《UNIX应用与开发》课件

《应用与开发》UNIX简介UNIXUNIX是一个多用户、多任务、支持多线程的通用操作系统，具有良好的可移植性，广泛应用于服务器、工作站、嵌入式系统等领域UNIX的核心思想是“一切皆文件”，它将各种资源，包括硬件设备、软件程序和数据文件，都统一地用文件来表示，并提供了一套统一的操作方式的历史UNIX起源UNIX诞生于20世纪60年代末，由贝尔实验室的肯·汤普森和丹尼斯·里奇创建发展它在70年代迅速流行，并被广泛用于学术界和工业界分支UNIX经历了许多分支和衍生版本，例如BSD、Solaris、Linux等影响UNIX对现代操作系统、网络和编程语言的发展产生了深远的影响的特点UNIX多任务处理层次结构支持多个用户同时使用系统，并允许采用树状文件系统，方便组织和管理用户同时运行多个程序文件安全可移植性提供用户权限控制，保障系统安全可以在多种硬件平台上运行，适应性强的体系结构UNIX内核文件系统工具ShellUNIX系统核心，管理系统资命令解释器，用户与内核交互组织文件和目录，提供数据存各种命令和工具，用于管理系源，提供基本服务的接口储和访问方式统、执行任务和开发应用程序的内核UNIX核心组件系统调用接口12它是操作系统的心脏，负责管为用户程序提供访问系统资源理系统资源和执行用户程序的接口，包括文件系统、网络通信、内存管理等进程调度器内存管理34负责分配处理器时间片给不同负责管理系统内存，为进程分的进程，以实现多任务处理配和回收内存空间的文件系统UNIX树形结构层次化所有文件和目录都组织成一个树文件和目录可以嵌套在其他目录形结构，从根目录开始中，形成一个层次化的文件系统统一命名空间所有文件和目录都使用相同的命名空间，方便用户访问和管理的用户管理UNIX用户账户用户组权限控制每个用户都有一个唯一的账户，包含用户用户可以被分配到不同的用户组，每个组用户和组的权限控制决定了他们对系统资名、密码和权限信息拥有特定的权限和资源访问源的访问和操作权限的进程管理UNIX进程创建进程终止使用fork系统调用创建新的进程进程可以使用exit或其他信号终止自身进程调度进程通信内核根据优先级和时间片分配处理器使用信号、管道、消息队列等方式进资源行进程间通信的内存管理UNIX虚拟内存内存分配内存保护UNIX使用虚拟内存技术，允许程序使用UNIX提供了多种内存分配机制，包括UNIX通过使用页表和保护机制来保护内比实际物理内存更多的内存空间这使malloc和free函数，以及mmap函存，防止程序之间相互干扰得程序可以运行得更大，而且可以在多数用于内存映射文件个程序之间共享内存空间的设备管理UNIX磁盘管理网络管理打印管理UNIX将磁盘视为文件，方便了文件系统管UNIX提供了网络接口和协议，支持各种网UNIX支持多种打印机，并提供打印队列和理络服务作业管理的输入输出系统UNIX标准输入输出文件I/O设备I/OUNIX提供了标准输入stdin、标准输出UNIX支持文件系统的操作，包括打开、关UNIX将设备抽象为文件，使得程序可以像stdout和标准错误输出stderr用于程闭、读写文件，以及文件属性的管理访问文件一样访问设备，例如键盘、显示序与用户交互器和打印机的网络通信UNIX网络协议套接字编程网络管理工具123UNIX系统支持多种网络协议，包括提供丰富的套接字编程接口，用于实提供多种网络管理工具，例如ping、TCP/IP、UDP等现网络应用程序netstat、ifconfig等的编程环境UNIX编译器命令行界面调试工具GCC,Clang,等编译器支持多种编程语言，Bash、Zsh等Shell提供强大的命令行交互功GDB、LLDB等调试器帮助开发人员定位代如C、C++、Java等能，方便用户操作系统码错误并进行修复的编程接口UNIX系统调用库函数API文档提供对操作系统内核的直接访问，例如文件封装了常用的系统调用，简化了编程任务，详细描述了编程接口的功能、参数和返回操作、进程管理和网络通信并提供更高层次的抽象值，帮助开发者理解和使用接口的系统调用UNIX内核接口系统服务应用程序与操作系统内核交互的提供各种系统功能，例如创建进桥梁，提供对系统资源的访问权程、打开文件、读取数据、写入限，例如文件、内存、进程等数据等底层操作实现诸如文件系统操作、内存管理、进程管理等底层任务的进程间通信UNIX管道消息队列信号量共享内存管道是一种最简单的进程间通消息队列允许进程之间通过一信号量用于同步进程，并提供共享内存允许进程直接访问同信机制，允许进程通过一个共个共享的队列进行异步消息传进程之间互斥访问共享资源的一块内存区域，提供高效的数享的管道进行数据传输递