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雖然計算機相關(guān)專業(yè)，操作系統(tǒng)和計算機組成原理是必修課。但是大學時和真正從事相關(guān)專業(yè)工作之后，對于知識的認知自然會發(fā)生變化。還很有可能，一輩子呆在學校的老師們只是照本宣科，自己的理解也不深。所以今天我站在真正排查解決問題時的需要層面，用白話說一說linux操作系統(tǒng)的那些知識。
本文整體采用的是類似遞歸調(diào)用的遞進式結(jié)構(gòu)。
linux內(nèi)核的本質(zhì)
簡單來說如上圖所示，咱們平時的應(yīng)用程序或者linux命令要和操作系統(tǒng)打交道，都要經(jīng)過一個叫做linux內(nèi)核的軟件。所有的硬件操作都需要通過他。就像古代女子出嫁，都要有媒人。
雖然現(xiàn)在都是婚姻自由，沒有父母之命媒妁之言那一套。其實在古代，媒人對于整個古代歷史上的婚姻而言，起到的正向的作用?，F(xiàn)在社會欺騙的婚姻也不少。而古代媒人都要是對兩家熟悉，或者做過背調(diào)，掌握了情況的人。多數(shù)都是門當戶對，除了個別婚前就心有所屬的，大多數(shù)還是過得很幸福的。畢竟多數(shù)人的標準都差不多：好看就行。我覺得自己老公長得就挺好看，只是出去打聽了一下，95%的人不這么認為
本文不是為封裝制度正名。想表達的是：媒人最初是一種保護機制。而linux之父林納斯最初設(shè)計linux內(nèi)核也是設(shè)計成一種保護機制。
為什么說linux內(nèi)核是一種保護機制呢，這要從馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)說起。
馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)
馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)的要點是：
計算機的數(shù)制采用二進制。計算機應(yīng)該按照程序順序執(zhí)行。它采用存儲程序方式，指令和數(shù)據(jù)不加區(qū)別，混合存儲在同一個存儲器中。數(shù)據(jù)和程序在內(nèi)存中是沒有區(qū)別的，它們都是內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。當EIP指針指向哪，CPU就加載哪段內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。如果是不正確的指令格式，CPU就會發(fā)生錯誤中斷。
這里提到計算機是在順序的執(zhí)行指令，但是咱們明明可以一邊聽歌一邊敲代碼。這個除了在目前多CPU架構(gòu)下可以實現(xiàn)，之前單CPU下也可以實現(xiàn)。因為有時鐘分片。如果沒有插入優(yōu)先級高的任務(wù)，cpu會在均勻的執(zhí)行多項任務(wù)分片。因為CPU執(zhí)行速度快，人可能完全感覺不到實際上是斷續(xù)執(zhí)行的。
不過我記得上大學的時候，03年我買了一臺筆記本用來打魔獸。當時可是用的市面上的頂配呢。有時候還是會一卡一卡的?？梢郧猩砀惺艿綍r鐘分片。
如果出現(xiàn)錯誤，可以通過中斷來處理。中斷也需要等待時鐘分片。好在linux內(nèi)核的分片十分合理，讓中斷可以及時響應(yīng)。
在現(xiàn)代CPU的保護模式中，每個內(nèi)存段都有其描述符。這個描述符記錄著這個內(nèi)存段的訪問權(quán)限。在《接下來一段時間會對大家進行網(wǎng)絡(luò)通信的魔鬼訓練-理解socket》里我就提到過文件描述符。這里稍詳細的解釋下。
文件描述符
linux系統(tǒng)中，一切皆文件。文件描述符是一個索引值，指向內(nèi)核為每一個進程所維護的該進程打開文件的記錄表。當程序打開一個現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個新文件時，內(nèi)核向進程返回一個文件描述符。在程序設(shè)計中，一些涉及底層的程序編寫往往會圍繞著文件描述符展開。
文件描述符、文件、進程間的關(guān)系
1.描述：
每個文件描述符會與一個打開的文件相對應(yīng)
不同的文件描述符也可能指向同一個文件
相同的文件可以被不同的進程打開，也可以在同一個進程被多次打開
2.系統(tǒng)為維護文件描述符，建立了三個表
進程級的文件描述符表
系統(tǒng)級的文件描述符表
文件系統(tǒng)的i-node表
3.通過這三個表，認識文件描述符
在進程A中，文件描述符1和30都指向了同一個打開的文件句柄（#23），這可能是該進程多次對執(zhí)行打開操作
進程A中的文件描述符2和進程B的文件描述符2都指向了同一個打開的文件句柄（#73），這種情況有幾種可能，1.進程A和進程B可能是父子進程關(guān)系;2.進程A和進程B打開了同一個文件，且文件描述符相同（低概率事件=_=）；3.A、B中某個進程通過UNIX域套接字將一個打開的文件描述符傳遞給另一個進程。
進程A的描述符0和進程B的描述符3分別指向不同的打開文件句柄，但這些句柄均指向i-node表的相同條目（#1936），換言之，指向同一個文件。發(fā)生這種情況是因為每個進程各自對同一個文件發(fā)起了打開請求。同一個進程兩次打開同一個文件，也會發(fā)生類似情況。
文件描述符限制
有資源的地方就有戰(zhàn)爭，文件描述符也是一種資源，系統(tǒng)中的每個進程都需要有文件描述符才能進行改變世界的宏圖霸業(yè)。世界需要秩序，于是就有了“文件描述符限制”的規(guī)定。
如下表：
查看文件描述符限制也可以使用linux命令。
找到需要檢查的進程id
查看該進程的資源，比如fd 是描述符，limits是限制。
查看該進程的限制，如圖，在 Max open files 那一行，可以看到當前設(shè)置中soft最大文件描述符的數(shù)量為1024。
在《提供一個排查性能問題的思路》里，我就提到過解決過too many open files問題。咱們今天來實際理解一下。執(zhí)行下面命令：
這就是一個進程實際占用的文件描述符和文件描述符數(shù)。超過系統(tǒng)設(shè)定值就會發(fā)生too many open files異常。這里大家應(yīng)該可以切實理解一個文件描述符就是一個文件，文件描述符占用超限就是too many open files啦。
特殊的文件描述符
有三個特殊的文件描述符，分別是0、1、2，對應(yīng)每個進程的標準輸入、標準輸出和錯誤輸出。每個進程啟動時，操作系統(tǒng)就會給它分配這三個標準的文件描述符。咱們平時用的console控制臺就是通過讀寫這三個文件來實現(xiàn)滴。
linux基礎(chǔ)里有介紹怎么重定向，下面一條命令可以將標準輸出1和錯誤輸出2重定向到一個文件：
總結(jié)
linux的內(nèi)存分段、中斷機制和文件描述符限制都是內(nèi)核的保護機制。當然這并不全面，還有其他機制。
本文轉(zhuǎn)自：https://www.cnblogs.com/xiexj/archive/2022/01/20/15825930.html
