1.2.2 Linux 系统的主要功能

Linux 系统为用户提供了强大的管理功能，主要包括存储管理、系统用户和用户组管理、进程管理、文件管理等。

1. 存储管理

Linux 内核采用虚拟页式存储管理，采用三级映射机制实现从线性地址到物理地址的映射。这三级映射机制包括：页面目录（PGD）、中间目录（PMD）和页面表（PT）。具体的映射过程可描述如下：

（1）从内存的CR3 寄存器中找到PGD 基地址。

（2）以线性地址的最高位段为下标，在PGD 中找到指向PMD 的指针。

（3）以线性地址的次位段为下标，在PMD中找到指向PT的指针。

（4）同理，在PT中找到指向页面的指针。

（5）线性地址的最后位段为在此页中的偏移量，这样就完成了从线性地址到物理地址的映射过程。

对于32 位的微机平台，如Intel 的X86 采用段、页式的两层映射机制，而64 位的微处理器采用三级分页技术。所以对于传统的32 位平台，Linux 采用让PMD（中间目录）全0的方式来消除中间目录域，这样就把Linux 逻辑上的三层映射模型落实到X86 结构物理上的二层映射，从而保证了Linux 对多种硬件平台的支持。

2. 用户和用户组管理

Linux 系统是一个多用户的操作系统，任何一个要使用系统资源的用户，都必须首先向系统管理员申请一个账号，然后以这个账号的身份进入系统。用户的账号一方面可以帮助系统管理员对使用系统的用户进行跟踪，并控制他们对系统资源的访问；另一方面也可以帮助用户组织文件，并为用户提供安全性保护。每个用户账号都拥有一个唯一的用户名和口令。用户在登录时输入正确的用户名和口令后，就能够进入系统和自己的主目录。

实现 Linux 用户账号的管理，要完成的工作主要有以下几个方面：

用户账号的添加、删除与修改。

用户口令的管理。

用户组的管理。

3. 进程管理

Linux 是一个多用户、多任务的分时操作系统。多用户是指多个用户可以在同一时间使用计算机系统；多任务是指Linux 可以同时执行多个任务，它可以在还未执行完一个任务时又执行另一项任务。

操作系统管理着多个用户的请求和多个任务的执行。我们知道，大多数系统都只有一个CPU和一个主存，但可能有多个二级存储磁盘和多个输入/输出设备。

操作系统管理这些资源，并在多个用户间共享资源，当某一个用户提出一个请求时，好像系统只被该用户独自占用。而实际上操作系统监控着一个等待执行的任务队列，这些任务包括用户作业、操作系统任务、系统中断等。

操作系统根据每个任务的优先级别，为它们分配合适的时间片段，每个时间片段大约有零点几毫秒，这足够计算机完成成千上万的指令。每个任务都会被系统运行一段时间，然后挂起，系统转而去处理其他任务；过一段时间以后再回来处理这个任务，直到该任务完成，才从任务队列中删除。

在 Linux 操作系统中，任务被称之为“进程”。进程在其一生中存在多个状态，正是操作系统管理着进程在多个状态之间的轮换，并控制着多个进程之间协调有序地执行。

4. 文件管理

Linux 的文件类型包括文本文件、二进制文件、目录文件、链接文件、设备文件和管道文件等。

Linux 最重要的特征之一就是支持多种不同类型的文件系统。为了支持多种文件系统，Linux 用一个被称为虚拟文件系统（VFS）的接口将真正的文件系统同操作系统及其服务器分离开来，它能掩盖不同文件系统之间的差异，使所有的文件系统在操作系统和用户程序看起来都是相同的。可以说，在Linux中，用户所有的操作都可以看做是对操作系统中文件的操作。

由于Linux 是一个多用户的操作系统，这就要考虑安全性的问题。文件权限是操作系统安全性的一个重要因素。Linux 文件的权限有3 种：读、写和执行。读权限允许用户查看文件的内容，对目录文件来说，读权限允许用户列出目录中的内容；写权限允许用户写和修改文件，对目录文件来说，写权限允许用户在这个目录中创建新的文件或删除文件；执行权限允许用户运行文件，对目录文件来说，执行权限允许用户进入和退出该目录。

另外，在Linux 中，一个分离的文件系统不是通过设备标识（驱动器号）来访问的，而是把它合并到一个单一的目录树结构中去，通过目录来实现访问。