Linux 设备管理和进程管理

设备管理

Linux系统中设备是用文件来表示的，每种设备都被抽象为设备文件的形式，这样，就给应用程序一个一致的文件界面，方便应用程序和操作系统之间的通信。
设备文件集中放置在/dev目录下，一般有几千个，不管有没有对应的真实设备，Linux系统在安装的时候都会自动预先创建。

磁盘设备

Linux系统磁盘设备命名方式遵循一定的规则。

前两个字母表示分区所在设备的类型：

  • hd：IDE硬盘
  • sd：SCSI硬盘(U盘，移动硬盘等)
    第三个字母表示分区在哪个设备上
  • hda：第一块IDE硬盘
  • sda：第一块SCSI硬盘
  • sdb：第二块SCSI硬盘

数字表示分区的次序：

  • hda1:第一块IDE硬盘第一分区
  • sdb2:第二块SCSI硬盘第二个分区
    查看硬盘及分区情况
fdisk -l
lsblk

image.png

挂载的文件系统类型

可以挂载：ext、FAT、NTFS 、 ext2（extended file system ）、ext3、MINIX、MSDOS、SYSV

  1. Linux系统的第一个文件系统是Minix（文件名不能超过14个字符，文件大小不能超过64MB）
  2. ext：1992年设计，是第一个专为linux设计的文件系统，文件大小可到2GB，文件名支持255字符，性能不佳
  3. ext2： 1993年设计，提高性能
  4. ext3：采用日志式文件系统技术（Journaling File System，独立的日志文件跟踪磁盘内容的变化），目前各个linux发行版使用

VFS

Linux引进ext文件系统时有了一个重大的改进：把文件系统从操作系统和系统服务中分离出来，在它们之间使用了一个接口层—虚拟文件系统VFS(Virtual File System)

Linux系统可以支持多种文件系统，为此，必须使用一种统一的接口，这就是虚拟文件系统(VFS)。通过VFS将不同文件系统的实现细节隐藏起来，因而从外部看上去，所有的文件系统都是一样的。

image.png

VFS并不是一个实际的文件系统：只存在于内存，系统启动时建立，系统关闭时消亡

VFS功能包括：

  • 记录可用文件系统的类型
  • 将设备与对应的文件系统联系起来
  • 处理面向文件的通用操作
  • 涉及到针对文件系统的操作时，把他们映射到相关的物理文件系统

挂载设备信息

计算机系统中，所有的存储设备都是以目录树的形式对文件进行管理的 。
在Linux系统中，所有的文件都是在以“/”目录为根的一棵“大”目录树中进行管理。
如果要使用USB存储设备、光盘或软盘等存储设备，必须将这些设备中的“小”目录树像嫁接一样挂载（mount）到Linux系统的“大”目录树中。

image.png

挂载对象的文件系统类型：/proc/filesystems

vfat (fat32)     ext2    ext3     iso9660

挂载对象的设备名称；
在Linux系统中，设备名称通常都在/dev目录下，设备名称的命名是有规则的 ;

/dev/hda1   /dev/sda2  /dev/fd0  /dev/cdrom

设备挂载到哪一目录，即挂载点。
Linux系统中有一个/mnt目录，专门用作挂载点（mount point）目录
在挂载设备时首先查看挂载点目录是否存在，如果不存在必须首先创建该目录，否则mount命令无法正常执行。

挂载设备过程

  1. 查看设备：使用命令“fdisk -l”可以查看系统的存储设备
  2. 挂载设备 ：首先使用mkdir命令建立挂载点目录，然后再使用mount命令挂载相关设备
  3. 访问设备
  4. 卸载设备 ：用户在使用完挂载设备后，不能直接将挂载设备从系统拔出，否则会出现问题，严重的会导致系统崩溃。用户必须先执行卸载命令然后再该设备拔出umount [挂载点或设备名]

mkfs

mkfs [选项][-t <文件系统类型>] [设备名称] [区块数]

说明：把指定的设备格式为指定的文件系统。

例如

  • 格式化硬盘时：
    mkfs -t ext3 /dev/hda4
  • 格式化软盘时，需要指定设备名和区块数，每个区块大约1000个字节，一张1.44MB的软盘对应1440个区块。格式化指令为：
    mkfs -t ext3 /dev/fd0 1440

mount

mount [选项] <挂载设备名称> <挂载点>
选项：

  • t 挂载的文件系统 [ext2 ext3 vfat iso9660]
    例如：
    mount -t ext3 /dev/fd0 /mnt/floppy
  • o [参数=值] ，对于挂载的不同类型的设备可以使用一组不同的参数。[ro rw auto iocharset]
    mount -o iocharset=cp936 /dev/sda1 /mnt/usb

df

磁盘空间使用情况
df [选项]

