Linux操作系统期末复习资料

电信2012 级《Linux 操作系统》期末复习提纲

第1 章概述

操作系统的概念与功能

操作系統的概念：

1.操作系统是计算机系统的一种基本软件，它直接管理和控制计算机的硬件和软件资源，合理地调度资源，使之得到充分的利用；并为用户使用这些资源提供一个方便的操作环境和良好的用户界面。

2.从资源角度看，操作系统是管理和控制计算机资源的软件。

3.从用户角度看，操作系统是用户与计算机的接口。

操作系統的功能：

1.处理器管理：在多道程序间分配和调度CPU，协调各程序的运行。

2.存储器管理：对内存储器进行分配、保护和扩充。

3.设备管理：对设备进行有效地管理和分配，并控制设备完成I/O 操作。

4.文件管理：管理文件的存储和检索操作，并对文件实施共享、保密和保护措施。

5.用户接口：提供使用界面，方便用户使用系统功能。

Linux 系统的特点

1.继承UNIX优秀品质，具有出色的性能和稳定性；

2.遵照GPL许可，自由软件；

3.符合POSIX标准，兼容性好；

4.适用于各种硬件平台，可移植性好；

5.网络功能强大；

6.安全性好。

第2 章Linux 操作基础

命令的格式；

命令名[选项1] [ 选项2] ... [ 参数1] [ 参数2] ... 简单命令的功能与用法：echo、who、date、cal 文件系统概念：

文件命名与通配符

1．文件的命名：Linux 文件名的最大长度是255个字符，通常由字母、数字、‘. '、‘_'和‘-'组成。以‘ . '开头的文件是隐含文件。2．文件名中不能含有‘ / 字'符和空字符‘ 0'，因为它们对Linux 内核具有特殊含义。如‘ / '表示根目录或路径分隔符。3．文件名中不应含有以下字符，因为它们对Shell具有特殊含义：; | < > ` " $ ! % & * ? \ （） [ ]

文件类型及表示法

1．普通文件（-）：包括文本文件、数据文件、可执行的二进制程序

等。2．目录文件（d）：一种特殊的文件，用于构成文件系统的分层树型结构。

每个目录文件中至少包括两个文件，“．．”表示上一级目录，“．”表

示该目录本身。

3．设备文件：一种特殊文件，Linux 系统利用它们来标识各个设备驱动器，核心使用它们与硬件设备通信。有两类特别的设备文件：字符设

备（c）

和块设备（b）。

文件（包括目录）权限的含义及表示法（字符和数字表示法）

1.读权限（r）：对普通文件，可读取其内容；对目录，可列出其中的文

件列表。

2.写权限（w）：对普通文件，可修改其内容；对目录，可在其中建立、

删除文件，或修改文件名。

3.执行权限（x）：对普通文件，可执行其内容；对目录，可进入该目录。

4.无权限（-）：不能对其作相应的操作。

目录结构与路径、当前目录及用户主目录，表示方法

目录结构：Linux 的文件系统采用树形目录结构。根目录为/。路径：文件在目录树中所处的位置。绝对路径：从根目录沿目录树到文件所在目录的路径名。以‘/'开头。

相对路径：从当前目录沿目录树到文件所在目录的路径名。以./开头，可以

省略。

当前目录：用户在Linux 系统中始终“处在”某个目录之中，此目录称作当前工作目录或当前目录。

用户主目录：用户刚登录到系统中时所处的目录称为其主目录（home directory），用户的默认主目录是/home/用户登录名。

文件系统相关命令的功能与用法：

目录操作命令：mkdir 、rmdir、pwd、cd、ls

文件操作命令：cat、more、less【文件显示】、cp、rm、mv【文件复制、删除和移动】、wc、sort【文件内容的统计与排序】、chmod

【改变文件的存取权限】、touch【改变文件的时间标签】、umask

【设置文件掩码】、find 、grep【文件查找、搜索】命令的输入输出重定向与管道：原理、格式、用法。

第5 章进程管理

进程管理的功能进程管理的功能是跟踪和控制所有进程的活动，为它们分配和调度CPU，协调进程的运行步调。

进程的概念，特性，与程序的区别概念：进程（process）是一个可并发执行的程序在某数据集上的一次运行。特性：1．动态性：进程由“创建”而产生，由“撤消”而消亡，因“调度”而运行，因“等待”而停顿。

2．并发性：同一时间段内有多个进程在系统中活动。它们宏观上是在并发运行。3．独立性：进程是可以独立运行的基本单位；是资源分配调度的基本单位。4．异步性：每个进程按照各自独立的、不可预知的速度向前推进。

