Linux-Part.2

Linux 总是无处不在的，或许我对他并不陌生，但从未系统学习过，这篇文章将记录我系统学习 Linux 的过程经历，遇到的问题，总结的笔记，便于我留存记录，也供大家参考学习

学习路线可参考：https://labex.io/zh/linuxjourney

设备

  1. /dev 目录

    在 Linux 中，连接到系统的各种硬件设备（键盘、硬盘等），都由一个特殊文件表示，这些文件被称为设备文件，位于 /dev 目录下，可以使用正常的标准命令来和这些文件进行交互

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    ls /dev

    这将显示许多条目，每个条目对应一个硬件设备或者虚拟设备，例如我们之前已经与 /dev/null 这个虚拟设备进行过交互

    早期的 /dev 目录是静态的，所有可能的硬件的设备文件都是在安装过程中创建的，导致可能某个设备文件对应于甚至不存在的硬件。此外，在重启系统时根据内核检测设备的顺序，设备名称可能会发生变化，导致设备文件的配置出现混乱

    现代的 /dev 目录使用动态方法，根据硬件的连接状态动态的创建和删除设备文件，确保 /dev 只包含当前正在使用的设备的相应文件，并提供了一个持久的命名方案，使系统更可靠、更易于管理

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    ls -l /dev

    使用长选项查看 /dev 目录的文件信息，文件类型不仅以 - 表示，设备文件的独特文件类型有助于我们识别：

    • c：字符设备。这些设备一次传输一个字符的数据，许多伪设备被表示为字符设备，例如 /dev/null
    • b：块设备。这些设备以固定大小的数据块进行传输，例如硬盘等，他们对基于块的数据访问进行了优化
    • p：管道。FIFO（先进先出），允许进程间通信，作用类似字符设备，但他将输出引导到另一个进程而不是设备
    • s：套接字（socket）。也促进了进程间通信，更加通用，支持多个进程之间的通信，甚至跨网络通信

    原本的文件大小字段被替换成了两个字段，表示主设备号和次设备号，例如对于 8, 0 的设备，8 通常用于表示 SCSI 磁盘驱动器，而 0 表示这个驱动程序的特定实例，0 通常表示第一个驱动器

    关于常见的设备名称，参考：https://labex.io/zh/lesson/device-names

  2. /sys 目录

    sysfs 是一个虚拟文件系统，通常挂载在 /sys，它将内核对象、硬件设备和驱动程序的信息从内核模型导出到用户空间。/sys 目录的主要作用是提供对系统上所有设备的结构化视图，/sys 能反映出内核和设备的当前状态，当内核与设备状态发生变化时，/sys 能即时反应这种变化

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      ~/mysrc ❯ ls -l /dev/sda                                                                   
    brw-rw---- 1 root disk 8, 0  3月  1 09:12 /dev/sda
      ~/mysrc ❯ ls /sys/block/sda                                                                 
    alignment_offset  dev                diskseq       events_poll_msecs  holders    mq        queue      ro     sda16   stat       uevent
    bdi               device             events        ext_range          inflight   partscan  range      sda1   size    subsystem
    capability        discard_alignment  events_async  hidden             integrity  power     removable  sda15  slaves  trace

    可以看到，/sys 比 /dev 提供了更详细的视图，他们作用不同，/dev 提供设备节点，允许用户通过这些设备文件与设备交互；/sys 用于查看有关设备的详细信息，暴露设备的底层模型

  3. udev

    在旧的 Linux 系统中，我们可以手动创建设备节点：

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    mknod /dev/sdb1 b 8 3

    如果要删除设备，只需要在 /dev 目录中 rm 该设备文件

    现在的 Linux 版本中，我们不需要这样做，udev 系统会根据设备是否连接来动态地为我们创建和删除设备文件。系统上运行着一个 udev 守护进程，它监听来自内核中关于连接到系统的设备的信息，依据 /etc/udev/rules.d 中的规则自动创建和删除设备文件。我们也可以编写自己的 udev 规则（通常不需要）

    pasted-image-1772333464956.webp

    你还可以使用 udevadm info 命令查看设备的详细信息，例如：

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    udevadm info --query=all --name=/dev/sda

