嵌入式Linux操作系统 课件 项目3、4 嵌入式 Linux操作系统管理、嵌入式 Linux操作系统用户管理

01管理Linux操作系统进程02管理Linux操作系统工作03安装Linux操作系统管理Linux操作系统进程PART01

通过项目2的学习,我们掌握了Linux基本命令的使用,本项目我们要来完成Linux操作系统管理。Linux作为一种优秀的开源操作系统,凭借高效稳定的进程管理机制,被广泛应用于各种服务器和嵌入式设备中。进程作为操作系统中最基本的执行单元,对于整个系统的运行和资源管理起着至关重要的作用。本任务将从进程的创建、调度和终止等方面进行详细介绍,其中会介绍经常用到的一些命令及其使用技巧。通过本项目的学习,相信大家对Linux会有更深入的理解。本任务主要介绍系统进程管理。【职业能力目标】

1.了解系统进程的工作原理。

2.掌握系统进程管理的命令。

3.掌握终止进程的命令。【素质目标】

1.通过学习Linux操作系统管理,向学生传递开源精神,分享、合作和共同进步的理念,培养学生积极参与开源社区、分享知识和资源的意识。

2.通过Linux操作系统底层的工作原理和管理机制的学习,培养学生的科学技术精神,帮学生主动探索解决问题的方法,培养解决实际工程问题的能力。

3.学生需要遵守相关的法律法规和规章制度,合法合规地进行系统管理操作。培养学生的法治观念和职业操守,使其成为遵纪守法的合格公民和职业人员。3.1.1进程的基本介绍进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它可以申请和拥有系统资源,是一个动态的概念,是一个活动的实体。它不只是程序的代码,还包括当前的活动,通过程序计数器的值和处理寄存器的内容来表示。在Linux操作系统中,进程是一个程序在运行时的实例,它包含了程序的相关信息和执行状态。进程管理主要涉及进程的创建、调度和终止等环节。简单来说,进程是正在执行的一个程序或命令,每一个进程都是一个运行的实体,都有自己的地址空间,并占用一定的系统资源。通俗地讲,程序是一个包含可以执行代码的静态的文件。进程是一个开始执行但是还没有结束的程序的实例。当程序被系统调用到内存以后,系统会给程序分配一定的资源(内存、设备等),然后进行一系列的复杂操作,使程序变成进程以供系统调用。3.1.2进程的分类系统进程1用户进程2

系统进程可以执行内存资源分配和进程切换等管理工作,而且该进程的运行不受用户的干预,即使是root用户也不能干预系统进程的运行。用户进程是通过执行用户程序、应用程序或内核之外的系统程序而产生的进程,此类进程可以在用户的控制下运行或关闭。针对用户进程,又可以分为如下三类:

(1)交互进程

(2)批处理进程

(3)守护进程3.1.3进程的状态一般操作系统将进程分为五个状态:●新建:新建表示进程正在被创建。●运行:运行是进程正在运行。●阻塞:阻塞是进程正在等待某一个事件发生。●就绪:就绪是表示系统正在等待CPU来执行命令。●完成:完成表示进程已经结束了,系统正在回收资源。3.1.3进程的状态

Linux上进程有五种状态,这五种状态可以与一般操作系统的状态对应起来:●运行:正在运行或在运行队列中等待。●中断:休眠中,受阻,在等待某个条件的形成或接收到某个信号。●不可中断:收到信号不唤醒和不可运行,进程必须等待直到有中断发生。●僵死:进程已终止,但进程描述符存在,直到父进程调用wait4(

)系统调用

后释放。●停止:进程收到SIGSTOP、SIGSTP、SIGTIN、SIGTOU信号后停止运行。3.1.4进程ID与父子进程

一个程序可能有许多进程,而每一个进程又可以有许多子进程。依次循环下去,而产生子孙进程。为了区分各个不同的进程,系统给每一个进程分配了一个ID以便识别。在Linux操作系统中,进程ID(PID)是区分不同进程的唯一标识。PPID表示父进程。所有的进程都是PID为1的init进程的后代。内核在系统启动的最后阶段启动init进程。一般每个进程都会有父进程,父进程与子进程之间是管理与被管理的关系,当父进程停止时,子进程也随之消失,但子进程关闭,父进程不一定终止。3.1.5僵尸进程

每个进程在结束后都会处于僵死状态,等待父进程将其释放,处于该状态的进程已经结束,但父进程还没有释放其系统资源。鉴于特定情况,若父进程在子进程终止前先行退出,由此导致子进程变为孤儿进程,且未采取相应处置措施,则孤儿进程将持续处于僵死状态,无法释放所占用资源。此类僵死的孤儿进程即为僵尸进程。此时解决方法是在启动进程内找一个进程作为这些孤儿进程的父进程,或者直接让init进程作为它们的父进程,进而释放孤儿进程占用的资源。3.1.6线程

