Linux 学习笔记

Linux是一种免费、开放源代码的操作系统，它由林纳斯·托瓦兹（Linus Torvalds）在 1991 年开发。

Linux 基于 Unix 操作系统，但是它是一个独立的操作系统，不是 Unix 的衍生版。

Linux 基础知识

Linux 有哪些发行版

  • Ubuntu：一个基于Debian的发行版，适用于桌面和服务器。
  • Debian：一个稳定且流行的发行版，用于桌面和服务器。
  • CentOS：一个基于Red Hat Enterprise Linux的发行版，用于服务器。
  • Fedora：一个基于Red Hat的发行版，适用于桌面和服务器。
  • Arch Linux：一个面向Linux发烧友的发行版，它提供了最新的软件和功能。

Linux 常用命令

  • ls：列出当前目录下的文件和子目录。
  • cd：切换当前工作目录。
  • pwd：显示当前工作目录的路径。
  • mkdir：创建一个新目录。
  • rm：删除文件或目录。
  • cp：复制文件或目录。
  • mv：移动或重命名文件或目录。
  • cat：查看文件内容。
  • grep：在文件中搜索指定的文本。
  • tar：打包和压缩文件和目录。
  • ssh：通过SSH协议远程连接到另一台计算机。

Linux 如何管理用户权限

  • 用户和组命令：Linux提供了命令行工具，如useradd、userdel、usermod和groupadd、groupdel、groupmod等，用于管理用户和组。
  • 文件和目录权限：Linux使用文件和目录权限来控制用户对文件和目录的访问。权限包括读、写和执行权限，可以使用chmod命令来更改权限。
  • Sudo：Sudo是一种工具，允许普通用户以超级用户的权限执行命令。可以使用visudo命令来编辑sudoers文件，以控制哪些用户可以使用sudo。

Linux 系统调用

Linux系统调用是 Linux 内核提供的接口，允许用户程序与内核进行交互并访问操作系统资源，如文件、网络、进程、内存等。Linux 系统调用可以使用 C 语言的标准库函数进行调用，通常使用 syscall() 函数封装系统调用。

常用的 Linux 系统调用：

  1. open()：打开一个文件，返回一个文件描述符。
  2. close()：关闭一个文件，释放文件描述符。
  3. read()：从一个打开的文件描述符中读取数据。
  4. write()：向一个打开的文件描述符中写入数据。
  5. stat()：获取一个文件的元数据（如文件类型、大小、时间戳等）。
  6. fork()：创建一个新进程，复制当前进程的所有内容。
  7. execve()：用新程序替换当前进程的内容。
  8. wait()：等待一个子进程结束。
  9. exit()：退出当前进程。
  10. getpid()：获取当前进程的进程ID。
  11. socket()：创建一个网络套接字。
  12. connect()：连接到一个远程主机。
  13. bind()：将一个套接字绑定到一个本地地址。
  14. listen()：监听一个套接字。
  15. accept()：接受一个连接请求。
  16. send()：向一个套接字发送数据。
  17. recv()：从一个套接字接收数据。

Linux 系统调用的完整列表可以在 Linux 手册页中找到。在 Linux 系统中，手册页是文档页面，包含有关系统调用、命令、配置文件和库函数等的详细信息。可以使用 man 命令来查看手册页，例如 “man open” 将显示有关 open() 系统调用的手册页。

Linux 系统调用 demo，使用 Linux 系统调用来读取和写入文件：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
  int fd;
  ssize_t ret;
  char buf[1024];

  // 打开文件
  fd = open("test.txt", O_RDONLY);
  if (fd == -1)
  {
    perror("open");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  // 使用 read() 系统调用，读取文件内容
  ret = read(fd, buf, sizeof(buf));
  if (ret == -1)
  {
    perror("read");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  // 输出读取到的内容
  printf("Read %ld bytes from file:\n", ret);
  write(STDOUT_FILENO, buf, ret);

  // 关闭文件
  if (close(fd) == -1)
  {
    perror("close");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  // 打开文件
  fd = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT, 0644);
  if (fd == -1)
  {
    perror("open");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  // 使用 write() 系统调用，写入文件内容
  ret = write(fd, buf, ret);
  if (ret == -1)
  {
    perror("write");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  // 关闭文件
  if (close(fd) == -1)
  {
    perror("close");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }

  return 0;
}

这个程序首先打开一个名为 test.txt 的文件，使用 read() 系统调用读取文件内容，然后输出到标准输出。接下来，它打开一个名为 output.txt 的文件，并使用 write() 系统调用将读取到的内容写入文件中。最后，程序关闭两个文件并退出。

系统调用的种类如下：

  • 进程控制（创建和删除）
  • 内存管理（分配和释放）
  • 进程间通信
  • 网络管理
  • 文件系统操作
  • 文件操作（访问设备）

CPU 的模式切换

进程通常运行在 用户模式 下，当通过系统调用想内核发送请求时，CPU 会发生中断事件。也就是说，进程在进行系统调用时，CPU 会 用户模式 切换到 内核模式 ，进程在用户态和内核态之间是串行执行。

进程追踪

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strace -T hello.log ./hello # 追踪 ./hello 程序执行时的进程详情
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sar -P ALL 1 1 # 获取进程分别在用户模式和内核模式行运行的时间比例