何 使用内核服务的进程——这种进程是一个活动实 体——通过（在逻辑上）使用一个对POSIX的过 程调用来产生内核请求。 即一个在内核之外执行 的进程当它产生系统调用时开始执行内核代码。
6.1.3 操作系统的功能划分
进程与资源管理 存储管理 设备管理 文件管理
6.2 内核的组织结构
单内核结构 一个模块是一个独立的软件单元
设备驱动程序 设备驱动 程序接口 Linux内核 模块 模块 接口
图6-2 内核、设备驱动程序和模块
6.2.1 中断
中断是一个产生自外部部件（例如，设备） 并由CPU硬件捕获的电子信号，它使CPU开 始执行一个程序序列，而该程序序列与中 断发生时CPU正在执行的程序无关。
1、Linux进程
Linux 进程状态
Linux进程有以下状态： Running 进程处于运行（它是系统的当前进程）或者准备运 行状态（它在等待系统将CPU分配给它）。 Waiting 进程在等待一个事件或者资源。Linux将等待进程 分成两类；可中断与不可中断。可中断等待进程可以被信 号中断；不可中断等待进程直接在硬件条件等待，并且任 何情况下都不可中断。 Stopped 进程被停止，通常是通过接收一个信号。正在被调 试的进程可能处于停止状态。 Zombie 这是由于某些原因被终止的进程，但是在task数据 中仍然保留 task_struct结构。它象一个已经死亡的进 程。
已分配 获得K个单元 资源管理程序 可用 释放K个单元
分配K个单元 图6-1 资源管理程序示意图
资源X
资源的独占使用
进程对CPU的独占使用--通过确保其他进程 无法打断一个进程的执行(除非那些其他进 程比当前运行的进程更重要) 内存的独占使用--是通过硬件内存保护机制 来保证的。这些机制禁止CPU访问那些没有 分配给当前使用CPU的进程的内存。 设备的独占使用是通过以下方式来完成的： 禁止CPU对一个设备执行I/O指令，除非是 为已分配该设备的进程而执行。