趣谈Linux操作系统
刘超
网易杭州研究院云计算技术部首席架构师
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已完结 72 讲
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入门准备篇 (3讲)
开篇词 | 为什么要学习Linux操作系统?
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01 | 入学测验:你究竟对Linux操作系统了解多少?
02 | 学习路径:爬过这六个陡坡,你就能对Linux了如指掌
核心原理篇:第一部分 Linux操作系统综述 (3讲)
03 | 你可以把Linux内核当成一家软件外包公司的老板
04 | 快速上手几个Linux命令:每家公司都有自己的黑话
05 | 学会几个系统调用:咱们公司能接哪些类型的项目?
核心原理篇:第二部分 系统初始化 (4讲)
06 | x86架构:有了开放的架构,才能打造开放的营商环境
07 | 从BIOS到bootloader:创业伊始,有活儿老板自己上
08 | 内核初始化:生意做大了就得成立公司
09 | 系统调用:公司成立好了就要开始接项目
核心原理篇:第三部分 进程管理 (10讲)
10 | 进程:公司接这么多项目,如何管?
11 | 线程:如何让复杂的项目并行执行?
12 | 进程数据结构(上):项目多了就需要项目管理系统
13 | 进程数据结构(中):项目多了就需要项目管理系统
14 | 进程数据结构(下):项目多了就需要项目管理系统
15 | 调度(上):如何制定项目管理流程?
16 | 调度(中):主动调度是如何发生的?
17 | 调度(下):抢占式调度是如何发生的?
18 | 进程的创建:如何发起一个新项目?
19 | 线程的创建:如何执行一个新子项目?
核心原理篇:第四部分 内存管理 (7讲)
20 | 内存管理(上):为客户保密,规划进程内存空间布局
21 | 内存管理(下):为客户保密,项目组独享会议室封闭开发
22 | 进程空间管理:项目组还可以自行布置会议室
23 | 物理内存管理(上):会议室管理员如何分配会议室?
24 | 物理内存管理(下):会议室管理员如何分配会议室?
25 | 用户态内存映射:如何找到正确的会议室?
26 | 内核态内存映射:如何找到正确的会议室?
核心原理篇:第五部分 文件系统 (4讲)
27 | 文件系统:项目成果要归档,我们就需要档案库
28 | 硬盘文件系统:如何最合理地组织档案库的文档?
29 | 虚拟文件系统:文件多了就需要档案管理系统
30 | 文件缓存:常用文档应该放在触手可得的地方
核心原理篇:第六部分 输入输出系统 (5讲)
31 | 输入与输出:如何建立售前售后生态体系?
32 | 字符设备(上):如何建立直销模式?
33 | 字符设备(下):如何建立直销模式?
34 | 块设备(上):如何建立代理商销售模式?
35 | 块设备(下):如何建立代理商销售模式?
核心原理篇:第七部分 进程间通信 (7讲)
36 | 进程间通信:遇到大项目需要项目组之间的合作才行
37 | 信号(上):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
38 | 信号(下):项目组A完成了,如何及时通知项目组B?
39 | 管道:项目组A完成了,如何交接给项目组B?
40 | IPC(上):不同项目组之间抢资源,如何协调?
41 | IPC(中):不同项目组之间抢资源,如何协调?
42 | IPC(下):不同项目组之间抢资源,如何协调?
核心原理篇:第八部分 网络系统 (7讲)
43 预习 | Socket通信之网络协议基本原理
43 | Socket通信:遇上特大项目,要学会和其他公司合作
44 | Socket内核数据结构:如何成立特大项目合作部?
45 | 发送网络包(上):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
46 | 发送网络包(下):如何表达我们想让合作伙伴做什么?
47 | 接收网络包(上):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
48 | 接收网络包(下):如何搞明白合作伙伴让我们做什么?
核心原理篇:第九部分 虚拟化 (7讲)
49 | 虚拟机:如何成立子公司,让公司变集团?
50 | 计算虚拟化之CPU(上):如何复用集团的人力资源?
51 | 计算虚拟化之CPU(下):如何复用集团的人力资源?
52 | 计算虚拟化之内存:如何建立独立的办公室?
53 | 存储虚拟化(上):如何建立自己保管的单独档案库?
54 | 存储虚拟化(下):如何建立自己保管的单独档案库?
55 | 网络虚拟化:如何成立独立的合作部?
核心原理篇:第十部分 容器化 (4讲)
56 | 容器:大公司为保持创新,鼓励内部创业
57 | Namespace技术:内部创业公司应该独立运营
58 | CGroup技术:内部创业公司应该独立核算成本
59 | 数据中心操作系统:上市敲钟
实战串讲篇 (9讲)
60 | 搭建操作系统实验环境(上):授人以鱼不如授人以渔
61 | 搭建操作系统实验环境(下):授人以鱼不如授人以渔
62 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(一)
63 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(二)
64 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(三)
65 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(四)
66 | 知识串讲:用一个创业故事串起操作系统原理(五)
67 | 期末测试:这些操作系统问题,你真的掌握了吗?
结束语 | 永远别轻视任何技术,也永远别轻视自己
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专栏加餐 (2讲)
学习攻略(一):学好操作系统,需要掌握哪些前置知识?
“趣谈Linux操作系统”食用指南
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10 | 进程:公司接这么多项目,如何管?