线程在Linux中被称为轻量级的进程。进程有独立的内存地址空间,而线程没有。线程不能独立存在,它是由进程创建的。3.1.7进程的创建

进程的创建是Linux操作系统中的一个重要功能,它是通过调用fork系统调用实现的。Fork系统调用会创建一个与父进程几乎完全相同的子进程,包括代码、数据和环境等。子进程的代码段、数据段和堆栈段等都是从父进程复制过来的,因此子进程几乎和父进程一样。在创建子进程之后,父进程和子进程会继续执行,但是它们是相互独立的,拥有自己的地址空间和资源。如果需要执行新的程序,可以使用exec系统调用,它会将新的程序加载到进程的地址空间中,并开始执行。通过深入理解fork和exec的机制,我们可以更加灵活地管理进程的创建,实现系统的资源控制和程序复用。3.1.8进程的调度先来先服务算法01先来先服务算法是一种常见的进程调度算法,它的主要原则是按照进程到达的先后顺序来分配CPU资源。也就是说,先到达的进程优先获得CPU的执行权,而后到达的进程则需要等待前面的进程执行完毕后再获取CPU资源。这种算法简单易理解,但可能导致某些紧急的进程长时间得不到执行。时间片轮转算法02时间片轮转算法是一种更为公平和高效的进程调度策略。在该算法下,各进程被赋予一个固定时长的时间片,用以执行指定任务。一旦时间片耗尽,操作系统将剥夺当前进程的中央处理器资源,并将其重新置于就绪队列中等待下一次调度。与此同时,操作系统会选择下一个就绪队列中的进程进行执行。这种算法确保了每个进程都能获得中央处理器资源的机会,从而避免了某些进程长时间得不到执行的状况。3.1.8进程的调度优先级调度算法03优先级调度算法是一种考虑进程优先级的调度算法。在优先级调度中,操作系统根据每个进程的优先级来决定哪个进程获得CPU的执行权。优先级高的进程更容易获得CPU资源,而优先级低的进程则需要等待优先级高的进程执行完毕后再获取CPU资源。这种算法可以实现根据进程的重要性和紧急程度来进行资源分配,提高系统的响应速度和整体性能。进程调度算法在Linux操作系统中具有举足轻重的地位。掌握各类调度算法的原理及特点,有助于提升系统性能与响应速度。针对不同场景和需求,选用适宜的调度算法可满足特定需求,进而实现更高效的多任务处理和资源利用率。3.1.9进程的终止

进程的终止是操作系统中一个重要的环节,它可以通过主动退出或被操作系统强制终止。主动退出通常是通过程序内部的系统调用exit或return来实现的,这种退出方式通常是为了确保资源得到正确的释放。例如,当一个程序完成其任务时,它可以通过调用exit或return来通知操作系统它已经完成了其工作,这样操作系统就可以释放该进程所占用的内存空间和其他资源。然而,有时候进程可能会发生错误或执行了非法操作,这种情况下操作系统可能会强制终止该进程。例如,如果一个进程试图访问它无权访问的内存区域,这将导致一个“段错误”并被强制终止。另外,如果一个进程占用了过多的资源而不再释放,操作系统可能会强制终止它以保护系统的稳定性和其他进程的正常运行。3.1.9进程的终止

了解进程终止的原因和方式对于系统管理员和程序员来说都是非常重要的。通过了解进程何时以及为何被终止,可以有效地避免系统崩溃和资源泄漏的风险。例如,程序员可以通过优化程序代码来减少进程发生错误或非法操作的可能性,从而降低操作系统强制终止的概率。同时,系统管理员可以通过监控系统资源使用情况和异常行为来及时发现并解决问题。3.1.10进程间的通信

Linux操作系统中扮演着至关重要的角色。由于进程是操作系统分配资源的基本单位,因此它们经常需要共享数据和协调操作。为了实现这些目的,进程间通信的方式多种多样,包括但不限于管道、命名管道、共享内存、信号量、消息队列和套接字等。管道是一种最简单的进程间通信方式,它允许一个进程向另一个进程发送数据。命名管道则是一种改进的管道,它通过给管道命名来让其他进程能够方便地访问它。共享内存是一种高效的进程间通信方式,因为它允许进程直接访问共享的内存区域,从而避免了数据的复制和传递。信号量是一种同步机制,用于控制多个进程对共享资源的访问。消息队列则是一种更为复杂的进程间通信方式,它允许进程发送和接收消息,从而能够实现更复杂的通信需求。套接字则是一种更为通用的进程间通信方式,它通过网络进行通信,可以用于本地进程间通信,也可以用于远程进程间通信。3.1.10进程间的通信

不同的进程间通信方式适用于不同的场景。例如,管道和命名管道通常用于父子进程之间的通信,而共享内存则通常用于同一台计算机上的多个进程之间的通信。信号量通常用于控制对共享资源的访问,而消息队列则通常用于实现复杂的进程间通信需求。套接字则通常用于跨计算机的进程间通信,例如通过网络连接不同计算机上的进程。通过深入了解这些进程间通信机制的特点和用途,我们可以利用它们构建高效的系统和应用。例如,使用共享内存可以避免数据的复制和传递,从而提高通信效率;使用消息队列可以实现复杂的通信需求,例如实现进程间的消息传递和状态同步;使用套接字可以实现跨计算机的进程间通信,从而扩展系统的可用资源范围。3.1.11系统进程的命令(1)psaux:查看系统中的所有进程,使用BSD操作系统格式。(2)ps-le:查看系统中的所有进程,使用Linux标准命令格式。1.查看系统中所有进程3.1.11系统进程的命令top:用于实时显示process的动态。●用法:top[options]●常用选项:-d秒数(指定top命令每隔几秒更新,默认为3秒)●示例:top-d1在top命令的交互模式当中可以执行的命令有:?或h:显示交互模式的帮助。P:以CPU使用率排序,默认项。M:以内存的使用率排序。N:以PID排序。q:退出top。2.查看系统的健康状态3.1.11系统进程的命令pstree:查看系统进程数。●用法:pstree[options]●常用选项:-p(显示进程的PID),-u(显示进程的所属用户)●示例:pstree-p,pstree-u3.查看系统的进程数量3.1.11系统进程的命令(1)kill:向运行中的进程发送信号,默认发送的信号是终止信号,会请求进程退出。●用法:kill[options]●常用选项:-l(查看可用的进程信号),-122354(重启进程),-922368(强制杀死进程)●示例:kill-l4.终止进程3.1.11系统进程的命令3.1.11系统进程的命令我们看到每个编号对应一个含义,如“(9)SIGKILL”,9标注的是SIGKILL,那么我们可用9来终止进程。(2)killall:按照进程名杀死进程。●用法:killall[options][signal][processname]●常用选项:-i(交互式,询问是否要杀死某个进程),-I(忽略进程名的大小写)●示例:pkill-i-9httpd3.1.11系统进程的命令(3)pkill:按照进程名终止进程。●用法:pkill[options][signal][processname]●常用选项:-t(终端号:按照终端号踢出用户)●示例:pkill-t-9pts/1详情请见教材详情请见教材管理Linux操作系统工作PART02