  • a : 显示所有文件系统的磁盘使用情况
  • h : 以友好直观方式显示信息，即以KB或MB为单位
  • T : 显示文件系统类型

例子：以友好直观方式显示所有文件系统的使用情况，并列出文件系统类型

df -ahT

du

统计目录或文件所占磁盘空间大小
du [选项/参数] [目录名…]

  • a : 递归显示制定目录中各个文件及下级目录中各文件占用的数据块数
  • h : 以友好直观方式显示信息，即以KB或MB为单位
  • b : 以字节为单位列出磁盘空间使用情况
  • k : 以KB为单位显示
  • s : 对每个目录参数只给出占用的数据块总数
    例子：以KB为单位，显示/tmp目录占用的磁盘空间情况

du -k /tmp

账号管理和查看命令

  • whoami命令的功能在于显示用户自身的用户名。
  • who [选项]：该命令主要用于查看当前在线的用户情况
    -H：显示时加上头标志
  • w命令 ：用于显示登录到系统的用户情况，是who的增强版 w | more
  • id [选项] : 显示用户信息
    -g：显示工作组信息
    -u：显示用户信息
  • finger命令：可用于查找和显示用户信息，并且在查找后显示指定账号的相关信息
  • chfn命令：能够改变系统存储的用户信息
  • 切换用户身份：su [用户名]

进程

进程的概念

Linux操作系统包括三种不同类型的进程，每种进程都有自己的特点和属性：

  • 交互进程：由shell启动的进程。
  • 批处理进程：这种进程和终端没有联系，是一个进程序列。
  • 守护进程：在后台持续运行的进程。

启动进程/手工启动

  • 前台启动：一般地，用户键入一个命令，就已经启动了一个前台的进程。
    中断前台进程
    ctrl+c/
    kill
  • 后台启动：对于非常耗时进程，可以让进程在后台运行。从后台启动进程其实就是在命令结尾加上一个“&”号，例：updaedb &
  1. jobs 显示所有后台进程
  2. ctrl+z 前台->后台，并暂停
  3. fg 将后台进程调到前台执行
  4. bg 将一个后台暂停的进程，继续执行

at

指定在将来的某个时间点执行某些命令,通过atd守护进程来实现

systemctl status atd

at [选项] TIME

at -l / atq  #列出所有的作业
at -d / atrm 任务号  #删除作业
at -q #指定队列来存储（默认为a队列），队列的编号为a-z A-Z，共52个，字母越大，优先级越低。

执行方式:

  • 交互式
    在shell提示符下输入“at 时间”，然后按回车键。这时在下一行shell会等待用户继续输入要执行的命令。每一行输入一个命令，所有命令都输入完毕后按Ctrl+d键结束。

  • 指定文件
    将各个命令写入shell脚本中，然后使用下面格式设置在指定时间执行shell脚本中的命令：
    at 时间 -f 脚本文件。

执行结果会发邮件通知
/var/spool/mail/xxx

时间格式
  • 具体时间日期 hh:mm MM/DD/YY
    23:59 03/15/2017
  • 模糊词语格式 hh:mm midnight tomorrow am…
    17:20 tomorrow
  • 相对计时法 时间点 + 多少 + 时间单位
    now + 2 minutes
    5pm + 3 days

cron

at命令产生的进程调度不具有周期性，只能在时间条件满足时执行一次。但很多时候需要重复地周期性地执行某个程序。crontab用来让使用者在固定时间或固定时间间隔执行程序。

格式：

crontab [ -u user ] 文件

crontab [ -u user ] { -l | -r | -e }

只有root用户可以指定他人的时间表

主要参数

  • e：执行文字编辑器来设定时程表，内定的文字编辑器是vi
  • r：删除目前的时程表
  • l：列出目前的时程表
    和at命令相比，crontab命令适合完成固定周期的任务

原理

  1. cron命令在系统启动时由一个shell脚本自动启动，进入后台，crond守护进程。
  2. cron启动后搜索/var/spool/cron目录，寻找以/etc/passwd文件中的用户名命名的crontab文件，被找到的这种文件将载入内存。
  3. 如果没有crontab文件，就转入“休眠”状态，释放系统资源。
  4. cron每分钟“醒”过来一次，查看当前是否有需要运行的命令。
  5. 如果发现某个用户设置了crontab文件，它将以该用户的身份去运行文件中指定的命令。命令执行结束后，任何输出都将作为邮件发送给crontab的所有者，或者/etc/crontab文件中MAILTO环境变量中指定的用户。

对用户来说，只需要关注自己的crontab文件的撰写，不需干涉crond进程的执行。因为一个用户只有一个crontab文件，crontab文件不能直接创建或者直接修改，必须通过crontab命令得到。crontab命令用于安装、删除或者列出用于驱动cron后台进程的crontab文件 。

crontab源文件格式

<minute> <hour> <day-of-month> <month-of-year> <day-of-week> <commands>

  • f1: 分钟，00-59
  • f2: 小时，00-23
  • f3: 一个月份中的第几天，01-31
  • f4: 月份，01-12
  • f5: 一个星期中的第几天，0-6
  • commands: 要执行的程序
# 每月每天12点执行一次echo hello
0 12 * * * echo hello
# 在12月内，每天早上6点到12点，每隔20分钟执行一次/usr/bin/backup
*/20 6-12 * 12 * /usr/bin/backup
# 每月每天的午夜0点20分，2点20分，4点20分…显示当前时间
20 0-23/2 * * * date