进程的状态及其转换；Linux 进程的状态及其转换进程的基本状态：运行状态—进程正占用CPU；就绪状态—除CPU 外，其它资源都已满足；等待状态—进程因某种资源不能满足，或希望的某事件尚未发生而暂停运行。状态间的转换：P90

Linux 进程的状态：

1．运行态（running）：运行态实际包含了上述基本状态中的执行和就绪两种状态，处于运行态的进程或正在运行或准备运行。

2．睡眠态（sleeping）：也称等待态。进程在等待某个事件或某个资源。睡眠态又分为可中断的和不可中断的两种。可中断睡眠态的进程可以被信号唤醒而进入就绪状态，不可中断睡眠态的进程不能被信号唤醒，必须等到所等待的硬件资源可用后被唤醒。

3．僵死态（zombie）：由于某些原因（如执行了exit）进程被终止，这时进程已释放了除PCB 外的所有资源。这种占有PCB 但已经无法运行的进程就处于僵死状态。

4．暂停态（stopped）：处于暂停状态的进程一般都是由运行状态转换而来，等待某种特殊处理。比如处于调试跟踪的程序，每执行到一个断点，就转入暂停状态，等待新的输入信号。

状态间的转换:P92

进程控制块PCB 的作用

PCB 是系统进程调度和进程控制的依据。

进程控制的功能

1．创建进程：创建进程就是建立进程PCB。操作过程：建立进程的PCB，为其分配资源，然后将PCB 链入进程链表和可执行队列中，等待运行。2．撤消进程：将进程的PCB 从进程队列及链表中摘出，释放进程所占用的资源，最后销去它的PCB。

3．阻塞进程：中断进程的执行，为其保存CPU 的现场，然后将进程的状态置为等待态，将其PCB 插入到相应的等待队列中。

4．唤醒进程：在等待队列中找到该进程，置进程的当前状态为就绪状态，然后将它从等待队列中撤出并插入到可执行队列中。

进程创建、等待、终止的实现原理与相关系统调用fork() 、wait() 、

exec()、exit()

shell 命令的执行过程P108

进程调度的功能、调度算法，Linux 进程调度策略功能：按照一定的原

则把CPU 分配给就绪进程。常用算法：先进先出法；短进程优先法；时间片轮转法；优先级调度法。Linux 进程调度策略：Linux 的进程调度是由内核函数schedule()来完成的。Linux 的调度算法简单高效，使系统具有很好的响应特性。

进程的互斥与同步，P、V 操作原理进程的同步：相关进程为协作完成同一任务而引起的直接制约关系称为同步。进程的互斥：进程间因竞争系统资源而引起的间接制约关系称为互斥。申请资源s 时，做P(s)操作：s=s-1; if (s<0) block (s); 释放资源s 时，做V(s)操作：s=s+1; if (s<=0) wakeup (s);

死锁现象及产生条件死锁：系统中若干个进程(两个以上)相互“无知地”等待对方所占有的资源而无限地处于等待状态。

产生死锁的必要条件1．资源的独占使用：由资源占有者独占，不允许其他进程同时使用。2．资源的非抢占式分配：资源一旦分配就不能被剥夺，直到占用者使用完毕释放。

3．对资源的保持和请求：进程因请求资源而被阻塞等待时，对已经分配给它的资源保持不放。

4．对资源的循环等待：每个进程已占用一些资源，而又等待别的进程释放资源。进程间的通信：信号通信原理，信号值的定义P122

进程相关的命令：ps【查看正在运行的进程的信息】、kill 【终止一个进程的运行】

第6 章存储管理存储管理的功能

1.内存的分配与回收：为进程分配、回收内存空间；

2.存储地址变换：把程序使用的逻辑地址映射成内存空间地址；

3.存储空间保护：保证内存中的进程互不干扰；

4.存储空间扩充：提供虚拟存储空间。

地址的概念（逻辑地址、物理地址）；地址变换的概念（静态、动态）；逻辑地址：经编译后的目标程序所用的地址; 物理地址：程序在内存占用的实际地址。

地址变换：当某程序装入内存运行时，根据其所获得的空间位置，将程序的逻辑地址映射成相应的物理地址。

静态地址变换：程序装入内存前一次性完成地址转换。特点：程序在内存中不可移动。

动态地址变换：在程序执行过程中，由动态地址变换机构实现地址转换。特点：程序在内存中可移动、可共享、可不连续存放。

页式存储管理方案：分页的概念；分页分配思想，地址变换过程

（P136），地址保护方式；

分页的概念：将程序的逻辑地址空间分成若干大小相等的页面，同时，把内存空间也按同样大小分为若干块，称为页帧。对于x86 体系结构，页面和页帧的大小都为4KB 。

页式分配思想：以页帧为单位分配内存，每页帧装一页；一个进程映象的各个页面可分散放在不相邻的页帧中。用页表记录页号与页帧号的映射关系。地址保护方式：程序运行时，当CPU 访问某逻辑地址时，硬件自动把页号与页表长度进行比较，如果合法，则进行地址转换，否则产生地址越界中断信号。