在学习Linux操作系统的进程及系统进程的相关命令后,相信大家已经对Linux操作系统有了初步的认识,Linux是一个广泛使用的开源操作系统,它在服务器、桌面和移动设备等诸多领域得到广泛应用。在运行Linux操作系统时,我们需要时刻关注系统的性能,确保系统的稳定性和可靠性。本任务将介绍如何监控Linux操作系统的各项指标,并提供一些性能优化的技巧和方法。【职业能力目标】

1.了解系统监控的知识点。

2.了解如何优化系统。

3.掌握系统工作管理的命令。【素质目标】

1.通过学习如何监控Linux操作系统的性能并进行优化,培养学生的科技创新精神。

2.Linux操作系统性能监控和优化依靠科学的管理理念和方法,培养学生的科学管理意识。

3.Linux操作系统性能监控和优化是一个持续改进的过程,培养学生的可持续发展意识,引导他们在实践中注重长远利益和资源的可持续利用。

4.Linux操作系统的性能监控和优化需要多个团队成员协作完成,涉及多个方面的知识和技能。培养学生团队精神和协作能力,实现团结合作、分工协作的目标。3.2.1Linux操作系统监控CPU是系统的核心资源之一,它的使用率直接影响系统的性能。我们可以使用top、htop、sar和mpstat等工具来监控CPU的使用率和负载情况。●top:top命令可以显示系统的进程资源使用情况,包括CPU、内存、IO和网络等指标。●htop:htop是top的增强版,可以以交互方式显示进程资源使用情况。●sar:sar命令可以以定时方式记录系统的各项指标,包括CPU、内存、IO和网络等指标。●mpstat:mpstat命令可以显示每个CPU的使用率和负载情况。1.CPU监控3.2.1Linux操作系统监控内存是系统的另一个核心资源,它的使用率也会影响系统的性能。我们可以使用free、top、htop和sar等工具来监控内存的使用情况。●free:free命令可以显示系统的内存使用情况,包括总内存、已用内存、剩余内存和缓存等指标。●top和htop:top和htop命令可以显示进程的内存使用情况。●sar:sar命令可以记录系统的内存使用情况。2.内存监控3.2.1Linux操作系统监控磁盘是存储系统数据的重要资源,磁盘的读写速度和使用情况直接影响系统的性能。我们可以使用df、du、iostat和sar等工具来监控磁盘的使用情况。●df:df命令可以显示系统的磁盘使用情况,包括磁盘总大小、已用空间、可用空间和文件系统类型等指标。●du:du命令可以显示目录或文件的磁盘使用情况。●iostat:iostat命令可以显示磁盘的读写速度和使用情况。●sar:sar命令可以记录系统的磁盘使用情况。3.磁盘监控3.2.1Linux操作系统监控网络是系统与外界通信的重要资源,网络的带宽和延迟直接影响系统的性能。我们可以使用ifconfig、netstat、tcpdump和nload等工具来监控网络的使用情况。●ifconfig:ifconfig命令可以显示系统的网络接口信息,包括IP地址、MAC地址、子网掩码和网关等指标。●netstat:netstat命令可以显示系统的网络连接情况,包括TCP、UDP和UNIX套接字等协议。●tcpdump:tcpdump命令可以抓取网络数据包并进行分析。●nload:nload命令可以显示网络带宽的使用情况。4.网络监控3.2.1Linux操作系统监控日志是系统运行的重要信息,它可以记录系统的错误和异常情况。我们可以使用tail、grep、awk和sed等工具来监控系统日志。●tail:tail命令可以显示文件的尾部内容,常用来查看系统日志。●grep:grep命令可以搜索指定的字符串并显示匹配的行。●awk:awk命令可以按照指定的格式处理文本数据。●sed:sed命令可以对文本数据进行编辑和转换。5.日志监控3.2.2Linux操作系统性能优化CPU优化01磁盘优化03内存优化02网络优化043.2.2Linux操作系统性能优化CPU优化01CPU的优化主要涉及进程管理和调度策略。我们可以通过以下方法来优化CPU的使用:●调整进程优先级:可以使用nice和renice命令来调整进程的优先级,让系统优先处理重要进程。●调整CPU调度策略:可以使用schedtool和chrt命令来调整CPU的调度策略,以提高系统的响应速度和稳定性。●禁用不必要的进程和服务:可以禁用一些不必要的进程和服务来释放CPU资源,以提高系统的性能。3.2.2Linux操作系统性能优化内存的优化主要涉及内存分配和使用策略。我们可以通过以下方法来优化内存的使用:●调整内存分配策略:可以使用sysctl命令来调整内存分配策略,以提高系统的内存利用率。●使用swap分区:可以使用swap分区来扩展系统的内存,以避免内存不足的情况。●禁用不必要的服务:可以禁用一些不必要的进程和服务来释放内存资源,以提高系统的性能。内存优化023.2.2Linux操作系统性能优化磁盘的优化主要涉及文件系统和磁盘分区的管理。我们可以通过以下方法来优化磁盘的使用:●使用合适的文件系统:可以根据不同的应用场景选择不同的文件系统,以提高系统的性能和可靠性。●调整文件系统参数:可以使用tune2fs和fsck命令来调整文件系统的参数和检查文件系统的完整性。●分区优化:可以使用fdisk和parted命令来管理磁盘分区,以提高系统的存储容量和性能。磁盘优化033.2.2Linux操作系统性能优化网络的优化主要涉及网络配置和传输协议的管理。我们可以通过以下方法来优化网络的使用:●调整网络配置:可以使用ifconfig、route和iptables等命令来调整网络配置,以提高网络的性能和可靠性。●选择合适的传输协议:可以根据不同的应用场景选择不同的传输协议,以提高网络的传输速度和稳定性。●禁用不必要的服务:可以禁用一些不必要的服务来释放网络带宽资源,以提高网络的性能。网络优化043.2.3磁盘管理