进程管理

ps

进程查看命令

ps [选项]

主要选项的含义如下：

  • e：显示所有进程；
  • f : 采用全格式显示；
  • h：不显示标题；
  • l：采用详细的格式来显示进程；
  • a：显示所有终端上的进程，包括其他用户的进程；
  • r：只显示当前终端上正在运行的进程；
  • x：显示所有进程，不以终端来区分；
  • u：以用户为主的格式来显示进程；

pstree

进程查看命令

pstree [选项] [pid | user]

主要选项的含义如下：

  • a：显示该进程的完整指令及参数；
  • p : 显示是将PID号一起显示；
  • pid：指定显示某进程信息；
  • user：指定显示某用户信息；

kill

删除进程命令

kill [-s <信号> | -p ] [ -a ] <进程号> ..

kill -l [信号] ：显示信号详情

选项的含义如下：

  • s：指定需要送出的信号。既可以是信号名也可以是信号名对应的数字。
  • HUP(1)：重跑 kill -1
  • KILL(9)：强制杀死 kill -9
  • TERM(15) （预设信号）：结束 kill -15

强行中止(经常使用杀掉)一个进程标识号为324的进程：kill -9 324

作用：

  • 解除Linux系统的死锁
  • 使用命令回收内存

killall

Linux下还提供了一个killall命令，可以直接使用进程的名字而不是进程标识号，例如：

killall -HUP inetd

top

系统监控命令：能显示实时的进程列表，而且还能实时监视系统资源，包括内存、交换分区和CPU的使用率等。
top命令使用过程中，可以使用一些交互的命令来完成其它参数的功能。这些命令是通过快捷键启动的。

  • <空格>：立刻刷新。
  • P：根据CPU使用大小进行排序。
  • M：根据使用内存大小进行排序。
  • T：根据时间、累计时间排序。
  • t：切换显示进程和CPU状态信息。
  • m：切换显示内存信息。
  • c：切换显示命令名称和完整命令行。
  • q：退出top命令。

image.png

free

查看系统内存的使用情况

image.png

日志查看

日志文件（log files）是包含关于系统消息的文件，包括内核、服务、在系统上运行的应用程序等。
不同的日志文件记载不同的信息。
多数的日志文件位于/var/log目录下。
某些程序（如samba）在/var/log中有单独的日志文件目录。
日志可以滚动

image.png
多数日志文件都使用纯文本格式，可以使用任何文本编辑器如vi来查看它们。
大多数日志文件都需要拥有特权才允许查看。

系统初始化过程

image.png

BIOS初始化

主要负责计算机硬件检测，确定启动引导顺序，并从可引导设备中加载和执行引导程序(如磁盘主引导分区MBR) ，确定从哪里可以引导并启动操作系统，引导成功后，交由内核负责

GRUB加载

Boot Loader(启动加载)管理程序
将引导装载程序安装到主引导记录(MBR)的程序
用户能够开始操作系统的选择，在内核引导时传递特定指令给内核，或是在内核引导前确定一些系统参数。
支持命令交互工具，提供非常方便的引导程序修复功能，并支持引导菜单的加密保护

内核初始化

用户在GRUB引导菜单中选择了合适的启动项后，操作系统正式进入加载内核的功能。
内核初始化：

  1. 硬件设备的检测
  2. 设备驱动程序的初始化
  3. 以只读方式挂载根文件系统
  4. 启动第一个应用进程init

第一个初始进程init启动

当内核启动之后，通过启动用户级程序init来完成引导进程的内核部分。
init总是第一个进程(PID=1)
init进程扮演了终极父进程的角色，失去了父进程的子进程就会以init作为它们的父进程。

确定系统运行级别

读取配置文件/etc/inittab，这是一个系统初始化脚本程序，用于确定系统启动的运行级别，定义系统常规功能。

image.png

运行系统初始化脚本

/etc/rc.d/rc.sysinit 是系统的初始化脚本，系统的大部分功能都由这个脚本实现

image.png

运行指定级别目录内的脚本

每一个特定的运行级别都会有一个与之相对应的目录，共有7个运行界别（/etc/rc.d/rc[x].d），每一个运行级别的目录内都有一些可执行脚本。

image.png

运行用户自定义脚本

用户可以自定义一些系统启动时启动的脚本，通过修改/etc/rc.d/rc.local的内容来增加用户自己需要的功能。

image.png在这里插入图片描述

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