初识Linux shell

1. Linux内核的组成

Linux系统的核心是内核。

内核控制着计算机系统的所有硬件和软件，在必要时分配硬件，并根据需要执行软件。

1.1 系统内存管理

​ 操作系统内核的主要功能之一是内存管理。

​ 内核不仅管理服务器上的可用物理内存，还可以创建并管理虚拟内存（实际并不存在的内存）。

​ 内核通过硬盘上称为交换空间（swap space）的存储区域来实现虚拟内存。内核在交换空间和实际的物理内存之间反复交换虚拟内存中的内容。这使得系统以为自己拥有比物理内存更多的可用内存

​ 内存被划分为若干块，这些块称作页面（page）。内核会将每个内存页面置于物理内存或交换空间中。然后，内核会维护一张内存页面表，指明哪些页面位于物理内存，哪些页面被交换到了磁盘。

​ 内核会记录哪些内存页面正在使用中，自动把一段时间未访问的内存页面复制到交换空间区域（称之为换出，swapping out）——即使还有内存可用。当程序要访问一个已被换出的内存页面时，内核必须将物理内存中的另一个页面换出来为其腾出空间，然后从交换空间换入（swapping in）所请求的页面。显然，这个过程要花费时间，并会拖慢运行中的进程。只要Linux系统在运行，为运行中的程序换出内存页面的过程就不会停歇。

​ 也就是说，不用了就去swap，要用了就从swap出来

1.2 软件程序管理

​ Linux操作系统称运行中的程序为进程。

​ 内核控制着Linux系统如何管理运行在系统中的所有进程。

​ 内核创建了第一个进程（称为init进程）来启动系统中所有其他进程。当内核启动时，它会将init进程载入虚拟内存。内核在启动其他进程时，会在虚拟内存中给新进程分配一块专有区域来存储该进程用到的数据和代码。

​ 在Linux中，有多种init进程实现，目前最流行的是以下两种。

1.2.1 SysVinit

​ Linux最初使用的是SysVinit（SysV）初始化方法，该方法基于Unix System V初始化方法。尽管如今很多Linux发行版已经不再使用SysVinit了，但在一些比较旧的Linux发行版中还能找到其身影。

​ SysVinit初始化方法使用运行级（runlevel）的概念来决定启动哪个进程。运行级定义了Linux系统的运行状态以及每种状态下应该运行的进程。

​ /etc/inittab文件定义了系统的默认运行级。

​ 特定运行级下启动的进程是在/etc/rc.d目录下的各个子目录中定义的。可以使用runlevel命令随时查看当前运行级。

1.2.2 systemd

​ systemd初始化方法诞生于2010年，现在已经成为Linux发行版中最流行的初始化和进程管理系统。

​ systemd初始化方法得以流行起来的原因在于能够根据不同的事件启动进程。

​ systemd方法通过将事件与单元文件（unit file）链接来决定运行哪些进程。每个单元文件定义了特定事件发生时要启动的程序。systemctl程序允许启动、停止和列出系统中当前运行的单元文件。

​ systemd方法将单元文件划归为目标（target）。目标定义了Linux系统的特定运行状态，这和SysVinit运行级的概念类似。在系统启动时，default.target单元定义了要启动的所有单元文件。可以使用systemctl命令查看当前默认目标：

[root@0x1e61 ~]# systemctl get-default 
graphical.target

graphical.target单元文件定义了多用户图形环境运行时要启动的进程，类似于旧的SysVinit运行级5。

1.3 硬件设备管理

​ 内核的另一职责是管理硬件。任何Linux系统需要与之通信的设备都必须在内核代码中加入其驱动程序。驱动程序相当于应用程序和硬件设备的“中间人”，允许内核同设备之间交换数据。向Linux内核中插入设备驱动的方法有两种。

​ 将驱动程序编译入内核

​ 将设备驱动模块加入内核

​ 以前，插入设备驱动程序的唯一途径就是重新编译内核。每次给系统添加新设备时，都不得不重新编译一遍内核代码。随着Linux内核支持的硬件设备越来越多，这个过程也变得越来越低效。不过好在Linux开发人员设计出了一种更好的方法以将驱动程序插入运行中的内核。

