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Unix

2018/11/05

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UNIX基本概念

进程

  • 从用户观点来看：进程是程序的一个执行实例。
  • 从UNIX系统内部来看，是为运行程序提供执行环境的实体，是系统进行资源分配和调度运行的一个单位。

进程有三个特点：

1）进程有一个控制点和自己的独立地址空间。进程的控制点通过程序计数器跟踪着程序的指令序列。进程的地址空间由进程可以引用或访问的存储单元组成。进程在其他地址空间内执行程序的指令序列。

2）进程具有生存期。进程从创建到消亡的过程称为进程的生存期。一个进程的生存期可以分为一组状态，这些状态刻画了进程从创建、活动到消亡的过程。从用户的观点祖略划分，UNIX系统中进程主要有以下状态：

  • 新建
  • 就绪：进程正在等待被执行
  • 运行
  • 阻塞：进程正在等待一个事件，如I/O
  • 僵死：进程已经结束，并等待释放资源。

进程的简单状态转换图：

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3）处于运行状态的进程有两种执行状态：用户态和核态。 若进程运行中执行的是用户程序中的指令，则进程处于用户态执行。当进程发出系统调用时，便进入核态执行。进程在核态下执行的是操作系统的指令，这些指令完成用户的请求，如输入输出、存储分配等。

内核

实现软件管理硬件系统任务的软件称为操作系统，在UNIX术语中称为UNIX内核。UNIX内核是一个底层的直接运行于硬件的程序，它控制着硬件，并创建、销毁和控制所有进程。

UNIX体系结构图：

image

内核直接与硬件交互，向外提供UNIX系统调用接口，如read()、write()等。如shell以及date、ls和who之类的使用程序，通过系统调用请求内核完成各种操作，并在内核与调用程序之间交换数据。其他应用程序则在底层程序和工具的基础上构筑而成。

shell

UNIX内核负责管理和创建进程，用户的输入命令是由shell来执行。shell是UNIX系统中的一个命令解释程序，处于用户和UNIX系统之间，骑着协调用户与系统间的一致性、在用户与系统之间进行交互的作用。

shell和内核 、使用程序和应用之间的关系:

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shell种类：

  • sh
  • csh
  • ksh
  • bash

当系统同时存在多个shell时，/etc/password文件中用户注册账户登记项的最后一个字段标明应当使用哪一种sehll。

用户名与用户ID、用户组和组ID

每个用户有一个账号，改账号有一个用户名和一个唯一的用户ID。

用户可以组织成组，一个用户可以是一个或多个组的成员，其中一个组是用的初始组，简称组。如果该用户还属于其他组，则这些组称为该用户的附加组。用户组由系统管理员建立。/etc/group中登记了系统中存在的所有组和组ID，以及组内的用户。

/etc/password记录了系统中所有的注册用户，每个用户有一个登记项，其中包含用户名、用户ID、用户组ID（指明该用户的初始组）等信息 。

%grep zkj /etc/passwd zkj x: 500: 15: /home/zkj: /bin/bash
同时,在/etc/ group文件包含如下内容
grep zkj /etc/group users x: 15: zkj research: x: 17: Yang, zkj,
Hc, zhang Lib: x: 20: wang zki
那么,用户zk的用户D为500,组D为15。他是三个组的成员,这
三个组是: users、 research和Lib。其中, users是他的初始组,
research和Lib是他的附加组

特权用户

root（超级用户），用户ID为0。特权用户控制着整个系统的权力。

系统调用和库函数

系统调用时对操作系统的一种请求，它请求操作系统为用户程序完成某种工作。如：read()是一种系统调用，它请求操作系统将存贮在磁盘设备上的数据读入缓冲区。

为避免用户随意访问设备造成混乱，用户必须向操作系统请求服务，由操作系统统一管理请求并提供服务。==所有操作系统提供了定义好的、有限个数且直接进入内核的这类服务点，称为系统调用，也称程序设计与系统的接口==。

系统中无论使用什么技术实现系统调用，它的定义中式用C函数来表示。UNIX让每一个系统调用有一个相同名字的C函数，应用程序使用与标准C库函数相同的方法调用这些函数，这些函数然后用系统要求的技术来启动适当的内核服务。

库函数和系统调用不同，它可以不需要系统的介入来完成工作，并且也不是进入操作系统内核的入口点，尽管它们可以调用一至多个系统调用。如:printf需要调用write系统调用来完成输出，而复制 strcpy()和sin()则完全不需要操作系统的帮助。

应用程序和系统调用、库函数调用

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实现者角度，系统调用与库函数的区别：系统调用时UNIX内核提供的服务，而库函数处于内核之外；用户角度，没太大区分，系统调用和库函数均为普通的C函数，两者都服务于应用程序。

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