Linux操作系统磁盘管理是系统管理的重要部分之一,它涉及磁盘的分区、格式化、挂载和管理等方面。在本文中,我们将详细介绍Linux操作系统磁盘管理的各个方面,包括：磁盘分区文件系统磁盘容量RAID3.2.1Linux操作系统监控磁盘分区是将物理磁盘划分为一个或多个逻辑磁盘的过程。每个逻辑磁盘都有自己的文件系统,可以独立地存储文件和数据。1.磁盘分区3.2.1Linux操作系统监控

(1)磁盘分区的基本概念磁盘分区有以下几个基本概念:●分区表:磁盘分区表是磁盘上的一个特殊区域,用于记录磁盘的分区信息和分区的位置等相关信息。●主分区:主分区是磁盘分区表中的一种分区类型,最多可以有四个主分区,每个主分区都可以独立地安装操作系统。●扩展分区:扩展分区是磁盘分区表中的一种特殊分区类型,最多只能有一个扩展分区,它可以包含多个逻辑分区。●逻辑分区:逻辑分区是磁盘中的一个分区,它必须位于扩展分区中,不能独立安装操作系统。3.2.1Linux操作系统监控(2)磁盘分区的工具在Linux操作系统中,有多种工具可以用来进行磁盘分区,包括fdisk、gdisk、parted、GParted等工具。●fdisk:fdisk是一个命令行工具,可以用来创建、删除、调整分区等操作。●gdisk:gdisk是一个类似于fdisk的工具,可以用来管理GPT分区表。●parted:parted是一个命令行工具,可以用来创建、删除、调整分区等操作。●GParted:GParted是一个图形化分区工具,可以用来创建、删除、调整分区等操作。3.2.1Linux操作系统监控(3)磁盘分区的步骤

磁盘分区的步骤如下:●确认磁盘信息:使用fdisk-l命令或parted/dev/sdaprint命令查看磁盘信息。●创建分区:使用fdisk/dev/sda命令进入fdisk模式,按照提示创建分区。●格式化分区:使用mkfs命令对分区进行格式化。●挂载分区:使用mount命令将分区挂载到指定的目录。●设置分区自动挂载:使用编辑/etc/fstab文件,设置分区自动在系统启动时挂载。3.2.1Linux操作系统监控文件系统是指操作系统用来存储和管理文件和数据的一种机制。在Linux操作系统中,常见的文件系统有ext2、ext3、ext4、XFS、Btrfs等。2.文件系统3.2.1Linux操作系统监控(1)ext文件系统ext

文件系统是Linux操作系统中最早的文件系统之一,它采用了索引节点(inode)的方式来管理文件和目录。ext文件系统有以下几个版本:●ext2:ext2是最早的ext文件系统版本,它没有日志功能,较容易出现数据丢失等问题。●ext3:ext3是在ext2基础上添加了日志功能的版本,可以更好地保护文件系统的数据完整性。●ext4:ext4是在ext3基础上进行了优化和改进,支持更大的文件和更快的文件访问速度。3.2.1Linux操作系统监控(2)XFS文件系统

XFS文件系统是一种高性能的文件系统,适用于大型文件和高并发访问的场景。它支持大文件和大容量存储设备,可以提供更快的文件访问速度和更高的可靠性。(3)Btrfs文件系统

Btrfs文件系统是一个新兴的文件系统,它支持快照、压缩、多设备、校验和等特性,可以提供更高的可靠性和灵活性。Btrfs文件系统还支持在线文件系统扩容和缩小,可以动态地调整文件系统的大小。3.2.1Linux操作系统监控(4)文件系统的格式化在Linux操作系统中,可以使用mkfs命令对分区进行格式化,例如:●mkfs.ext4/dev/sda1:格式化/dev/sda1分区为ext4文件系统。●mkfs.xfs/dev/sdb1:格式化/dev/sdb1分区为XFS文件系统。●mkfs.btrfs/dev/sdc1:格式化/dev/sdc1分区为Btrfs文件系统。3.2.1Linux操作系统监控(5)文件系统的挂载在Linux操作系统中,可以使用mount命令将文件系统挂载到指定的目录,例如:●mount/dev/sda1/mnt/data:将/dev/sda1分区挂载到/mnt/data目录。●mount/dev/sdb1/mnt/backup:将/dev/sdb1分区挂载到/mnt/backup目录。3.2.1Linux操作系统监控(6)文件系统的检查和修复在Linux操作系统中,可以使用fsck命令对文件系统进行检查和修复,例如:●fsck/dev/sda1:检查/dev/sda1分区的文件系统,并尝试修复任何错误。●fsck-y/dev/sdb1:检查/dev/sdb1分区的文件系统,并自动修复任何错误。3.2.1Linux操作系统监控

