第二章 Linux系统-系统接口管理

操作系统接口时架构在硬件上的第一层软件，时计算机底层硬件和用户之间的接口，利用操作系统才能使用应用程序（或用户）对系统硬件的访问。任何操作系统都会想上层提供接口，操作系统接口是方便用户使用计算机系统的关键。操作系统的接口分为用户接口和程序接口两大类，用户接口又包括命令接口和图形接口。

**命令接口：**操作系统提供的一组连接命令接口，用户通过输入相关命令，获得操作系统的服务，控制用户程序的执行。
**图形接口：**通过突变、窗口、菜单等形成直观易懂、使用方便的计算机操作环境，以鼠标驱动的方式使用系统的用户界面。
**程序接口：**有一组系统调用命令组成的，这些命令可供应用程序使用，使程序员访问系统资源，系统调用是操作系统提供给应用程序访问系统资源的唯一接口，每个系统调用都是一个能完成功能的子程序。

1.Shell命令接口

Shell是Linux操作系统的最外层，也称为外壳。一方面它可以作为操作系统的命令接口，以交互的方式解释和执行用户输入的命令，或自动解释和执行预先设定好的一连串命令，实现用户与计算机的交互。另一方面，Shell也能用作解释性的编程语言。Linux下的Shell命令接口由一组命令和命令解释程序Shell组成。

Shell来源于UNIX系统，在UNIX诞生之初，只配有一个命令解释器，它用于解释和执行用户的命令。1979年，贝尔实验室的Bourne开发出第一个Shell程序—B Shell（bsh），20世纪80年代，Bill Joy开发了C Shell（csh）。在此后很长一段时间，人们用B Shell来编程，C Shell来实现交互。后来贝尔实验室的大卫.科恩开发了K Shell，它融合了B Shell和C Shell的特点，广受用户的欢迎。

还有一种Shell版本尤为著名，就是Bourne Again Shell（bash）。bash是GNU计划的一部分，用于替代B Shell，它用于基于GNU的Linux系统。常见的Shell版本有：

bsh：最经典的Shell，每种Linux、UNIX都可用；
csh：其语法与C语言相似，交互性更好；
ksh：结合了csh和bsh的优点；
tcsh：csh的扩展；
bash：bsh的扩展，结合了csh和ksh的优点；
zsh：结合了bash、tcsh的许多功能。

大多数的Linux系统默认使用bash。Linux常用的shell可以通过/etc/shells文件查看：

cat /etc/shells

2.GNOME桌面环境

1999年，墨西哥程序员Miguel开发了Linux下的桌面GNOME1.0。GNOME是基于GPL的完全开放的软件，可以让用户容易地使用和配置计算机。GNOME遵照GPL许可发行，得到Red Hat等公司的大力支持，成为了众多Linux发行版默认安装的桌面环境，GNOME即GNU网络对象模型环境（GNU Network Object Model Environment）。

GNOME的官方网站为：www.gnome.org。Ubuntu20使用了GNOME3.38版本作为默认的桌面环境。在GNOME模式下，桌面主要由3部分组成：状态栏、dock面板（任务栏）、桌面区。

GNOME下的快捷键：

快捷键	作用
Super（Windows）	打开活动搜索
Ctrl+Alt+T	打开一个或多个命令行窗口
Super+L(Ctrl+Atl+L)	锁屏
Super+D(Ctrl+Alt+D)	最小化所有程序，显示桌面
Super+A	显示应用菜单
Super+Tab(Alt+Tab)	在运行间的应用程序间切换
Super+方向键	移动窗口位置
Super+M(Super+V)	切换到状态栏，并显示日期
Super+空格	切换输入法
Ctrl+Q（Ctrl+W）	关闭应用程序窗口
Ctrl+Alt+方向键	切换工作区
Ctrl+Alt+DEL	注销系统

3.登录、注销、关机和重启

3.1.登录系统

Linux是一个多用户、多任务的操作系统，本机用户和任何访问该系统的合法用户都拥有一个账号，通过用户名+密码的方式进行登录验证，验证通过后就能进入系统。

Linux的超级用户为root（根用户），相当于Windows中的Administrator，对系统有完全的控制权。Ubuntu默认以普通用户登录，Linux采用软件的方式，在一个物理控制台上虚拟了多达12各控制台，包括6个字符控制台和6个图形控制台，控制台之间可以通过Ctrl+Alt+Fn组合键来切换，其中F1-F6为字符控制台，F7对应图形控制台（默认启动显示器显示F7）。

Linux除了控制台登录外，还可以远程登录，常用的远程登录工具有MobXterm、XShell等。

3.2.注销系统

除了上述的快捷键Ctrl+ALT+DEL来注销用户之外，我们还可以通过面板的向下箭头来注销用户或关机。

3.3.关机和重启

关于关机和重启，除了在图形控制台控制之外，我们一般采用命令的方式来操作这一功能。

poweroff							# 关机
reboot								# 重启
halt								# 挂起

除了上述命令外，还有其他的命令用来关机或重启，比如"shutdown"，而且它还有很多拓展功能：

shutdown -h now					// 立即关闭系统
shutdown -r now					// 立即重启系统
shutdown -h +5					// 	5分钟后关机
shutdown -r +10 'The system will be rebooted'		// 10分钟后重启，同时通知其他用户

