一文看懂什么是 Linux 操作系统 Linux 操作系统概述 Q1.什么是 GNU？Linux 与 GNU 有什么关系？ A： 1)GNU 是 GNU is Not Unix 的递归缩写，是自由软件基金会(Free Software Foundation，FSF) 的一个项目，该项目已经开发了许多高质量的编程工具，包括 emacs 编辑器、著名的 GNU C++和 C++编译器(gcc 和 g++)；2)Linux 的开发使用了许多 GNU 工具，Linux 系统上用于 实现 POSIX.2 标准的工具几乎都是由 GNU 项目开发的；Linux 内核、GNU 工具以及其它 一些自由软件组成了人们常说的 Linux 系统或 Linux 发布版。 Q2.Linux 系统由哪几部分组成？Linux 内核处于什么位置？ A： 1)Linux 系统由四个部分组成：用户进程，系统调用接口、Linux 内核子系统和硬件；2)Linux 内核处于用户进程和硬件之间，包括系统调用接口和 Linux 内核子系统。 Q3.Linux 内核由哪几部分组成？各个子系统的主要功能是什么？ A： (1)Linux 内核除系统调用外，由五个主要的子系统组成：进程调度、内存管理、虚拟文件 系统、网络和进程间通信(IPC)；(2)各个子系统的主要功能为：1)进程调度：它控制着进程 对 CPU 的访问，当需要选择一个进程开始运行时，由调度程序选择最应该运行的进程； 2)内存管理：它允许多个进程安全地共享主内存区域，支持虚拟内存；从逻辑上可以分为 硬件无关的部分和硬件相关的部分；3)虚拟文件系统(VFS)：它隐藏了各种不同硬件的具 体细节，为所有设备提供统一的接口，支持多达数十种不同的文件系统，分为逻辑文件系 统和设备驱动程序；4)网络：它提供了对各种网络标准协议的存取和各种网络硬件的支持， 分为网络协议和网络驱动程序两部分；5)进程间通信：支持进程间各种通信机制，包括共 享内存、消息队列和管道等。 内存寻址 Q1.什么是物理地址？什么是虚地址？什么是线)将主板上的物理内存条所提供的内存空间定义为物理内存空间，其中每个内存单元的实 际地址就是物理地址；2)将应用程序员看到的内存空间定义为虚拟地址空间(或地址空间)， 其中的地址就叫做虚拟地址(或虚地址)，一般用“段:偏移量”的形式来描述，如 A815:CF2D； 3)线性地址空间是指一段连续的、不分段的、范围为 0~4GB 的地址空间，一个线性地址 就是线性地址空间的一个绝对地址。 Q2.在保护模式下，MMU 如何把一个虚地址转换为物理地址？ A： 在保护模式下，内存管理单元(MMU)由一个或一组芯片组成，其功能是指虚拟地址映射为 物理地址，即进行地址转换；MMU 是一种硬件电路，它包含分段部件和分页部件两个部 件，分别叫做分段机制和分页机制，分段机制是把一个虚拟地址转换为线性地址，分页机 制是把一个线性地址转换为物理地址。 Q3.为什么对 32 位线性地址空间要采用两级页表？ A： 页表是把线性地址映射到物理地址的一种数据结构，4GB 的线KB 大小的页，每个页表项占 4 字节，则 1M 个页表项的页表就需要占用 4MB 空间，而 且还要求是连续的，于是采用两级页表来实现；两级页表就是对页表再进行分页，第一级 称为页目录，其中存放关于页表的信息；4MB 的页表再次分页，可以分为 1K 个 4KB 大 小的页。 Q4.页面高速缓存的作用是什么？Linux 为什么主要采用分页机制来实现虚拟存储管理？ 它为什么采用三级分页模式而不是两级？ A： (1)页面高速缓存自动保留处理器最近使用的 32 项页表项，因此可以覆盖 128KB 范围的内 存；(2)Linux 主要采用分页机制来实现虚拟存储器管理，原因为：1)Linux 的分段机制使 得所有的进程都使用相同的段寄存器，这使得内存管理变得简单；2)Linux 的设计目标之 一就是能够被移植到绝大多数流行的处理平台上，但许多 RISC 处理器支持的分段功能非 常有限；为了保证可移植性，Linux 采用三级分页模式，因为许多处理器都采用 64 位结构； Linux 定义了三种类型的页表：页目录(PGD)、中间目录(PMD)和页表(PT)。 进程 Q1.程序与进程的概念分别是什么？为什么要引入“进程”的概念？ A： 1)程序是一个普通文件，是机器代码指令和数据的集合，这些指令和数据存储在磁盘上的 一个可执行映像中，可执行映像(executable image)就是一个可执行文件的内容；2)进程代 表程序的执行过程，它是一个动态的实体，随着程序中指令的执行而不断地变化，在某个 时刻进程的内容被称为进程映像(process image)；3)程序的执行过程可以说是一个执行环境 的总和，这个执行环境除了包括程序中各种指令和数据外，还有一些额外数据；而执行环 境的动态变化体现了程序的运行，为了对动态变化的过程进行描述，就引入了“进程”概 念。 Q2.什么是进程控制块？它包含哪些基本信息？ A： 1)Linux 中把对进程的描述结构叫做 task_struct，将这样的数据结构称作进程控制块(PCB)； 2)PCB 是一个其域多达 80 多项的相当庞大的数据结构，按其功能将所有域划分为：状态 信息，链接信息、各种标识符、进程间通信信息、时间和定时器信息、调度信息、文件系 统信息、虚拟内存信息和处理器环境信息。 Q3.Linux 内核的状态有哪些？ A： 1)Linux 最基本的进程状态有三种：运行态、就绪态和阻塞态(或等待态)；这三种状态之间 有四种可能的转换关系：运行态-阻塞态、运行态-就绪态、就绪态-运行态和阻塞态- 就绪态；2)为了管理上的方便，将就绪态和运行态合并为一个状态—可运行态，再包括其 它方面的一些改变，将进程状态划分为：可运行态、睡眠(或等待)态(分为深度睡眠态和浅 度睡眠态)、