机制据共享机制的线程编程UNIX轻量级进程并发执行资源共享线程是轻量级的进程，共享相同的地线程允许在一个进程中同时执行多个线程之间可以方便地共享数据和资址空间和资源，但拥有独立的执行上任务，提高了程序的并发性能源，简化了进程间通信下文的信号处理UNIX异步事件信号类型信号处理程序信号是UNIX系统中用于处理异步事件的机UNIX系统中定义了许多不同的信号，例如进程可以为每个信号设置一个处理程序，制当一个信号被发送到一个进程时，该SIGKILL、SIGINT、SIGTERM等，每个信当信号被发送到该进程时，就会执行该处进程会中断其当前执行的代码，并开始执号都代表着不同的事件，例如程序终止、理程序处理程序可以忽略信号，执行默行相应的信号处理程序中断、定时器超时等认操作，或者执行自定义的代码的定时器管理UNIX定时器概述定时器类型12UNIX系统提供定时器机制，用常见的定时器类型包括间隔定于在指定时间或经过指定时间时器和绝对定时器，分别用于间隔后执行特定任务周期性任务和一次性任务定时器函数信号处理34常用的定时器函数包括定时器到期后，会发送alarm、setitimer和SIGALRM信号，程序可以通过timer_create，分别用于设置信号处理函数来响应定时器的一次性定时器、周期性定时器到期和更灵活的定时器的锁机制UNIX互斥锁信号量条件变量防止多个进程同时访问共享资源控制对共享资源的访问，允许多个进程访允许进程等待特定条件，例如共享资源变为问，但限制最大并发访问数可用的内存映射UNIX共享内存文件映射进程间共享数据，提高效率将文件内容映射到内存，方便访问虚拟内存将硬盘空间作为虚拟内存，扩大可用内存的文件UNIX I/O文件操作目录操作打开、关闭、读取、写入、定位等操创建、删除、重命名、遍历等操作作管道操作进程间数据传递的机制的套接字编程UNIX网络通信编程接口套接字是一种基于网络的通信机制，UNIX提供了一套丰富的套接字编程接允许应用程序在不同主机之间交换数口，允许程序员使用各种协议进行网据络通信服务器和客户端套接字编程可用于构建各种网络应用程序，包括服务器和客户端应用程序的并发编程UNIX进程线程UNIX中的进程是程序执行的基本线程是进程中的轻量级执行单单元，支持多进程编程，允许程元，共享进程的资源，提高程序序同时执行多个任务的效率和响应速度同步与互斥信号量与互斥量并发编程需要处理多个线程或进UNIX提供了信号量和互斥量等机程之间的同步和互斥问题，确保制，用于实现线程或进程间的同数据的一致性和程序的正确性步和互斥，协调多个任务的执行的多任务处理UNIX时间片轮转进程切换进程创建UNIX使用时间片轮转算法，将CPU时间分操作系统通过进程切换机制，在不同任务之UNIX提供fork系统调用，允许程序创建新的配给多个任务，以实现并发执行间快速切换，营造出同时运行多个任务的假进程，以便同时执行多个任务象的系统管理UNIX系统性能监控用户管理监控CPU使用率、内存使用率、磁盘空间、网络流量等关键添加、删除用户，设置用户权限和密码指标进程管理安全管理启动、停止、重启系统服务和进程，并查看进程运行状态设置系统安全策略，安装防火墙，配置安全审计日志的性能优化UNIX系统调优资源监控负载均衡缓存技术优化内核参数，例如内存管监控CPU、内存、磁盘和网络将请求分布到多个服务器上，使用缓存技术来减少磁盘读取理、进程调度和网络配置，以的使用情况，识别性能瓶颈并以减轻单个服务器的负载，提和网络传输，加快数据访问速提高系统性能进行优化高系统响应速度度的安全机制UNIX用户身份验证访问控制用户通过用户名和密码进行身份权限机制限制用户对特定文件、验证，以确保只有授权用户才能目录和命令的访问权限，以防止访问系统资源未经授权的访问审计跟踪系统记录用户活动，包括登录、文件访问和命令执行，以便进行安全事件分析的移植性UNIX跨平台兼容标准化规范开源社区贡献UNIX的设计理念强调可移植性，使其能够POSIX标准为UNIX系统提供了统一的接口开源版本的UNIX系统，如Linux，拥有庞在各种硬件平台上运行，从大型机到个人和规范，确保应用程序可以在不同的平台大的开发人员社区，不断优化和改进其移电脑上顺利运行植性的未来发展UNIX云计算1云计算将继续推动UNIX的发展，提供更强大的计算能力和灵活的部署方式容器化2容器技术将使UNIX应用程序更易于移植和管理，提高开发效率人工智能3人工智能将为UNIX系统带来新的应用场景，例如自动化的系统管理和安全监控总结与展望UNIX的优势未来的发展方向稳定、可靠、安全、可移植性云计算、大数据、人工智能等领强，适合各种应用场景域，持续创新，保持竞争力。