对于延时关机或重启操作，必要时可执行“shutdown -c”命令或按下“Ctrl+C‘取消：

shutdown -c					// 取消延时关机或重启

4.系统调用

操作系统作为系统软件，它的任务是为用户的应用程序提供良好的运行环境。因此，操作系统内核提供了一些列内核函数，通过一组称为系统调用的接口提供给用户使用。系统调用的作用是把应用程序的请求传递给系统内核，然后调用相应的内核函数完成所需的处理，最终将处理的结果返回给用户的应用程序。所以说，系统调用是应用程序和系统内核之间的接口。

系统调用在系统中的主要作用如下：

控制硬件。如把用户程序的运行结果写入文件，可以利用write系统调用来实现。由于文件所在的介质必然是磁盘等硬件设备，所以该系统调用就是对硬件实施的控制。
设置系统状态或读取内核数据。如系统时钟就属于内核数据，要想在用户程序中显示系统时钟，就必须通过读取内核数据来实现，这通过time系统调用来处理。
进程管理。如在应用程序中要创建子进程，就需要利用fork系统调用来实现。

在Linux中常用的系统调用按照功能可分为进程控制、文件系统控制、存储管理、网络管理、socket控制、用户管理和进程管理8类。

常用的进程控制类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
fork	创建子进程	getpriority	获取调度优先级
clone	按指定条件创建子进程	setpriority	设置调度优先级
execve	运行可执行文件	pause	挂起进程，等待信号
exit	终止进程	wait	等待子进程终止
getpid	获取进程标识号

常用的文件系统控制类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
open	打开文件	mkdir	创建目录
create	创建新文件	symlink	创建符号链接
read	读文件	mount	安装文件系统
write	写文件	umount	卸载文件系统
truncate	截断文件	ustat	获取文件系统信息
chdir	改变当前工作目录	utime	改变文件的访问修改时间
stat	获取文件状态信息

常用的系统控制类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
_sysctl	读写系统参数	getrusage	获取系统资源使用情况
uselib	选择要使用的二进制函数库	reboot	重新启动
swapon	打开交换文件和设备	sysinfo	获取系统信息
alarm	设置进程闹钟	stime	设置系统日期和时间
time	获取系统时间	times	获取系统运行时间
uname	获取当前UNIX系统的名称、版本、和主机等信息

常用的存储管理类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
mlock	内存页面加锁	mremap	重新映射虚拟内存地址
munlock	内存页面解锁	msync	将映射内存中的数据写回磁盘
mlockall	调用进程所有内存页面加锁	mprotect	设置内存映像保护
munlockall	调用进程所有内存页面解锁	getpagesize	获取页面大小
mmap	映射虚拟内存页	sync	将内存缓冲区数据写回硬盘
munmap	接触内存页映射	cacheflush	将指定缓冲区的内容写回磁盘

常用的网络管理类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
getdomainname	获取域名	sethostid	设置主机标识号
setdomainname	设置域名	gethostname	获取主机名称
gethostid	获取主机标识号	serhostname	设置主机名称

常用的socket控制类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
socketcall	socket系统调用	listen	监听socket端口
socket	建立socket	select	对多路同步I/O进行轮询
bind	绑定socket到端口	shutdown	关闭socket上的连接
connect	连接远程主机	getsockname	获取本地socket名字
accept	响应socket连接请求	getsockopt	获取端口参数
send	通过socket发送信息	setsockopt	设置端口参数
recv	通过socket接收信息

常用的用户管理类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
getuid	获取用户标识号	setuid	设置用户标识号
getgid	获取组标识号	setgid	获取组标识号
setregid	分别设置真实、有效的组标识号	setreuid	分别设置真实、有效的用户标识号
getresgid	分别获取真实、有效的和保存过的组标识号	setresgid	分别设置真实、有效和保存过的组标识号
getresuid	分别获取真实、有效和保存过的用户标识号	setresuid	分别设置真实、有效和保存过的用户标识号

常用的进程通信类系统调用如下：

系统调用	功能	系统调用	功能
sigaction	设置对指定信号的处理方法	pipe	创建管道
sigpending	为指定的被阻塞信号设置队列	semctl	信号量控制
sigsuspend	挂起进程，等待特定信号	semop	信号量操作
kill	向进程或进程组发信号	shmctl	控制共享内存
msgctl	消息控制	shmget	获取共享内存
msgget	获取消息队列	shmat	连接共享内存
msgsnd	发消息	shmdt	拆卸共享内存
msgrcv	收消息

**示例1：**获取当前进程的标识号，通过系统调用getpid来实现，我们在当前目录下创建getpid.c文件，文件内容如下：

# include <syscall.h>
# include <unistd.h>
# include <stdio.h>
# include <sys/types.h>

main() {
	long i;
	i = getpid();
	printf("getpid()=%ld\n",i);

}