  4. 列出硬件设备

    类似 ls 列出文件，第三方工具提供了 ls 的衍生命令：

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    lsusb			# sudo apt install usbutils
    lspci			# sudo apt install pciutils
    lsscsi		# sudo apt install lsscsi
    • USB 设备：通常指一些支持热插拔的外设，例如U盘、鼠标、摄像头等
    • PCI 设备：直接连接在主板上的高速总线设备，例如显卡、网络设备器、声卡等
    • SCSI 设备：Linux SCSI 子系统管理的存储设备（即使是 SATA、USB 等现代存储设备，Linux 也使用 SCSI 子系统统一管理），大多数存储设备设备都采用 SCSI 协议管理

  5. dd

    dd 是一个强大而危险的命令，可以用来复制文件内容（按字节复制）

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    dd if=~/mysrc/pic/kirito.jpg of=~/mysrc/pic/kirito-cp.jpg bs=1024

    这个会将 kirito.jpg 的内容复制到 kirito-cp.jpg 中，它每次读取 1024 个字节，循环完成复制整个文件

    • if：in file，表示输入文件
    • of：out file，表示输出文件
    • bs：每次传输的数据大小，默认是 512 字节（b），可以使用后缀表示更大的单位，例如 1k, 1M, 1G
    • count：如果你不想复制整个文件，可以用 count = 2 来制定复制 2 块

    dd 可以很方便的用来备份服务器数据，备份和恢复磁盘数据，但要注意输入命令的正确性，防止数据丢失

文件系统

  1. 文件系统层次结构

    大家都知道 Linux 的文件系统是树状的，具体常见目录如下：

    根目录

    • /：根目录，无须多言

    关键系统目录

    • bin：包含所有用户可以使用的基本命令程序（二进制文件），如 ls 等
    • sbin：存放基本的系统二进制文件，这些文件主要由系统管理员使用，通常只能由 root 运行
    • /etc：核心系统配置文件目录，包含操作系统和已安装应用程序的配置文件，不应该包含任何可执行的二进制文件
    • /boot：存放系统启动过程中所需要的文件，包括 Linux 内核和引导加载程序文件

    用户和应用程序数据目录

    • /home：每个用户的个人目录，存放你的文档、应用程序设置和其他个人文件
    • /root ：root 用户的家目录
    • /opt：用于存放完整的第三方应用程序软件包（不由发行版“官方仓库策略”管理，自己包含完整目录）
    • /usr：包含用户安装的各种软件和应用程序。/usr 有它自己的目录结构，例如 /usr/bin 下存放发行版提供的二进制文件，例如使用包管理器安装的 java 二进制文件位于 /usr/bin/java，而 /usr/local 下常存放从外部源下载的软件，例如下载的 golanag.tar.gz 常解压到 /usr/local/go中，以及 /usr/local/bin/kubectl，还有自己手动编译的 /usr/local/bin/hello

    动态和临时目录

    • /var：表示“可变”目录，存储预期会发生大小和内容变化的文件，比如 /var/log/ 目录下的日志文件，还有缓存文件，假脱机文件（系统为了“排队等待处理”的任务而创建的临时文件）等。/var/www 目录是 Linux 的 Web 服务默认静态文件的存放位置，Apache 和 Nginx 的默认挂载点（Nginx 也常用 /usr/share）
    • /tmp：存放临时文件，每个人都可以写入，且不能删除和移动其他人的文件。重启系统后该目录中的文件通常会被删除
    • /run：包含自上次启动以来，有关正在运行的系统的信息，例如进程 PID 等

    设备和挂载点目录

    • /dev：设备文件，上有介绍
    • /media：可移动媒体（如 USB 驱动器、SD 卡等）的标准挂载点
    • /mnt：临时挂载文件系统的通用挂载点（一般要手动挂载）