刘超 2019-04-17
有了系统调用,咱们公司就能开始批量接项目啦!对应到 Linux 操作系统,就是可以创建进程了。
命令行那一节,我们讲了使用命令创建 Linux 进程的几种方式。现在学习了系统调用,你是不是想尝试一下,如何通过写代码使用系统调用创建一个进程呢?我们一起来看看。

写代码:用系统调用创建进程

在 Linux 上写程序和编译程序,也需要一系列的开发套件,就像 Visual Studio 一样。运行下面的命令,就可以在 centOS 7 操作系统上安装开发套件。在以后的章节里面,我们的实验都是基于 centOS 7 操作系统进行的。
yum -y groupinstall "Development Tools"
接下来,我们要开始写程序了。在 Windows 上写的程序,都会被保存成.h 或者.c 文件,容易让人感觉这是某种有特殊格式的文件,但其实这些文件只是普普通通的文本文件。因而在 Linux 上,我们用 Vim 来创建并编辑一个文件就行了。
我们先来创建一个文件,里面用一个函数封装通用的创建进程的逻辑,名字叫 process.c,代码如下:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
extern int create_process (char* program, char** arg_list);
int create_process (char* program, char** arg_list)
{
pid_t child_pid;
child_pid = fork ();
if (child_pid != 0)
return child_pid;
else {
execvp (program, arg_list);
abort ();
}
这里面用到了咱们学过的 fork 系统调用,通过这里面的 if-else,我们可以看到,根据 fork 的返回值不同,父进程和子进程就此分道扬镳了。在子进程里面,我们需要通过 execvp 运行一个新的程序。
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精选留言(75)