磁盘容量是指磁盘的存储空间大小,它通常以字节、千字节、兆字节、千兆字节、吉字节等单位来表示。在Linux操作系统中,可以使用df命令来查看磁盘的容量信息,例如:●df-h:以人类可读的方式显示磁盘容量信息。●df-i:显示磁盘inode使用情况。●df-T:显示文件系统类型。3.磁盘容量3.2.1Linux操作系统监控RAID是一种磁盘阵列技术,它可以通过将多个物理磁盘合并成一个逻辑磁盘来提高磁盘性能和可靠性。在Linux操作系统中,可以使用mdadm命令来管理RAID阵列,例如:●mdadm--create/dev/md0--level=1--raid-devices=2/dev/sda1/dev/sdb1:创建一个RAID1阵列,并将/dev/sda1和/dev/sdb1分区加入阵列。●mdadm--detail/dev/md0:显示RAID0阵列的详细信息。●mdadm--manage/dev/md0--add/dev/sdc1:向RAID0阵列中添加一个新的磁盘。4.RAID详情请见教材详情请见教材管理内存与CPUPART03在Linux操作系统中,内存管理是非常重要的,它涵盖了内存分配、释放、回收、交换等多个方面。CPU管理同样是Linux操作系统中一项非常重要的工作,它涉及处理器的调度、中断处理、电源管理等多个方面。为了最大限度地利用系统的CPU资源,提高系统的性能和可靠性,需要合理地进行CPU管理。本任务将详细介绍Linux操作系统中内存管理、CPU管理的相关知识,包括内存管理工具、内存回收机制、CPU调度、中断处理、电源管理等方面。【职业能力目标】

1.了解Linux操作系统内存管理的机制。

2.了解CPU调度管理的知识点。【素质目标】

1.通过深入了解Linux操作系统中内存管理和CPU管理的相关知识,强调科学技术对社会发展的重要性以及科技工作者的社会责任。

2.在学习CPU管理方面,强调合理的CPU调度和公平的资源分配,以确保系统中各个任务都能够得到适当的CPU时间片和处理资源,培养学生的公平意识和公正观念。

3.通过合理的电源管理来降低系统能耗,减少对环境的影响,实现节能减排的目标,培养学生的环保意识。3.3.1内存管理概述内存管理的目的是最大限度地利用系统的内存资源,提高系统的性能和可靠性,内存管理的关键是要保证系统的内存使用是有效而合理的。如果系统的内存使用不合理,就会导致内存不足、系统变慢、程序崩溃等问题。因此,在进行内存管理时,需要考虑以下几个方面:

1.内存分配:为进程分配内存空间,保证进程能够正常运行。

2.内存释放:在进程不再需要内存时,及时将内存释放,以便其他进程可以使用。

3.内存回收:对于已经释放的内存,可以进行回收和重用,以便提高内存的利用率。

4.内存交换:当内存不足时,可以将部分内存数据交换到硬盘上,以便释放内存空间。3.3.2内存管理的基本概念在介绍Linux操作系统内存管理的具体内容之前,我们先来了解一些基本概念。

1.物理内存和虚拟内存:物理内存是指计算机实际存在的内存,它的大小是固定的。虚拟内存是指进程所使用的内存空间,它的大小可以动态地调整。

2.内存页和页面大小:内存页是内存管理的基本单位,它通常是4KB或8KB大小。页面大小是指物理内存和虚拟内存中页面的大小。

3.内存映射:内存映射是一种将文件映射到内存中的技术,它可以提高文件访问的速度和效率。在Linux操作系统中,可以使用mmap(

)函数对文件进行内存映射。

4.内存地址空间:内存地址空间是指进程可以使用的内存地址范围,通常是0到232或0到264之间的地址范围。3.3.3内存管理的具体内容在Linux操作系统中,内存分配通常是由内核进行管理的。内核会为每个进程分配一定量的虚拟内存空间,进程可以使用该空间来存储数据和程序代码。内核通过系统调用来分配内存,常用的系统调用包括malloc、calloc、realloc等。这些系统调用会向系统发出请求,请求分配一定数量的内存空间。如果内存空间足够,系统就会将请求的内存分配给进程。否则,系统会阻塞进程,直到有足够的内存可用。1.内存分配3.3.3内存管理的具体内容在进程不再需要内存时,需要将内存释放,以便其他进程可以使用。在Linux操作系统中,内存释放通常是由内核进行管理的。进程可以使用free系统调用来释放内存。当进程调用free系统调用时,内核会将该内存块标记为未使用状态,以便其他进程可以使用。2.内存释放3.3.3内存管理的具体内容在进程释放内存后,如果该内存块未被其他进程使用,就可以进行回收和重用,以便提高内存的利用率。在Linux操作系统中,内核会使用内存回收机制来回收未使用的内存块。内核会定期扫描内存块,将未使用的内存块标记为可回收状态。当内存不足时,内核会优先回收这些可回收的内存块。3.内存回收3.3.3内存管理的具体内容常见的内存回收机制包括:●页面回收:内核会定期扫描内存页面,将未使用的页面标记为可回收状态。当内存不足时,内核会优先回收这些可回收的页面。●缓存回收:内核会定期扫描缓存区域,将未使用的缓存标记为可回收状态。当内存不足时,内核会优先回收这些可回收的缓存。●进程回收:当进程退出或被杀死时,内核会回收该进程使用的内存空间。●内存压缩:当内存不足时,内核会将一部分内存数据压缩后存储,以便节省内存空间。3.3.3内存管理的具体内容当系统的物理内存不足时,内核会将部分内存数据交换到硬盘上,以便释放内存空间。这个过程称为内存交换。在Linux操作系统中,内核使用交换分区来进行内存交换。当内存不足时,内核会将一部分内存数据交换到交换分区中。当需要使用这些数据时,内核会将其从交换分区中读取到内存中。需要注意的是,内存交换会对系统的性能产生影响。因此,在进行内存交换时,需要合理配置交换分区的大小,以及优化交换算法等。4.内存交换3.3.3内存管理的具体内容在Linux操作系统中,有许多内存管理工具可以用来监测和优化系统的内存使用。常见的内存管理工具包括:●top:用于查看系统的进程和内存使用情况。●free:用于查看系统的内存和交换空间使用情况。●vmstat:用于查看系统的虚拟内存使用情况。●sar:用于查看系统的性能和资源使用情况。●ps:用于查看系统的进程和内存使用情况。●memtest:用于检测内存是否存在问题。5.内存管理工具3.3.3内存管理的具体内容3.3.4CPU调度