虚拟存储器实现原理

程序部分代码进入内存，其余驻留在外存交换空间中，在需要时调入内存。换入和换出完全由系统动态地完成，应用程序看到的是一个比实际内存大得多的“虚拟内存”。

请求页式内存管理思想，缺页处理过程请求页式管理思想：最初只将程序的若干页面调入内存，其余的页面保存在外存的交换区中。当程序运行中访问的地址所在的页面不在内存时，则产生缺页中断，系统响应此中断，将缺页从外存交换区中调入内存。

缺页处理过程（P141、P142图6-11）

Linux 多级分页机制（P145），逻辑地址表示法（P144）、地址变换方法（P144）

Linux 进程的地址空间概念进程的地址空间是指进程可以使用的全部线性地址的集合。每个Linux 进程拥有4G 地址空间，分为：1：内核空间：最高的1G ，供内核代码使用；所有进程通过执行系统调用内核代码而共享此空间。

2：用户空间：较低的3G ，供进程代码使用。是进程的私有空间。

第7 章文件系统

文件系统的功能

1.提供文件访问接口，实现文件的“按名存取” 。

2.实施对文件的操作，包括建立、读写、检索、修改、删除等操作；

3.实现外存空间的管理，包括分配、回收和重组等；

4.实现对文件的共享、保密和保护措施；文件的逻辑结构和物理结构

逻辑结构：用户（应用程序）看到的文件结构；物理结构：文件在外存中的存放形式，是文件系统看到的文件结构。

文件目录的功能（P162索引文件）

Ext 文件的物理结构，索引节点和目录项的作用

物理结构：Ext 文件的物理结构采用多重索引方式，便于文件动态增长，同时也可以有效地实现顺序和随机访问。

索引节点：i 节点包含文件说明信息和索引表两部分。文件说明信息包括文件属主、权限、类型、长度、时间戳、连接数等信息。索引表是指向物理数据块的索引指针。qi 节点毁坏则整个文件不可用。

目录项：目录项列表用来描述目录所包含的全部文件和子目录，每一个目录项对应一个文件或子目录。头两个目录项是“ .”和“ ..”。目录项的主要内容为文件的i 节点号和文件名。

Ext 文件系统的磁盘布局（P173）：超级块、组描述符的作用超级块：每个磁盘分区有一个超级块，用来记录整个文件系统的基本管理信息，如文件系统类型标识、数据块大小、总块数和i 节点数、空闲块数和i 节点数等。超级块损坏则整个文件系统不再可用。组描述符：组描述符记录每个块组的描述信息，指示块组中块位图、i 节点位图和i 节点表的位置。

VFS 的作用和实现原理

作用：（P178）虚拟文件系统VFS 是位于磁盘文件系统之上的接口层，它负责接受来自上层的文件操作请求，利用下层的实际文件系统完成对文件的读写等操作。

实现原理：虚拟文件系统只存在于内存中，在系统启动之后才建立完成，并在系统关闭时撤销。虚拟文件系统必须和实际文件系统一起才能构成一个完整的文件系统。

VFS 的超级块、dentry、inode、file 对象的作用

1.VFS 超级块（super block）：描述文件系统的基本信息，对应实际文件系统的超级块。

2.VFS 目录项（dentry）：描述文件的路经分量。

3.VFS i 节点（inode）：描述文件的信息，对应文件的磁盘i 节点。

4.VFS 文件（file）：描述一个打开的文件，包括文件的当前使用信息

VFS 与进程的接口

VFS 为进程提供了访问文件系统的接口fs_struct 和访问文件的接口

file_struct。这两个结构的指针存在进程的PCB 中。（P182-183）

第8 章设备管理

设备管理的功能，设备独立性的概念设备管理的功能：

1.设备的命名：定义设备的逻辑名和物理名，并实现它们之间的映射;

2.设备的分配与调度：为进程分配和调度设备；

3.设备的驱动：驱动设备完成I/O 操作；

4.中断处理：处理设备产生的中断。

设备独立性：设备管理应提供应用程序与设备之间的独立性。应用程序使用逻辑设备，由I/O 软件操作物理设备。设备独立性使得应用程序不必关心具体设备的细节，也不受底层设备变化的影响。