  • 任鹏斌 置顶
    第一次读这篇放弃了,第二次花了40分钟对着图看懂了,原来所谓看懂都是借口

    作者回复: 赞

    2019-04-28
    1
    21
  • why
    - 写代码
    - 编译成 ELF 格式的二进制文件, 有三种格式(可重定位 .o 文件; 可执行文件; 共享对象文件 .so)
    - 可重定位 .o 文件(ELF 第一种格式)
        - .h + .c 文件, 编译得到**可重定位** .o 文件
        - .o 文件由: ELF 头, 多个节(section), 节头部表组成(每个节有一项纪录); 节表的位置和纪录数由 ELF 头给出.
        - .o 文件只是程序部分代码片段
        - .rel.text 和 .rel.data 标注了哪些函数/数据需要重定位
        - 要函数可被调用, 要以库文件的形式存在, 最简单是创建静态链接库 .a 文件(Archives)
        - 通过 ar 创建静态链接库, 通过 gcc 提取库文件中的 .o 文件, 链接到程序中
        - 链接合并后, 就可以定位到函数/数据的位置, 形成可执行文件
    - 可执行文件(ELF 第二种格式)
        - 链接合并后, 形成可执行文件
        - 同样包含: ELF 头, 多个节, 节头部表; 另外还有段头表(包含段的描述, p_vaddr 段加载到内存的虚拟地址)
        - ELF 头中有 e_entry , 指向程序入口的虚拟地址
    - 共享对象 .so 文件(ELF 第三种格式)
        - 静态链接库合并进可执行文件, 多个进程不能共享
        - 动态链接库-链接了动态链接库的程序, 仅包含对该库的引用(且只保存名称)
        - 通过 gcc 创建, 通过 gcc 链接
        - 运行时, 先找到动态链接库(默认在 /lib 和 /usr/lib 找)
        - 增加了 .interp 段, 里面是 ld_linux.so (动态链接器)
        - 增加了两个节 .plt(过程链接表)和 .got.plt(全局偏移表)
        - 一个动态链接函数对应 plt 中的一项 plt[x], plt[x] 中是代理代码, 调用 got 中的一项 got[y]
        - 起始, got 没有动态链接函数的地址, 都指向 plt[0], plt[0] 又调用 got[2], got[2]指向 ld_linux.so
        - ld_linux.so 找到加载到内存的动态链接函数的地址, 并将地址存入 got[y]
    - 加载 ELF 文件到内存
        - 通过系统调用 exec 调用 load_elf_binary
        - exec 是一组函数
            - 包含 p: 在 PATH 中找程序
            - 不包含 p: 需提供全路径
            - 包含 v: 以数字接收参数
            - 包含 l: 以列表接收参数
            - 包含 e: 以数字接收环境变量
    - 进程树
        - ps -ef: 用户进程不带中括号, 内核进程带中括号
        - 用户进程祖先(1号进程, systemd); 内核进程祖先(2号进程, kthreadd)
        - tty ? 一般表示后台服务
    2019-04-17
    1
    41
  • 上善若水
    看到程序的编译链接和库的东西,我感觉很熟悉,我就想到了之前看的一本特别好的书,推荐一下《程序员的自我修养-链接、装载和库》,这本书讲的十分不错,之前毕业时我看过,读了好几遍,然后在做项目过程中给intel移植android系统到x86_64位cpu上时通过elf等知识解决了好几个bug,感觉很有成就感。

    作者回复: 这本书很赞

    2019-04-17
    1
    28
  • MJ
    理论不扎实,有点懵,老师可否推荐入门书籍,课下先补补

    编辑回复: 你可以列出来哪里不懂,老师来加餐帮你们补齐。

    2019-04-17
    2
    17
  • 亮亮
    讲的真好
    2019-04-17
    7
  • kdb_reboot
    这篇很赞,看懂了plt和got, 这篇文章堪比<<程序员的自我修养>>啊~

    作者回复: 赞

    2019-07-08
    4
  • William
    老师更多提供一个全局的视图,具体细节可以看经典的CSAPP,链接的过程讲了整整一大章。

    作者回复: 是的,是的

    2019-04-17
    4
  • 贺荣伟
    老师讲得太棒了,非常详细,非常认真,值得我们反复研读,下次打印出来文稿,放在书包里,地铁通勤路上拿出来阅读,哈哈

    作者回复: 赞

    2019-05-05
    2
  • Nick
    下面process.c中的代码有错误,判断child_pid返回值没有判断其值小于0的情况,应该是 if(pid_child > 0) {return pid_child;} else if (pid_child == 0) {execvp(program, arg_list); abort();} else if(pid_child < 0) {/*return errno */;}
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>


    extern int create_process (char* program, char** arg_list);


    int create_process (char* program, char** arg_list)
    {
        pid_t child_pid;
        child_pid = fork ();
        if (child_pid != 0)
            return child_pid;
        else {
            execvp (program, arg_list);
            abort ();
        }
    2019-04-28
    1
    2
  • 四月长安
    请问老师,不是所有进程的祖宗进程都是0号进程吗

    作者回复: 0号进程不是一个实实在在可以看到的进程

    2019-04-18
    2
  • 安排
    bash的父进程是pts?这个pts不是一个进程吧,不是一个伪终端吗?我觉得bash的父进程是sshd。

    作者回复: 伪终端也是进程呀

    2019-04-17
    2
  • 绿茶
    基本流程明白了,回头自己实践一下,提到的工具也试试,反反复复把这一篇打开了好几次,终于看完了

    作者回复: 加油,可能很多节都要看好几次

    2019-07-01
    1
  • 张阳
    没看明白 libdynamicprocess.so 最初是谁加载到内存里的?