CPU调度是Linux操作系统中CPU管理的重要组成部分,它的主要任务是为多个进程分配CPU时间,并根据不同的调度算法来优化系统的性能。3.3.4CPU调度调度算法0101020304先来先服务(FCFS)调度算法时间片轮转调度算法优先级调度算法多级反馈队列调度算法3.3.4CPU调度调度器02CFS调度器O(1)调度器213.3.4CPU调度实时调度03除了普通的进程调度外,Linux操作系统还支持实时调度。实时调度可以保证某些重要的进程能够在指定的时间内得到CPU时间片,以保证系统的实时性和可靠性。实时调度在Linux操作系统中分为两种类型:硬实时调度和软实时调度。硬实时调度可以保证进程在指定的时间内得到CPU时间片,而软实时调度则只是尽可能地满足进程的实时要求,但是不能保证进程一定能在指定的时间内得到CPU时间片。在Linux操作系统中,实时调度使用的是实时优先级,它的优先级范围是1~99,与普通进程的优先级范围不同。实时优先级越高,进程就越容易得到CPU时间片,但是也容易导致其他进程“饥饿”。3.3.5中断处理

中断处理是Linux操作系统中CPU管理的另一个重要组成部分,它的主要任务是在处理器和其他硬件设备之间进行协调,以保证系统的正常运行。3.3.5中断处理1.中断类型1外部中断2内部中断外部中断是由硬件设备发出的中断信号,例如键盘、鼠标等设备的中断信号。内部中断是由操作系统内部发出的中断信号,例如时钟中断、系统调用等。3.3.5中断处理2.中断处理程序中断处理程序是Linux操作系统处理中断的主要方式,它的主要任务是在中断发生时进行处理,并向操作系统报告中断事件。中断处理程序通常是由操作系统内核编写的,具有很高的优先级和实时性。在Linux操作系统中,中断处理程序通常包括以下几个步骤:(1)中断处理程序的入口(2)中断处理程序的初始化(3)中断处理程序的具体处理(4)中断处理程序的退出3.3.5中断处理3.中断控制器

中断控制器是Linux操作系统中管理中断的硬件设备,它的主要任务是将多个中断信号进行整合,并向处理器发送中断请求。Linux操作系统中常见的中断控制器包括PIC(Program-mableInterruptController)、APIC(AdvancedProgrammableInterruptController)等。3.3.6电源管理

电源管理是Linux操作系统中CPU管理的另一个重要组成部分,它的主要任务是管理系统的电源,以提高系统的能效和可靠性。3.3.6电源管理1.电源管理模式1全功率模式2休眠模式3睡眠模式4关机模式3.3.6电源管理2.电源管理实现1ACPI2CPU频率调节3硬件设备控制详情请见教材详情请见教材01了解Linux操作系统用户02掌握用户管理命令03掌握用户磁盘配额操作了解Linux操作系统用户PART01我们知道,任何操作系统都存在“用户的概念”,Linux也不例外。

Linux操作系统允许使用者规划不同类型、不同层级的用户,并公平地分配系统资源与工作环境。

而与Windows操作系统最大的不同在于,Linux操作系统允许不同的用户同时登录主机,同时使用主机的资源,因此Linux操作系统被称为是多用户系统。

基于此,我们必须详细了解Linux操作系统对于用户和用户组的规划,才能更好地理解Linux操作系统作为多用户、多任务系统的优势,也才能使用Linux操作系统支持我们日常的开发工作。【职业能力目标】

1.用户与用户组的概念。

2.了解用户与用户组的三种身份。

3.了解最高权限的用户———root。【素质目标】

1.了解Linux操作系统中对用户和用户组的规划,强调Linux操作系统作为多用户系统的优势,促使学生认识到在科技领域的工作不仅仅是为了个人利益,更应该承担起对社会的责任。

2.了解Linux操作系统对于用户资源的管理方式,包括权限、配额等方面的规划,培养学生公平公正的资源分配观念。

3.理解Linux操作系统支持多用户同时登录的特性,强调团队在Linux操作系统中的协作与共享,培养学生的团队合作精神。4.1.1用户与用户组的概念

Linux操作系统作为多用户系统,如何区分不同用户的文件权限成了不可避免的问题。例如,小A希望个人文件不被其他用户读取,而如果不对文件进行权限设置,共享了主机资源的小B也可以读取小A的个人文件,这是不合理的,不同用户对不同文件所拥有的权限应该不尽相同。因此,Linux操作系统以“用户与用户组”的概念,建立用户与文件权限之间的联系,保证系统能够充分考虑每个用户的隐私保护,最大限度地保障了Linux操作系统作为多用户系统的可行性。或者说,“用户与用户组”与文件权限息息相关。因此,从文件权限的角度出发,“用户与用户组”引申为三个具体的对象———文件所有者、用户组成员、其他人。每一个对象对某一个文件的持有权限是不同的。4.1.2文件所有者(User)