    系统信息目录

    • /proc：虚拟文件系统，提供内核和进程的实时详细信息，part1 有介绍
    • /srv：用于提供一个目录，存放“对外提供的服务”的数据，一般普通用户不需要在这里存放个人资料

  2. 文件系统类型

    使用 df -T 命令，df 命令报告文件系统磁盘空间使用情况，-T 标志专门显示文件系统类型

    文件系统是操作系统用来管理存储设备上的数据等一套规则和结构，一些常见的 Linux 文件系统类型：

    • ext4：Linux 扩展文件系统（extended file system）的最新版本，是许多 Linux 发行版的默认设置。它向后兼容前身版本（ext3 ext2），支持非常大的磁盘卷
    • Btrfs：B 树文件系统（B-tree file system），一种现代文件系统，具有内置快照、备份、改善性能等高级功能，作为某些发行版的默认文件系统，仍在积极开发中
    • XFS：一种高性能的日志文件系统，在处理大文件和并行 I / O 操作方面表现出色。它是管理大量数据的系统的绝佳选择（如媒体服务器）
    • NTFS 和 FAT：标准的 windows 文件系统类型，Linux 对他们的读写完全支持，对双系统启动十分有用
    • HFS+：macOS 的主要文件系统类型，Linux 默认对其只提供只读支持

    有着许多不同的文件系统实现，Linux 采用**虚拟文件系统（VFS）**来与他们进行统一交互，VFS 是 Linux 内核中的一个抽象层，位于应用程序和各种文件系统之间。它提供了一个单一的、统一的接口，确保应用程序可以无缝工作，而无需关心底层的文件系统类型

    大多数现代文件系统默认包含日志记录功能，要理解它的重要性，想象一下在您电脑突然断电时复制一个大文件。在非日志文件系统中，这种中断可能导致文件损坏和文件系统状态不一致。重新启动后，您的系统需要执行完整的磁盘检查 (fsck)，这对于大容量磁盘来说可能非常耗时。日志文件系统可以防止这个问题。在执行写入操作之前，它首先将预期的更改记录在一个特殊的日志文件中，一旦操作成功完成，日志就会被更新以标记任务已完成。如果发生崩溃，系统可以在重新启动时简单地读取日志，查看哪些操作正在进行中，并快速将文件系统恢复到一致状态

  3. TODO…

启动系统

  1. 启动系统概述

    Linux 系统的启动过程可以分为四个阶段：

    • Part1. BIOS

      BIOS（基本输入 / 输出系统）或 UEFI（代替传统 BIOS）是打开计算机电源时运行的第一个软件。它执行开机自检（POST）来初始化和验证CPU、内存、磁盘等系统硬件。硬件检查通过后，BIOS 的主要任务是从存储设备定位并加载引导加载程序

    • Part2. 引导加载程序

      引导加载程序从 BIOS 接管控制权。它的主要作用是将 Linux 内核加载到内存中，Linux 系统常见的引导加载程序是 GRUB，通常 GRUB 会显示一个菜单，允许你选择要启动的操作系统或内核版本。在用户选择后或超时后，它会将选定的内核和初始 RAM 加载到内存中，然后将控制权传递给内核

    • Part3. 内核

      内核一旦加载到内存中，就接管了系统的控制权。它先解压缩自身并初始化核心硬件和内存管理，然后挂载根文件系统，启动第一个进程：init 进程

    • Part4. Init

      init 进程是内核启动的第一个进程，也是系统上其他所有进程的祖先，它的工作主要是根据配置启动必要的服务和后台进程（守护进程）。init 有几种实现，例如传统的 System V、Upstart 和现代的 systemd

  2. TODO…

内核

初始化

init 系统的主要作用是启动和停止必要的进程。Linux 经历了三种 init 实现：System V、Upstart、``

进程利用率

日志

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