我以下圖為基礎(chǔ)，說明Linux的架構(gòu)(architecture)。(該圖參考《Advanced Programming in Unix Environment》)

最內(nèi)層是硬件，最外層是用戶常用的應(yīng)用，比如說firefox瀏覽器，evolution查看郵件，一個(gè)計(jì)算流體模型等等。硬件是物質(zhì)基礎(chǔ)，而應(yīng)用提供服務(wù)。但在兩者之間，還要經(jīng)過一番周折。

還記得Linux啟動(dòng)。Linux首先啟動(dòng)內(nèi)核 (kernel)，內(nèi)核是一段計(jì)算機(jī)程序，這個(gè)程序直接管理管理硬件，包括CPU、內(nèi)存空間、硬盤接口、網(wǎng)絡(luò)接口等等。所有的計(jì)算機(jī)操作都要通過內(nèi)核傳遞給硬件。

為了方便調(diào)用內(nèi)核，Linux將內(nèi)核的功能接口制作成系統(tǒng)調(diào)用(system call)。系統(tǒng)調(diào)用看起來就像C語言的函數(shù)。你可以在程序中直接調(diào)用。Linux系統(tǒng)有兩百多個(gè)這樣的系統(tǒng)調(diào)用。用戶不需要了解內(nèi)核的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，就可以使用內(nèi)核。系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)的最小功能單位。一個(gè)操作系統(tǒng)，以及基于操作系統(tǒng)的應(yīng)用，都不可能實(shí)現(xiàn)超越系統(tǒng)調(diào)用的功能。一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)就像是漢字的一個(gè)筆畫。任何一個(gè)漢字都要由基本的筆畫（點(diǎn)、橫、撇等等）構(gòu)成。我不能臆造筆畫。

在命令行中輸入$man 2 syscalls可以查看所有的系統(tǒng)調(diào)用。你也可以通過$man 2 read來查看系統(tǒng)調(diào)用read()的說明。在這兩個(gè)命令中的2都表示我們要在2類(系統(tǒng)調(diào)用類)中查詢 (具體各個(gè)類是什么可以通過$man man看到)。

系統(tǒng)調(diào)用提供的功能非常基礎(chǔ)，所以使用起來很麻煩。一個(gè)簡單的給變量分配內(nèi)存空間的操作，就需要?jiǎng)佑枚鄠€(gè)系統(tǒng)調(diào)用。Linux定義一些庫函數(shù)(library routine)來將系統(tǒng)調(diào)用組合成某些常用的功能。上面的分配內(nèi)存的操作，可以定義成一個(gè)庫函數(shù)(像malloc()這樣的函數(shù))。再比如說，在讀取文件的時(shí)候，系統(tǒng)調(diào)用要求我們?cè)O(shè)置好所需要的緩沖。我可以使用Standard IO庫中的讀取函數(shù)。這個(gè)讀取函數(shù)既負(fù)責(zé)設(shè)置緩沖，又負(fù)責(zé)使用讀取的系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。使用庫函數(shù)對(duì)于機(jī)器來說并沒有效率上的優(yōu)勢，但可以把程序員從細(xì)節(jié)中解救出來。庫函數(shù)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，比如"鐵"。當(dāng)然，你也完全可以不使用庫函數(shù)，而直接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)，就像“人”字一樣，不用偏旁部首。

(實(shí)際上，一個(gè)操作系統(tǒng)要稱得上是UNIX系統(tǒng)，必須要擁有一些庫函數(shù)，比如ISO C標(biāo)準(zhǔn)庫，POSIX標(biāo)準(zhǔn)等。)

shell是一個(gè)特殊的應(yīng)用。很多用戶將它稱為命令行 。shell是一個(gè)命令解釋器(interpreter)，當(dāng)我們輸入“ls -l”的時(shí)候，它將此字符串解釋為

1.在默認(rèn)路徑找到該文件(/bin/ls)，
2.執(zhí)行該文件，并附帶參數(shù)"-l"。

我之前用>表示重新定向，用|表示管道 ，也是通過shell解釋&或者|的含義。Shell接著通過系統(tǒng)調(diào)，用指揮內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)具體的重定向或者管道。在沒有圖形界面之前，shell充當(dāng)了用戶的界面，當(dāng)用戶要運(yùn)行某些應(yīng)用時(shí)，通過shell輸入命令，來運(yùn)行程序。shell是可編程的，它可以執(zhí)行符合shell語法的文本。這樣的文本叫做shell腳本(script)。可以在架構(gòu)圖中看到，shell下通系統(tǒng)調(diào)用，上通各種應(yīng)用，同時(shí)還有許多自身的小工具可以使用。Shell腳本可以在寥寥數(shù)行中，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。

UNIX的一條哲學(xué)是讓每個(gè)程序盡量獨(dú)立的做好一個(gè)小的功能。而shell充當(dāng)了這些小功能之間的"膠水"，讓不同程序能夠以一個(gè)清晰的接口(文本流)協(xié)同工作，從而增強(qiáng)各個(gè)程序的功能。這也是Linux老鳥鼓勵(lì)新手多用shell，少用圖形化界面的原因之一。

(shell也有很多種，最常見的是bash, 另外還有sh, csh, tcsh, ksh。它們出現(xiàn)的年代不同，所支持的功能也有差異。)

一個(gè)使用bash shell的終端

一個(gè)shell對(duì)應(yīng)一個(gè)終端 (terminal)。曾經(jīng)來說，終端是一個(gè)硬件設(shè)備，用來輸入并顯示輸出。如今，由于圖形化界面的普及，終端往往就像上圖一樣，是一個(gè)圖形化的窗口。你可以通過這個(gè)窗口輸入或者輸出文本。這個(gè)文本直接傳遞給shell進(jìn)行分析解釋，然后執(zhí)行。

最后，我們進(jìn)入一般的應(yīng)用。應(yīng)用是一個(gè)程序，它可以

1.直接調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)
2.調(diào)用庫函數(shù)
3.運(yùn)行shell腳本

這些應(yīng)用可以由多種語言開發(fā)。最常見的是C語言。

總結(jié)

Linux利用內(nèi)核實(shí)現(xiàn)軟硬件的對(duì)話。

通過系統(tǒng)調(diào)用的這個(gè)接口，Linux將上層的應(yīng)用與下層的內(nèi)核分離，隱藏了底層的復(fù)雜性，也提高了上層應(yīng)用的可移植性。

庫函數(shù)利用系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)造出模塊化的功能，

Shell則提供了一個(gè)用戶界面，并讓我們可以利用shell的語法編寫腳本，以整合程序。

最新評(píng)論