设备的分类，设备控制器的作用，设备与系统的连接方式设备的分类：（P189）按数据传输方向分；按数据传输单位分；按从属关系分；按使用方式分；设备控制器的作用：（P190）设备控制器是CPU 与物理设备之间的接口，它接受从CPU 发来的命令，自行控制I/O 设备工作。设备与系统的连接方式：设备控制器（I/O 接口）+ 设备。

中断（P194）、DMA（P198）、缓冲技术（P196）的思想、原理与作用

I/O 控制方式及其特点I/O 控制方式主要有：

1.程序I/O 方式（特点：CPU 与外设串行工作，效率低）

2.中断驱动I/O 方式（特点：实现了CPU与设备并行工作，但频繁地处理

I/O 中断要占用CPU 的大量时间）

3.DMA 方式（特点：提高CPU 与外设的并行化程度）

虚拟设备和假脱机技术原理虚拟设备：采用spooling 技术，在高速共享设备上模拟出多台低速独占设备，从而提高系统效率。

假脱机（spooling）技术：在外存开辟缓冲区，称为“ I/O 井”。用户进程需要与设备交换数据时，只对I/O 井高速读写数据，由spooling 系统控制在适当的时候将I/O 井中的数据传输给实际设备。对用户进程来说，I/O 井就是一台虚拟的高速外设。

设备驱动程序的功能

1.设备初始化与复位；

2.设备的读写；

3.设备的控制；

4.设备的检测。

Linux 设备管理的特点

Linux 设备管理的特点是良好的设备独立性。（P205）

Linux 的设备标识、设备文件的概念

Linux 系统中，每个设备对应一个设备文件，用户通过文件名访问设备。设备文件是特殊的文件，字符设备的文件类型为“ c”，块设备的文件类型为“ b”。设备文件的文件名就是设备名，设备文件的访问权限就是对该设备的访问控制。内核使用主设备号和次设备号来标识设备。主设备号对应设备的控制器，次设备号用来区分同一控制器控制下的不同设备实例。

第10 章Shell 程序设计

shell 语言的特点，shell 脚本的执行方式

Shell 语言的特点：

1.Shell 是解释性的，Shell 脚本不需编译，直接运行，因而容易编写和调试，但运行速度稍低。

2.Shell 是基于字符串处理的语言，处理的对象只是字符串，不支持复杂的数据结构和运算。

3.Shell 是命令级语言，命令组合功能强。用简单的编程就可完成复杂的处理

功能。三种执行方式：

1.将脚本文件设置为可执行文件后执行：

$ chmod a+x hello

$ ./hello

2.启动一个Shell 来执行脚本：

$ bash hello 或$ bash < hello

3.将脚本作为可执行文件执行：

$ . hello

shell 元字符的含义和作用【P251】Shell定义了一些特殊字符，称为元字符。它们对Shell 有特殊的含义。包括：文件名通配符、引号、输入输出重定向符、管道线符、注释符、后台执行符、逻辑符、命令组合符、转义符等。

shell 变量

变量的命名、赋值与引用

变量的定义与赋值，3 种方法：

1.用赋值命令，格式：变量名=字符串注意：赋值号“ =”两边不能有空

格。

2.用read 命令接收键盘输入，赋给变量。

格式：read 变量名1 [变量名2?]

3.在for 命令中定义循环控制变量。注意：变量的名字必须以字母或下划

线开头，可以包括字母、数字和下划线。引用变量的格式：$变量名或${变量名} 注意：引用未定义的变量将得到一个空字符串。若变量名后紧随有字母、数字或下划线，则应将变量名用{ } 括起。

环境变量的含义环境变量：由系统预定义的变量，用于为Shell 提供有关运行环境的信息。

参数变量的含义与使用，set、shift 命令【命令P266】$#、$*、$@、$i 称为参数变量，用于记录有关命令参数的信息。参数变量是Shell 在解析命令行时定义好的，在命令中可直接引用。

其他特殊变量的含义和应用【P267】每个命令在执行结束退出时都要返回给父进程Shell 一个退出状态值。通常的约定是，程序成功结束时返回0 状态值；程序出错时返回非0 的状态值。shell 表达式，expr、test 命令的用法，各类测试表达式的应用Shell语言支持两类表达式计算，一是用于数值计算的算术表达式，其结果是数值；另一种是用于进行条件测试或判断的逻辑表达式，其结果是真假值。

shell 控制结构，if 、case、for 、while 、break、exit 命令的语法与应用【P273-278】

1.分支结构：if 、case命令

2.循环结构：while 、until 、for 命令

3.循环控制：break、continue 命令

4.结束：exit 命令

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