linux架構

我如下圖爲基礎，說明Linux的架構(architecture)。(該圖參考《Advanced Programming in Unix Environment》)

 

最內層是硬件，最外層是用戶經常使用的應用，好比說firefox瀏覽器，evolution查看郵件，一個計算流體模型等等。硬件是物質基礎，而應用提供服務。但在二者之間，還要通過一番周折。

還記得Linux啓動。Linux首先啓動內核 (kernel)，內核是一段計算機程序，這個程序直接管理管理硬件，包括CPU、內存空間、硬盤接口、網絡接口等等。全部的計算機操做都要經過內核傳遞給硬件。

 

爲了方便調用內核，Linux將內核的功能接口製做成系統調用(system call)。系統調用看起來就像C語言的函數。你能夠在程序中直接調用。Linux系統有兩百多個這樣的系統調用。用戶不須要了解內核的複雜結構，就可使用內核。系統調用是操做系統的最小功能單位。一個操做系統，以及基於操做系統的應用，都不可能實現超越系統調用的功能。一個系統調用函數就像是漢字的一個筆畫。任何一個漢字都要由基本的筆畫（點、橫、撇等等）構成。我不能臆造筆畫。

在命令行中輸入$man 2 syscalls能夠查看全部的系統調用。你也能夠經過$man 2 read來查看系統調用read()的說明。在這兩個命令中的2都表示咱們要在2類(系統調用類)中查詢 (具體各個類是什麼能夠經過$man man看到)。

 

系統調用提供的功能很是基礎，因此使用起來很麻煩。一個簡單的給變量分配內存空間的操做，就須要動用多個系統調用。Linux定義一些庫函數(library routine)來將系統調用組合成某些經常使用的功能。上面的分配內存的操做，能夠定義成一個庫函數(像malloc()這樣的函數)。再好比說，在讀取文件的時候，系統調用要求咱們設置好所須要的緩衝。我可使用Standard IO庫中的讀取函數。這個讀取函數既負責設置緩衝，又負責使用讀取的系統調用函數。使用庫函數對於機器來講並無效率上的優點，但能夠把程序員從細節中解救出來。庫函數就像是漢字的偏旁部首，它由筆畫組成，但使用偏旁部首更容易組成字，好比"鐵"。固然，你也徹底能夠不使用庫函數，而直接調用系統函數，就像「人」字同樣，不用偏旁部首。

(實際上，一個操做系統要稱得上是UNIX系統，必需要擁有一些庫函數，好比ISO C標準庫，POSIX標準等。)

 

shell是一個特殊的應用。不少用戶將它稱爲命令行。shell是一個命令解釋器(interpreter)，當咱們輸入「ls -l」的時候，它將此字符串解釋爲

1. 在默認路徑找到該文件(/bin/ls)，

2. 執行該文件，並附帶參數"-l"。

我以前用>表示從新定向，用|表示管道，也是經過shell解釋&或者|的含義。Shell接着經過系統調，用指揮內核，實現具體的重定向或者管道。在沒有圖形界面以前，shell充當了用戶的界面，當用戶要運行某些應用時，經過shell輸入命令，來運行程序。shell是可編程的，它能夠執行符合shell語法的文本。這樣的文本叫作shell腳本(script)。能夠在架構圖中看到，shell下通系統調用，上通各類應用，同時還有許多自身的小工具可使用。Shell腳本能夠在寥寥數行中，實現複雜的功能。

UNIX的一條哲學是讓每一個程序儘可能獨立的作好一個小的功能。而shell充當了這些小功能之間的"膠水"，讓不一樣程序可以以一個清晰的接口(文本流)協同工做，從而加強各個程序的功能。這也是Linux老鳥鼓勵新手多用shell，少用圖形化界面的緣由之一。

(shell也有不少種，最多見的是bash, 另外還有sh, csh, tcsh, ksh。它們出現的年代不一樣，所支持的功能也有差別。)

一個使用bash shell的終端

一個shell對應一個終端 (terminal)。曾經來講，終端是一個硬件設備，用來輸入並顯示輸出。現在，因爲圖形化界面的普及，終端每每就像上圖同樣，是一個圖形化的窗口。你能夠經過這個窗口輸入或者輸出文本。這個文本直接傳遞給shell進行分析解釋，而後執行。

最後，咱們進入通常的應用。應用是一個程序，它能夠

1. 直接調用系統函數

2. 調用庫函數

3. 運行shell腳本

這些應用能夠由多種語言開發。最多見的是C語言。

 

總結 

Linux利用內核實現軟硬件的對話。

經過系統調用的這個接口，Linux將上層的應用與下層的內核分離，隱藏了底層的複雜性，也提升了上層應用的可移植性。

庫函數利用系統調用創造出模塊化的功能，

Shell則提供了一個用戶界面，並讓咱們能夠利用shell的語法編寫腳本，以整合程序。