    作者回复: 专门用于加载的那个so

    2019-06-17
    2
    1
  • 超超
    execvp函数传入的参数有误,第二个入参中不应该有"ls",它放在第一个参数中就可以了。

    作者回复: 可以有的,代码可以运行一下,这里面的代码我都运行过,都是对的

    2019-05-28
    1
    1
  • Sharry
    #### so 的编译
    动态链接库 .so 文件格式也是 ELF 类型的, 比起 .o 文件, 多了两个 section
    ```
    Section Headers:
      [Nr] Name Type Address Offset
           Size EntSize Flags Link Info Align
      ......
      [ 9] .plt PROGBITS 0000000000000530 00000530
           0000000000000010 0000000000000010 AX 0 0 16
      ......
      [19] .got PROGBITS 0000000000200fd8 00000fd8
           0000000000000028 0000000000000008 WA 0 0 8
    ```
    - .plt: 过程链接表(Procedure Linkage Table, PLT)
      - 用作占位符
    - .got.plt: 全局偏移量(Global Offset Table, GOT)
      - 存储 so 库加载到内存后真正的地址

    #### 可执行文件的编译
    当代码与动态链接库编译成可执行文件时其生成文件依旧是 elf 格式的
    ```
    Section Headers:
      [Nr] Name Type Address Offset
           Size EntSize Flags Link Info Align
      [ 0] NULL 0000000000000000 00000000
           0000000000000000 0000000000000000 0 0 0
      [ 1] .interp PROGBITS 0000000000400238 00000238
           000000000000001c 0000000000000000 A 0 0 1
           0000000000000018 0000000000000008 WA 0 0 8
      ......
    ```

    - .interp: 动态连接器 lb-linux.so, 用于运行时进行地址回填操作

    #### 可执行文件的执行
    可执行文件中的 so 库文件函数调用使用, PLT[x] 代替, 当运行时遇到 PLT[x] 代码时
    - 通过GOT[x] 中获取函数真正的地址
      - 若 GOT[x] 中的地址不存在, 这说明这个动态库还没有加载到内存
      - 此时会通过动态链接器 lb-linux.so 将函数所在的 so 库加载到内存
      - 向 GOT[x] 中回填函数地址, 下次便可以直接使用了
    - PLT[x] 便会根据函数地址执行 so 库中的函数
    2019-05-15
    1
  • 宋伟
    感觉之前的linux都白学了
    2019-04-24
    1
  • cugphoenix
    子进程都是由父进程fork出来的,fork出来之后就和父进程无关了吧?也就是父进程执行结束后,子进程还能一直存在?

    作者回复: 能一直存在

    2019-04-22
    1
    1
  • 落石
    简单说下作为一只小白的心路历程。看到11章线程 --> 进程呢? --> 回忆上一章 --> C程序的编译链接及文件格式 --> 点开10章 --> 没错是进程了 --> 线程和进程的关系? 这两章学下来,感觉收获很多,非常感谢老师,后续会具体聊下线程和进程之间的区别么?之前的理解就是线程是进程的子集,但在网上搜了一下不止于此。老师可以简单聊下这个么?

    作者回复: 线程不是进程的子集。进程是项目,线程是项目的执行。项目包含资源,也会有一个默认主线程来执行这个项目,也可以创建多个线程来执行这个项目

    2019-04-19
    1
  • 一笔一画
    child_pid = fork ();
        if (child_pid != 0)
            return child_pid;

    fork失败会返回-1,这个代码有点问题😄

    作者回复: 是的

    2019-04-18
    1
    1
  • Casper
    理论不扎实,非常的懵,老师可否推荐一些入门书籍,谢谢刘老师~

    作者回复: 操作系统的确硬核呀,加油,可能每一本都挺硬核的。课程最后有参考书列表

    2019-04-17
    1
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