Linux 概述与架构

什么是 Linux#

Linux 是免费开源、类 Unix 的多用户多任务操作系统，支持多线程与多 CPU，可运行 Unix 工具、应用程序与网络协议。Java Web 项目普遍部署在 Linux 服务器上。

Windows vs Linux vs Unix#

Linux 继承 Unix 设计思想，在普通 PC 上实现 Unix 特性，因开源更易普及。

内核与基本组件#

内核是系统核心，负责：

1. 系统内存管理
2. 应用程序管理
3. 硬件设备管理
4. 文件系统管理

完整 Linux 系统还包括：Shell、GUI、系统实用程序与应用程序。

体系结构：用户空间与内核空间#

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┌─────────────────────────────────────┐
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│           用户空间 (User Space)       │
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│  ┌─────────────┐  ┌──────────────┐  │
4
│  │ 用户应用程序  │  │   C 库       │  │
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│  └─────────────┘  └──────────────┘  │
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├─────────────────────────────────────┤
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│           内核空间 (Kernel Space)     │
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│  ┌──────────┐ ┌──────┐ ┌──────────┐ │
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│  │系统调用接口│ │ 内核 │ │平台相关代码│ │
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│  └──────────┘ └──────┘ └──────────┘ │
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└─────────────────────────────────────┘

现代 CPU 有不同工作模式，为保护内核安全将系统分为两层。用户空间进入内核空间的方式：

• 系统调用（如 read、write、open）
• 硬件中断

Shell 与 CLI / GUI#

• BASH（Bourne Again SHell）：多数 Linux 默认 Shell，命令区分大小写，/ 为目录分隔符
• CLI（命令行界面）：键盘输入指令，省资源，熟记命令后效率高
• GUI（图形界面）：鼠标操作，直观但占用更多资源

与 DOS 的区别：DOS 命令不区分大小写；DOS 中 \ 是目录分隔符；DOS 遵循 8.3 文件命名。

启动流程与运行级别#

传统启动流程：

1. BIOS 自检
2. MBR 引导（GRUB/LILO）
3. 加载 Linux 内核
4. 运行 init（PID=1，现代系统多为 systemd）
5. 进入运行级别 / target
6. 登录终端

运行级别（传统 SysV）：

systemd 用 target 替代，如 multi-user.target（类似 3）、graphical.target（类似 5）。

进程间通信（IPC）#

Linux 支持的 IPC 方式：

1. 管道（pipe）、流管道、有名管道（FIFO）
2. 信号（signal）
3. 消息队列
4. 共享内存
5. 信号量
6. 套接字（socket）

日志、交换空间与 root#

• 日志：/var/log/messages 汇总多进程日志，是排查入侵的重要入口
• 交换空间（Swap）：RAM 不足时将内存页换出到磁盘
• root 帐户：超级用户，拥有完全控制权，生产环境应禁止远程直接登录

开源与 GNU#

开源允许免费分发源码，社区可修改、修复、再分发。GNU 项目推动自由软件运动：自由运行、学习修改、再分发、改进发布。