​ 开发人员提出了内核模块的概念，允许在无须重新编译内核的情况下将驱动程序插入运行中的内核。另外，当设备不再使用时也可将内核模块从内核中移走。这种方式极大地简化和扩展了硬件设备在Linux中的使用。

Linux系统将硬件设备视为一种特殊文件，称为设备文件。设备文件分为3种。

​ 字符设备文件

​ 块设备文件

​ 网络设备文件

字符设备文件对应于每次只能处理一个字符的设备。大多数类型的调制解调器和终端是作为字符设备文件创建的。

块设备文件对应于每次以块形式处理数据的设备，比如硬盘驱动器。

网络设备文件对应于采用数据包发送和接收数据的设备，这包括网卡和一个特殊的环回设备，后者允许Linux系统使用常见的网络编程协议同自身通信。

Linux会为系统的每个设备都创建一种称为“节点”的特殊文件。与设备的所有通信都是通过设备节点完成的。每个节点都有一个唯一的数值对，以供Linux内核标识。数值对包括一个主设备号和一个次设备号。类似的设备会被划分到相同的主设备号下。次设备号用于标识主设备组下的某个特定设

​

1.4 文件系统管理

不同于其他一些操作系统，Linux内核支持通过不同类型的文件系统读写硬盘数据。除了自有的多种文件系统，Linux还能够读写其他操作系统（比如Microsoft Windows）的文件系统。内核必须在编译时就加入对所有要用到的文件系统的支持。

Linux服务器所访问的所有硬盘驱动器都必须采用表所列文件系统类型中的一种进行格式化。

Linux内核采用虚拟文件系统（virtual file system，VFS）作为和各种文件系统交互的接口。这为Linux内核与其他类型文件系统之间的通信提供了一个标准接口。当文件系统被挂载和使用时，VFS会在内存中缓存相关信息。

1.5 GNU实用工具

​ 除了由内核来控制硬件设备，操作系统还需要实用工具来实现各种标准功能，比如控制文件和程序。尽管Linus创建了Linux系统内核，但他手头并没有能够运行在内核之上的系统实用工具。

​ GNU（GNU代表GNU's Not Unix）组织开发出了一套完整的Unix实用工具，但是缺少用于支撑其运行的内核系统。

​ Linus的Linux内核和GNU操作系统实用工具结合在一起，产生了一款完整且功能丰富的自由操作系统。

1.5.1 核心GNU实用工具

​ GNU项目旨在为Unix系统管理员打造出一套可用的类Unix环境。这个目标促使该项目移植了很多常见的Unix系统命令行工具。供Linux系统使用的这组核心工具被称为coreutils（core utilities）软件包。

GNU coreutils软件包由3部分构成。

​ 文件实用工具

​ 文本实用工具

​ 进程实用工具

1.5.2 shell

​ GNU/Linux shell是一种特殊的交互式工具，为用户提供了启动程序、管理文件系统中的文件以及运行在Linux系统中的进程的途径。shell的核心是命令行提示符，负责shell的交互部分，允许用户输入文本命令，然后解释命令并在内核中执行。

​ shell包含一组内部命令，可用于完成复制文件、移动文件、重命名文件、显示和终止系统中正在运行的程序这类操作。除此之外，shell也允许在命令行提示符中输入程序的名称，它会将程序名称传递给内核以启动程序。

​ 也可以将多个shell命令放入文件中作为程序执行。这些文件称作shell脚本。凡是能在命令行中执行的命令都可放入shell脚本中作为一组命令执行。这为创建通常需要执行多个命令的实用工具提供了极大的便利。

​ 在Linux系统中，有相当多的shell可供使用。不同的shell有不同的特性，有些适用于创建脚本，有些则适用于管理进程。所有Linux发行版默认的shell都是bash shell。bash shell由GNU项目开发，被作为标准Unix shell（Bourne shell，以其创建者得名）的替代品。bash shell的名字玩的是一个文字游戏，即Bourne again shell。

​

2. Linux桌面

完成工作的方式不止一种，Linux一直以来都以此而闻名，图形化桌面更是如此。

2.1 X Window软件

X Window软件是直接和PC显卡以及显示器打交道的底层程序，控制着Linux应用程序如何在计算机上呈现漂亮的窗口和图形。

Linux并非唯一使用X Window的操作系统，不同的操作系统均有相应的版本。在Linux世界里，能够实现X Window的软件包不止一种。Linux最常用的两种X Window软件包如下。