当一个用户创建了一个文件,这个用户就是这个文件的文件所有者。文件所有者对文件拥有最高权限,同时排他性地拥有该文件。换句话说,除非文件所有者开放权限,否则其他人无法对文件执行查看、修改等操作。这也是Linux操作系统能够保护用户隐私的最关键的原因。在文件所有者占有文件之后,其需要对其他用户开放权限,其他用户才能查看、修改文件。如果仅区分“文件所有者”和“其他用户”,那么文件所有者对其他用户开放权限后,所有其他用户均能查看、修改文件。但是,若文件所有者希望仅对部分用户开放,那么仅仅区分“用户所有者”和“其他用户”显然不能满足需求。这就引入了“用户组”的概念。4.1.3用户组成员(Group)将“其他用户”区分为用户组成员和其他人后,若文件所有者希望对部分用户开放权限,而对其他人继续保持私有,则只需要将这部分用户与文件所有者划入一个用户组。

这样,这部分用户就成了与文件所有者同组的用户组成员。用户可以对用户组成员开放文件权限,用户组成员则具备了查看、修改文件的权限,而对其他无关用户保持私有。用户组成员在团队开发中非常有帮助。例如,团队成员之间保持文件资源共享,但对非团队成员保持私有,这就需要将文件所有者与团队成员用户划分为同一个用户组,再对用户组成员开放权限即可。

需要注意的是,一个用户可在多个用户组中。4.1.4其他人(Others)

顾名思义,其他人就是与文件所有者没有任何联系的其他用户。4.1.5具体实例至此,我们已明确,在Linux操作系统中,每个文件均具备文件所有者、用户组成员以及其他人这三种身份。接下来举一个具体例子,来详细地了解文件所有者、用户组成员和其他人这三个角色的含义。假设有一个班级,有一名老师。老师根据自己编写的教案(老师的教案不能分享给其他任何人)指导本班同学共同完成一个黑板报任务。老师为本班同学提供了黑板,并允许本班同学能够查看、修改黑板上的内容,不允许非本班的学生查看、修改黑板上的内容。我们将这个例子与Linux操作系统中“文件所有者”、“用户组成员”和“其他人”进行映射:4.1.5具体实例老师———教案和黑板的文件所有者。教室———用户组,老师和学生同属一个用户组。学生———用户组成员。非本班学生———其他人。教案不能分享给任何人———老师是文件所有者,将教案的权限对其他所有人保持私有。黑板允许班级学生修改,但是不允许非本班人员修改———老师是文件所有者,将黑板的权限对用户组成员开放权限,而对非用户组成员保持私有。4.1.60号用户———root在这里不得不提Linux操作系统中,具有最高权限的用户———root。

root用户是系统中唯一的一个超级管理员,拥有了系统中的所有权限,可以执行任何想要执行的操作,也正因为如此,出于安全考虑,一般情况下不推荐使用root用户进行日常使用。

root用户所在的用户组称为“root组”,处于root组的普通用户,能够通过sudo命令获取root权限。1.请查阅相关资料,了解一下Linux操作系统用户管理的机制。

(1)用户管理是什么?

(2)用户管理机制是什么?

(3)Linux操作系统如何管理用户?2.请查阅资料,详述用户与用户组之间的关系。

(1)用户和用户组有什么关系?

(2)如何把用户添加到用户组中?

(3)用户与用户组之间都有哪些命令?详情请见教材掌握用户管理命令PART02

通过上个任务的学习,我们完成了对用户的基本了解,本任务我们将完成对用户的常见管理命令。Linux操作系统是一个多用户多任务的分时操作系统,任何一个要使用系统资源的用户,都必须先向系统管理员申请一个账号,然后以这个账号的身份进入系统。用户的账号一方面可以帮助系统管理员对使用系统的用户进行跟踪,并控制他们对系统资源的访问;另一方面也可以帮助用户组织文件,并为用户提供安全性保护。每个用户账号都拥有一个唯一的用户名和各自的口令。【职业能力目标】

1.掌握Linux操作系统用户管理的增删改操作。

2.掌握用户管理组命令。【素质目标】

1.学习用户管理命令,培养学生对于系统安全意识和责任感。

2.学习用户管理命令,培养学生自我管理能力。

3.了解用户账号管理的重要性,培养学生合作与信任的意识。

4.理解用户账号的隐私与安全,培养学生对于个人隐私与信息安全的重视。4.2.1用户添加命令———useradd

useradd命令的语法格式是:useradd用户名比如,useradduser1,这样就添加了一个用户名是user1的用户。添加用户时,还有一些常用的选项:

●-uUID:为用户设置组。●-ddirectory:家目录。指定用户的家目录。●-ccomment:用户说明。指定用户的说明,如果有空格,需要将说明文字用双引号括起来。●-ggroup:组名。指定用户的初始组。●-Ggroup:组名。指定用户的附加组,如果有多个附加组,用空格隔开。●-sshell:命令解释器。指定用户的登录shell,默认是/bin/bash。4.2.1用户添加命令———useradd例如:4.2.2密码设置命令———passwd

在前面的讨论中,我们已提及用户添加命令useradd。然而,仅仅将用户添加至系统尚不足以实现其登录功能。为了确保用户能够正常登录,必须为其设置一个密码。在此情境下,我们将使用密码设置命令passwd。

passwd命令的语法格式是:passwd[选项][用户名]按Enter键输入密码root用户可以修改任何用户的密码,只要在passwd后面跟相应的用户名即可。普通用户只能修改自己的密码,这时只要输入passwd,然后按Enter键就可以,后面无须跟用户名。在一般情况下,passwd命令的使用无须附加任何选项。然而,在某些特定场景下,为了满足特定的需求,passwd命令提供了若干常用选项。接下来,我们将详细探讨这些常用选项。4.2.2密码设置命令———passwd(1)-S:查询用户的密码状态。例如:(2)-l:锁定(lock)用户,-u(unclock):解锁用户。例如:4.2.3修改用户信息———usermod

usermod命令的语法格式是:usermod[选项]用户名

usermod和useradd的功能类似,区别在于usermod命令的操作对象是已存在的用户,useradd命令的操作对象是将要添加的新用户。正因如此,usermod和useradd命令的部分选项是一样的。来看看usermod有哪些选项:

