Linux 操作系统基础知识
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(shí)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(lái)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(jì)算機(jī)配置的時(shí)候，主要看的就是這個(gè)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(pán)空間來(lái)充當(dāng)內(nèi)存使用，當(dāng)內(nèi)存占用完時(shí)，電腦就會(huì)自動(dòng)調(diào)用硬盤(pán)來(lái)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(huì)被使用，linux中，只有物理內(nèi)存使用完了，才會(huì)使用虛擬內(nèi)存
?硬盤(pán)：?大腦中的記憶區(qū)塊，將重要的數(shù)據(jù)記錄起來(lái)，以便未來(lái)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(pán)的關(guān)系
具體命令后面會(huì)介紹
3.操作系統(tǒng)監(jiān)控命令>單獨(dú)寫(xiě)一份
?
?vmstat
?sar
?iostat
?top
?free
?uptime
?netstat
?ps
?strace
?lsof
4.如何分析操作系統(tǒng)
實(shí)際流程： 讀數(shù)據(jù)》數(shù)據(jù)>硬盤(pán)》虛擬內(nèi)存（swaP）》內(nèi)存》cpu緩存》執(zhí)行隊(duì)列
分析方向，正好相反
4.各個(gè)部分常出現(xiàn)的漏洞
?CPU： 容易出現(xiàn)該類(lèi)瓶頸的郵件服務(wù)器、動(dòng)態(tài)web服務(wù)器
?內(nèi)存： 容易出現(xiàn)該類(lèi)瓶頸的打印服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、靜態(tài)web服務(wù)器
?磁盤(pán)I/O： 頻繁讀寫(xiě)操作的項(xiàng)目
?網(wǎng)絡(luò)帶寬： 頻繁大量上傳下載項(xiàng)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(shí)，磁盤(pán)劃分、 SWAP內(nèi)存的分配都直接影響系統(tǒng)性能。對(duì)于虛擬內(nèi)存SWAP的設(shè)定，現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)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(yàn)，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(kù)應(yīng)用，那么就需要對(duì)系統(tǒng)共享內(nèi)存段（ kernel.shmmax, kenerl.shmmni, kernel.shmall)、
系統(tǒng)信號(hào)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(kāi)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(jì)思想沒(méi)有太大變化，都是早期UNIX家族基于超級(jí)塊和inode的設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)而成。XFS文件系統(tǒng)是SGI開(kāi)發(fā)的一個(gè)高級(jí)日志文件系統(tǒng)，通過(guò)分布處理磁盤(pán)請(qǐng)求、定位數(shù)據(jù)、保持cache的一致性來(lái)提供對(duì)文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的低延遲、高帶寬的訪問(wèn)，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(xiě)入等優(yōu)點(diǎn)。ReiserFS在Hans Reiser領(lǐng)導(dǎo)下開(kāi)發(fā)出來(lái)的一款高性能的日志文件系統(tǒng)，通過(guò)完全平衡樹(shù)來(lái)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(diǎn)是訪問(wèn)性能和安全性大幅提升。具有高效、合理利用磁盤(pán)空間，先將的日志管理機(jī)制，特意的搜尋方式，海量磁盤(pán)存儲(chǔ)等優(yōu)點(diǎn)
?
5.重點(diǎn)知識(shí)
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？
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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(pán)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(pán)內(nèi)部存儲(chǔ)和外界接口之間的緩沖器。由于硬盤(pán)的內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸速度和外界介面?zhèn)鬏斔俣炔煌?#xff0c;緩存在其中起到一個(gè)緩沖的作用。緩存的大小與速度是直接關(guān)系到硬盤(pán)的傳輸速度的重要因素，能夠大幅度地提高硬盤(pán)整體性能。
3.Cache
CPU緩存（Cache Memory）是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲(chǔ)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(xiě)速度不匹配的矛盾，因?yàn)镃PU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫(xiě)速度快很多，這樣會(huì)使CPU花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間等待數(shù)據(jù)到來(lái)或把數(shù)據(jù)寫(xiě)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(shí)間內(nèi)CPU即將訪問(wèn)的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時(shí)，就可避開(kāi)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(shí)，如果外設(shè)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)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(hào)，與此同時(shí)關(guān)閉中斷，表示CPU不在受理另外一個(gè)設(shè)備的中斷。這時(shí)，CPU將尋找中斷請(qǐng)求源是哪一個(gè)設(shè)備，并保存CPU自己的程序計(jì)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(chǎng)信息，設(shè)備服務(wù)（如交換數(shù)據(jù)）以后，將恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)信息。在這些動(dòng)作完成以后，開(kāi)放中斷，并返回到原來(lái)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(gè)就緒任務(wù)時(shí)所發(fā)生的事件。
在操作系統(tǒng)中，CPU切換到另一個(gè)進(jìn)程需要保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)并恢復(fù)另一個(gè)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(gè)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(guò)執(zhí)行一個(gè)狀態(tài)保存來(lái)保存CPU當(dāng)前狀態(tài)，然后執(zhí)行一個(gè)狀態(tài)恢復(fù)重新開(kāi)始運(yùn)行。
上下文切換會(huì)對(duì)性能造成負(fù)面影響。然而，一些上下文切換相對(duì)其他切換而言更加昂貴；其中一個(gè)更昂貴的上下文切換是跨核上下文切換（Cross-Core Context Switch）。一個(gè)線程可以運(yùn)行在一個(gè)專用處理器上，也可以跨處理器。由單個(gè)處理器服務(wù)的線程都有處理器關(guān)聯(lián)（Processor Affinity），這樣會(huì)更加有效。在另一個(gè)處理器內(nèi)核搶占和調(diào)度線程會(huì)引起緩存丟失，作為緩存丟失和過(guò)度上下文切換的結(jié)果要訪問(wèn)本地內(nèi)存。總之，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(gè)進(jìn)程，并為它分配資源，包括各種表格、內(nèi)存空間、磁盤(pán)空間、I／O設(shè)備等。然后，把該進(jìn)程放人進(jìn)程的就緒隊(duì)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 ?
