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linux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是怎樣的

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  學(xué)習(xí)Linux的朋友們應(yīng)該有學(xué)到操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),這是操作系統(tǒng)的一個基礎(chǔ)和框架知識,具體有哪些重要內(nèi)容呢?下面由學(xué)習(xí)啦小編為大家整理了linux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及詳細說明的相關(guān)知識,希望對大家有幫助!

  linux操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及詳細說明: linux內(nèi)核

  內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心,具有很多最基本功能,它負責(zé)管理系統(tǒng)的進程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

  Linux 內(nèi)核由如下幾部分組成:內(nèi)存管理、進程管理、設(shè)備驅(qū)動程序、文件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理等。

  系統(tǒng)調(diào)用接口:SCI 層提供了某些機制執(zhí)行從用戶空間到內(nèi)核的函數(shù)調(diào)用。這個接口依賴于體系結(jié)構(gòu),甚至在相同的處理器家族內(nèi)也是如此。SCI 實際上是一個非常有用的函數(shù)調(diào)用多路復(fù)用和多路分解服務(wù)。在 ./linux/kernel 中您可以找到 SCI 的實現(xiàn),并在 ./linux/arch 中找到依賴于體系結(jié)構(gòu)的部分。

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  1、進程與線程

  1 進程與線程的概念

  進程:是一定功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合的一次運行活動,進程是系統(tǒng)進行資源調(diào)度和分配的獨立單位。

  線程:是進程的實體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位。

  2 進程與線程的關(guān)系

  a. 一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程,一個進程中可以多個線程并發(fā)執(zhí)行;

  b. 相對進程而言,線程更加接近于執(zhí)行體的概念,多個線程可以共享同一個進程的資源,每個線程還有自己私有的桟空間并擁有獨立的執(zhí)行序列。

  c. 進程有獨立的地址空間,在保護模式下,進程崩潰時不會對其他進程有影響。線程有自己的堆桟和局部變量,但是線程之間沒有獨立的地址空間,所以一個線程的死亡就相當于進程的死亡。因此,多進程的程序比多線程的程序具有更好的健壯性,但是進程間切換耗費資源較大,大約是線程間切換的十倍,所以多線程擁有更高的效率

  線程和進程的區(qū)別聯(lián)系:

  1,進程:子進程是父進程的復(fù)制品。子進程獲得父進程數(shù)據(jù)空間、堆和棧的復(fù)制品。

  2,線程:相對與進程而言,線程是一個更加接近與執(zhí)行體的概念,它可以與同進程的其他線程共享數(shù)據(jù),但擁有自己的??臻g,擁有獨立的執(zhí)行序列。

  兩者都可以提高程序的并發(fā)度,提高程序運行效率和響應(yīng)時間。

  線程和進程在使用上各有優(yōu)缺點:線程執(zhí)行開銷小,但不利于資源管理和保護;而進程正相反。同時,線程適合于在SMP機器上運行,而進程則可以跨機器遷移。

  根本區(qū)別就一點:用多進程每個進程有自己的地址空間(address space),線程則共享地址空間。所有其它區(qū)別都是由此而來的:

  1、速度:線程產(chǎn)生的速度快,線程間的通訊快、切換快等,因為他們在同一個地址空間內(nèi)。

  2、資源利用率:線程的資源利用率比較好也是因為他們在同一個地址空間內(nèi)。

  3、同步問題:線程使用公共變量/內(nèi)存時需要使用同步機制還是因為他們在同一個地址空間內(nèi)

  2、進程間通信

  進程間通信主要有:管道、系統(tǒng)IPC(消息隊列、信號量、共享存儲)和socket。

  管道主要分為普通管道、流管道、命名管道。

  管道是一種半雙工的通信方式,數(shù)據(jù)只能單項流動,并且只能在具有親緣關(guān)系的進程間流動,進程的親緣關(guān)系通常是父子進程

  命名管道也是半雙工的通信方式,它允許無親緣關(guān)系的進程間進行通信 信號量是一個計數(shù)器,用來控制多個進程對資源的訪問,它通常作為一種鎖機制。

  消息隊列是消息的鏈表,存放在內(nèi)核中并由消息隊列標識符標識。

  信號是一種比較復(fù)雜的通信方式,用于通知接收進程某個事件已經(jīng)發(fā)生。

  共享內(nèi)存就是映射一段能被其它進程訪問的內(nèi)存,這段共享內(nèi)存由一個進程創(chuàng)建,但是多個進程可以訪問。

  3、緩沖區(qū)溢出

  概念: 緩沖區(qū)溢出是指計算機向緩沖區(qū)填寫的數(shù)據(jù)超過了緩沖區(qū)的容量,數(shù)據(jù)覆蓋在其他合法區(qū)域上。

  危害: 程序崩潰,導(dǎo)致拒絕服務(wù);跳轉(zhuǎn)并執(zhí)行一段惡意代碼

  注:緩沖區(qū)溢出的原因是程序員沒有對輸入數(shù)據(jù)進行檢查。

  4、死鎖

  1 概念:在兩個及兩個進程并發(fā)執(zhí)行的過程中,有的線程持有了一部分資源,又在等待其他進程持有的資源,資源的互相持有和等待就導(dǎo)致了進程死鎖。

  2 死鎖產(chǎn)生的四個條件(ACID):

  互斥性: 一個資源只能被一個進程持有

  請求和保持:一個進程因請求資源而阻塞導(dǎo)致原來持有的資源得不到釋放

  不可剝奪: 進程未完成功能之前,不可強制釋放當前所持有的資源

  環(huán)路等待: 若干進程之間形成環(huán)路等待資源的情形

  3 解決死鎖的方法:

  解決死鎖的基本思路就是破壞死鎖產(chǎn)生的四個必要條件

  解決死鎖的基本方法如下:

  預(yù)防死鎖、避免死鎖、檢測死鎖、解除死鎖

  解決四多的常用策略如下:

  鴕鳥策略、預(yù)防策略、避免策略、檢測與解除死鎖

  5、進程調(diào)度的策略

  FCFS(先來先服務(wù))、優(yōu)先級、時間片輪轉(zhuǎn)、多級反饋

  6、進程同步的方式

  原子操作、信號量、自旋鎖管程、會合、分布式系統(tǒng)

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