1 课程目标
- Linux是现代化应用程序交付的首选平台，无论是部署在裸机、虚拟化还是容器化环境
- 公司内部服务（TCE、FaaS、SCM）统一使用DebianLinux系统
- 熟悉Linux基础指令，熟练运维前端常用服务 （Nginx，Node.js）
- 加深对操作系统概念和实现的理解，夯实基础知识
2 Linux系统结构
Linux四个主要部分
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内核
- Linux操作系统的核心部分，它管理计算机硬件的资源，包括CPU、内存、磁盘、网络等。
- 操作系统与硬件之间的接口，提供了一个操作系统所需的各种基本服务和功能，如进程管理、文件系统、内存管理、网络协议栈。
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shell
- Shell是用户与Linux内核之间的接口，是一个命令解释器，提供了一种命令行界面供用户进行交互。
- 在Shell中，用户可以输入命令和参数，执行脚本和程序，管理文件和目录等
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文件系统
- 文件系统是Linux操作系统中用于管理文件和目录的机制，是用户与操作系统之间进行文件交互的接口。
- Linux支持多种文件系统
- 类型：ext4、NTFS、FAT32
- 管理着磁盘上的文件和目录，并提供文件读写、权限控制等基本功能
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应用程序
- 应用程序是运行在Linux操作系统上的各种软件，如文本编辑器、浏览器、视频播放器、编译器等。
- Linux操作系统拥有众多的应用程序，涵盖了各种领域，可以满足不同用户的需求
Linux体系结构
Linux 的体系结构是一个多层次的体系结构，包括硬件层、内核层、应用程序层和用户层。
| Linux 的体系结构 | 含义 |
|---|---|
| 应用程序层 | 是构建在内核之上的各种应用程序，如图形用户界面、Web 服务器、数据库、邮件服务器等 |
| 用户层 | 是用户与系统交互的界面，包括 shell、图形用户界面、命令行工具等。用户可以通过这些界面来与系统交互、操作文件和程序 |
| 内核层 | 是 Linux 的核心，负责管理硬件和提供系统服务。它包括系统调用、设备驱动程序、网络协议栈、虚拟文件系统等 |
| 硬件层 | 包括计算机硬件设备，如 CPU、内存、磁盘、网络等 |
用户空间和内核空间
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用户空间
- 用户空间是指应用程序运行的空间，包括用户应用程序、库、各种进程、服务等。
- 用户空间的特点是受限制的权限，应用程序只能访问自己所拥有的资源，如自己的进程空间、自己的内存、自己的磁盘空间等。
- 用户空间还包括了各种 shell，用户可以通过 shell 进行命令行操作，从而控制整个系统
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内核空间
- 内核空间是指操作系统内核运行的空间，包括各种驱动程序、系统调用等。内核空间的特点是拥有系统级的权限，可以访问所有资源，包括 CPU、内存、磁盘、网络等。
- 内核空间的代码通常运行在特权级别最高的模式下，可以直接操作硬件，因此内核空间的代码很少出错，一旦出错会导致整个系统崩溃
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用户空间和内核空间之间通过系统调用进行通信。
- 应用程序可以通过系统调用请求内核提供服务，如读写文件、网络通信、进程管理等。
- 内核收到系统调用后会根据请求提供相应的服务，并返回结果给应用程序
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内核
- 内核是硬件与软件之间的中间层
- 内核是一个资源管理程序
- 内核提供一组面向系统的命令
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应用程序发起 IO 请求的过程：
- 应用程序通过系统调用向内核发起 IO 请求。
- 内核收到请求后，检查请求是否合法。如果请求不合法，则内核会向应用程序返回错误码。
- 如果请求合法，内核会将请求加入到等待队列中，并将控制权返还给应用程序。
- 当 IO 设备完成请求后，会产生一个中断信号通知内核。
- 内核在中断处理程序中检查等待队列，将完成的请求从队列中移除，并将数据从内核空间复制到应用程序空间。如果有多个请求等待处理，内核会按照一定的策略进行调度，以确保公平性和效率。
- 当请求处理完成后，内核会向应用程序发送一个信号，通知请求已经完成。
- 应用程序收到信号后，继续执行自己的逻辑，处理已经完成的 IO 请求。
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系统调用过程定义
- 系统调用（system call）是操作系统向用户程序提供服务的接口，是操作系统的核心组成部分之一。它可以被视为用户程序与操作系统之间的桥梁，用户程序通过调用系统调用来向操作系统请求服务。
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系统调用的过程
- 用户程序通过编写代码调用系统调用，指定调用的系统调用类型和参数。
- 系统调用会将控制权转移到操作系统内核，即从用户态切换到内核态。
- 在内核态中，操作系统会执行相应的系统调用，并根据调用的类型和参数进行相应的处理。
- 处理完成后，操作系统将返回结果给用户程序，即从内核态切换回用户态。
在这个过程中，由于切换操作的开销比较大，因此系统调用的执行速度相对比较慢，因此在设计程序时应尽量避免频繁的系统调用操作。
整体架构图
- 像中间层靠着门的企鹅就是在监视着某个端口（如443）
- 中间层两个肩扛管道的企鹅说明了，进程(企鹅)之间是允许进行管道通信的
- FS这个标志楼梯证明进程能够直接访问底层的
6 总结
- Linux命令是更不熟悉的点，还需要自己多多学习
- 对于Linux整体架构进行复习，印象更深刻
- 很开心自己的学习有所产出，以后复习时候也可以拿自己文章来复习