（1）一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程，而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程，但至少有一個(gè)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。 ?
（4）線程在執(zhí)行過(guò)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(shí)現(xiàn)同步。
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注意：
?1.Linux是大小寫(xiě)敏感的系統(tǒng)，舉個(gè)例子，Mozilla, MOZILLA, mOzilla和 mozilla是四個(gè)不同的命令(但是只有第四個(gè)mozilla是真正有效的命令)。還有，my_filE, my_file,和 my_FILE是三個(gè)不同的文件。用戶的登錄名和秘密也是大小寫(xiě)敏感的(這是因?yàn)閁NIX系統(tǒng)和C語(yǔ)言的傳統(tǒng)一向是大小寫(xiě)敏感所致)。?
2.文件名最多可以有256個(gè)字符，可以包含數(shù)字，點(diǎn)號(hào)”.”，下劃線”_”，橫桿”-”，加上其他一些不被建議使用的字符。?
3.文件名前面帶”.”的文件在輸入”ls”或者”dir” 命令時(shí)一般不顯示。可以把這些文件看作是隱含文件，當(dāng)然你也可以使用命令”ls –a”來(lái)顯示這些文件。?
4.“/”對(duì)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(gè)間隔符號(hào))。舉個(gè)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(shù)下(有別于DOS系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)器標(biāo)識(shí))。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(shù)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(shí)候盡量不要?jiǎng)h除舊的設(shè)置――可以把原來(lái)的設(shè)置加上”#”變成注釋行，總是在修改地方對(duì)應(yīng)地加入一些關(guān)于修改的注釋，你會(huì)發(fā)覺(jué)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(gè)人設(shè)定(和其他用戶的個(gè)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”.”開(kāi)頭，這樣用戶一般看不到這些文件。?
8.整個(gè)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(lèi)似，在Linux下，文件和目錄有自己的擁有者和訪問(wèn)權(quán)限。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)，否則你肯定會(huì)覺(jué)得Linux實(shí)在很麻煩。?
10.命令參數(shù)選項(xiàng)一般由”-”引導(dǎo)，后面跟一個(gè)字符(或者”--“,當(dāng)選項(xiàng)超過(guò)一個(gè)字符時(shí))。這樣,”-”有點(diǎn)象DOS下的”/”。舉個(gè)例子，輸入命令 rm --help。
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.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(gè)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(gè)子系統(tǒng)的主要功能是什么？
A：
(1)Linux內(nèi)核除系統(tǒng)調(diào)用外，由五個(gè)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(gè)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(duì)CPU的訪問(wèn)，當(dāng)需要選擇一個(gè)進(jìn)程開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，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(gè)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(wú)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(dòng)程序；
4)網(wǎng)絡(luò)：它提供了對(duì)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(dòng)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(duì)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(gè)內(nèi)存單元的實(shí)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(lái)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(gè)線性地址就是線性地址空間的一個(gè)絕對(duì)地址。
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Q2.在保護(hù)模式下，MMU如何把一個(gè)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(gè)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(yè)部件兩個(gè)部件，分別叫做分段機(jī)制和分頁(yè)機(jī)制，分段機(jī)制是把一個(gè)虛擬地址轉(zhuǎn)換為線性地址，分頁(yè)機(jī)制是把一個(gè)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(gè)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)。
A：
文件是一個(gè)抽象的概念，它是存放一切數(shù)據(jù)或信息的倉(cāng)庫(kù)；
1)Linux的目錄樹(shù)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(shù)型結(jié)構(gòu)，但其樹(shù)型結(jié)構(gòu)的根是磁盤(pán)分區(qū)的盤(pán)符，有幾個(gè)分區(qū)就有幾個(gè)樹(shù)型結(jié)構(gòu)，它們之間的關(guān)系式并列的；而在Linux中，無(wú)論操作系統(tǒng)管理幾個(gè)磁盤(pán)分區(qū)，這樣的目錄樹(shù)只有一個(gè)；
3)這樣做的原因是：Linux是一個(gè)多用戶系統(tǒng)，制定這樣一個(gè)固定的目錄規(guī)劃有助于對(duì)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(lèi)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。
轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/klb561/p/8830842.html
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Linux 操作系统基础知识的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
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