●-uUID:用户ID。修改用户ID。●-ccomment:用户说明。●-GGID:附加组ID。定义用户所属的附加组,若有多个,用逗号分隔开。●-g初始组ID:修改用户的初始组,一般不建议修改。●-lLock:临时锁定用户。●-uUnlock:解除临时锁定。4.2.3修改用户信息———usermod例如:4.2.4修改用户密码状态———chagechage命令有两个常用的选项,-l和-d。(1)-l:查看用户密码信息。例如:(2)-d:修改用户最后一修改密码的日期。例如:4.2.4修改用户密码状态———chage这一功能的作用在于提高系统的安全性。在某些情况下,我们可能需要批量创建用户账户,并为这些账户设置统一的初始密码。然而,为了保障系统的安全,我们期望用户在首次登录时能够修改这一初始密码。因此,通过将每个用户的最后一次修改密码的日期设置为1970年1月1日,我们可以在用户首次登录时触发系统的强制密码更改机制,从而确保用户能够按照要求更改初始密码,增强账户的安全性。此外,chage命令还有其他选项,这些选项本质上都是修改/etc/shadow文件。●-m:两次密码修改间隔(shadow文件第4字段)。●-M:密码有效期(shadow文件第5字段)。●-W:密码过期前警告天数(shadow文件第6字段)。●-I:密码过期后宽限天数(shadow文件第7字段)。●-E:账号失效时间(shadow文件第8字段)。4.2.5删除用户———userdel

这个命令一般要加上-r选项,也就是这种格式:userdel-r用户名。意思是,删除用户的同时删除该用户的家目录以及其他与该用户相关的文件。4.2.5删除用户———userdel

这个命令一般要加上-r选项,也就是这种格式:userdel-r用户名。意思是,删除用户的同时删除该用户的家目录以及其他与该用户相关的文件。4.2.6查看用户ID和用户所在的组的ID———id

id命令的语法格式是:id用户名4.2.7用户切换命令———su

su是switchuser的简写,su命令的语法格式是:su-用户名

其实如果不加中间的那个短线,该命令也能正常执行,只不过不是完全地切换用户,在执行某些命令的时候会报错,我们来看一下加短线与不加短线的区别。不加短线的效果如图4-2-1所示。4.2.7用户切换命令———su

没有报错,似乎已经切换到root用户了,但是我们来看一下此时的环境变量,如图4-2-2所示。4.2.7用户切换命令———su

看到登录的用户还是cp。再来看加上短线的效果,如图4-2-3所示。4.2.7用户切换命令———su看一下环境变量,如图4-2-4所示。4.2.7用户切换命令———su

这时才真正切换到root用户了。而且你可能发现了,加短线与不加短线,是有区别的,如图4-2-5所示。4.2.7用户切换命令———su

从这里也可以分辨出到底有没有真正切换到root用户。从普通用户切换到root用户或者从普通用户切换到另一个普通用户需要输入密码,但是从root用户切换到普通用户不需要输入密码。

以root用户的身份执行命令还有一种场景,是不需要切换到root用户的,只需要用root权限执行一条命令,比如添加用户的命令useradd。这时可以用-c选项。4.2.8查看用户登录信息1.who:查看当前有多少用户正在登录。2.w:查看更详细的登录用户信息。4.2.9用户组管理命令语法格式:groupadd[选项]组名选项:●-gGID:指定组ID。例如:1.添加用户组4.2.9用户组管理命令语法格式:groupmod[选项]组名选项:●-gGID:修改组ID。●-n新组名:修改组名。例如:2.修改用户组4.2.9用户组管理命令语法格式:groupdel组名例如:3.删除用户组需要注意的是,如果该组是某个用户的初始组,那么这个组无法被删除,因为如果把这个组删了,用户就没地方放了。如果没有用户将该组当作初始组,而只是把它当作附加组,那么这个组就可以被删除。换句话说,如果某个组中有初始用户,则该组不能被删除,如果执行了删除组的命令,系统会报错;如果该组中只有附加用户,那么该组就可以被删除。4.2.9用户组管理命令语法格式:gpasswd[选项]组名选项:●-a用户名:把用户加入组。●-d用户名:把用户从组中删除。例如:4.把用户加入组或从组中删除4.2.9用户组管理命令

这里执行的把用户加入组的操作,事实上是作为附加用户加入该组的,以上面那条命令为例,执行完该命令后,root组其实是成了user1用户的附加组。把user1用户加入root组之后,我们查看一下/etc/group文件的内容,如图4-2-6所示。4.2.9用户组管理命令

事实上,把用户加入组其实就是修改了这个文件,所以我们也可以通过修改这个文件的方式把某个用户加入某个组,比如把文件第一行的内容改成如图4-2-7所示内容。也就表明把user2用户(如果user2用户存在的话)也加入了root组。同理,从组中删除用户也可以通过修改/etc/group文件的方式实现。详情请见教材详情请见教材掌握用户磁盘配额操作PART03

在学习Linux操作系统的用户管理相关命令之后,相信大家已经对Linux操作系统管理用户有了一定的了解。在系统储存中,很多情况下,