​ X.org

​ Wayland

X.org基于最初的Unix X Window System版本11（常称作X11），属于两者中比较旧的实现。越来越多的Linux发行版正在向更新的Wayland迁移，后者更加安全，也更易于维护。

2.2 KDE Plasma桌面

KDE（K desktop environment，K桌面环境）最初于1996年作为开源项目发布，能够生成类似于Microsoft Windows的图形化桌面环境。

2.3 GNOME桌面

GNOME（ GNU network object model environment，GNU网络对象模型环境）是另一个流行的Linux桌面环境。GNOME于1999年首次发布，现已成为许多Linux发行版默认的桌面环境（用得最多的是Red Hat Linux）。

2.4 其他桌面

当GNOME桌面项目在版本3中彻底更改了其界面时，许多喜欢GNOME 2观感的Linux开发人员创建了基于GNOME 2的衍生版本，其中比较流行的有以下两个。

Cinnamon：Cinnamon桌面是由Linux Mint发行版于2011年开发的，旨在延续原先的GNOME 2桌面。该桌面目前在包括Ubuntu、Fedora和openSUSE在内的多个Linux发行版中作为选项提供。

MATE：MATE桌面是由讨厌GNOME 3的Arch Linux用户于2011年开发的。该桌面融入了一些GNOME 3的特性（比如替换了任务栏），但是维持了GNOME 2的整体观感。

Linux开发人员已经联手让Linux返璞归真。他们开发了一些低内存开销的图形化桌面应用程序，这些应用程序提供了可以在老旧PC上完美运行的基本功能。

尽管这些图形化桌面并没有专为其设计太多应用程序，但仍然可以运行基本的支持文字处理、电子表格、数据库、绘图以及多媒体等功能的图形化应用程序。

3. Linux发行版

到此为止，你已经了解了构成完整Linux系统所需要的4个关键组件(内核、shell、文件系统和应用程序。)，你可能好奇怎样才能把它们组成一个Linux系统。幸运的是，已经有人为你做好这些了。

我们将完整的Linux系统包称为发行版。大量不同的Linux发行版可以满足你可能存在的各种计算需求。大多数发行版是为某个特定用户群定制的，比如商业用户、多媒体爱好者、软件开发人员或者普通家庭用户。每种定制的发行版都包含了支持特定功能所需的各种软件包，比如多媒体爱好者要用到的音频和视频编辑软件，软件开发人员要用到的编译器和集成开发环境（IDE）。

不同的Linux发行版通常分为两类。

​ 完整的核心Linux发行版

​ 特定用途的Linux发行版

3.1 核心Linux发行版

核心Linux发行版含有内核、一个或多个图形化桌面环境以及预编译好的大部分可用的Linux应用程序。它提供了一站式的完整Linux安装。

3.2 特定用途的Linux发行版

Linux发行版的一个新子群已经出现了。它们通常基于某个主流发行版，但仅包含其中一部分用于某种特定用途的应用程序。

除了提供特定软件（比如仅用于商业用户的办公应用），定制化发行版还尝试通过自动检测和自动配置常见硬件来帮助新手安装Linux。这使得Linux的安装过程变得轻松愉悦了许多。

这只是特定用途的Linux发行版中的一小部分。像这样的发行版数以百计，而在Internet上还不断有新成员加入。不管你的专长是什么，你都能找到一款为你量身定做的Linux发行版。

许多特定用途的Linux发行版是基于Debian Linux的发行版。它们使用和Debian一样的安装文件，但仅打包了完整Debian系统中的一小部分软件。

注意　大多数Linux发行版也有LiveCD版本可用。LiveCD版本是一个自成一体（self-contained）的ISO镜像文件，可以刻录成DVD（或写入U盘），直接引导Linux系统，无须安装在硬盘上。根据发行版的不同，LiveDVD要么包含一小部分应用程序，要么包含整个系统（特定用途的发行版）。LiveDVD的好处是可以在安装系统之前先测试系统硬件，解决存在的问题。