inux 内核基础：从概念到实践

最新推荐文章于 2025-12-01 21:34:37 发布

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#linux #架构 #面试 #嵌入式硬件 #学习

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1. 引言

Linux 内核是操作系统的核心，负责进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动和网络通信。深入理解 Linux 内核不仅有助于系统开发、优化，还能提升对操作系统原理的掌握。

本篇文章将详细介绍 Linux 内核的五大核心模块，并结合优化的逻辑架构图，帮助读者建立完整的知识体系。同时，我们还将提供一些高质量的面试题，并给出详细解答。

在这里插入图片描述

2. Linux 内核基础结构

Linux 内核的主要模块包括：

进程管理（Process Management）
内存管理（Memory Management）
文件系统（File System）
设备驱动（Device Drivers）
网络栈（Networking Stack）

这些模块共同构成了 Linux 内核的核心功能，各模块之间既相互独立又紧密协作。

8. 经典面试题及答案

8.1 进程管理

进程和线程的区别？

进程是操作系统分配资源的基本单位，每个进程都有独立的内存空间。
线程是进程内部的执行单元，多个线程共享同一进程的内存空间。

示例代码：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
void *print_message(void *arg) {
    printf("线程执行: %s\n", (char *)arg);
    return NULL;
}
int main() {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, print_message, "Hello Thread");
    pthread_join(thread, NULL);
    return 0;
}

fork() 和 exec() 的区别？
- fork() 创建一个新的子进程，子进程与父进程共享相同的代码。
- exec() 用新程序替换当前进程映像。
示例：
```
pid_t pid = fork();
if (pid == 0) {
    execlp("ls", "ls", "-l", NULL);
}
```
僵尸进程是什么，如何避免？
- 僵尸进程是父进程未回收的已终止子进程。
- 可以通过 waitpid() 使父进程回收子进程资源。
示例：
```
int status;
waitpid(child_pid, &status, 0);
```

8.2 内存管理

mmap() 的作用是什么？

mmap() 用于将文件映射到进程地址空间，提高 I/O 速度。

示例：

int fd = open("file.txt", O_RDONLY);
char *data = mmap(NULL, 4096, PROT_READ, MAP_PRIVATE, fd, 0);

Linux 如何管理 Swap？
- Swap 用于在物理内存不足时将数据换出到磁盘。
- 相关命令：
```
swapon -s
free -h
```

8.3 设备驱动

insmod 和 modprobe 的区别？
- insmod 直接加载 .ko 内核模块。
- modprobe 会解析依赖关系并加载所需的模块。
示例：
```
insmod mydriver.ko
modprobe mydriver
```
设备树（Device Tree）是什么？
- 设备树用于描述嵌入式设备的硬件信息。
- 设备树文件 .dts 通过 dtc 编译成 .dtb。
示例：
```
dtc -I dts -O dtb my_device.dts -o my_device.dtb
```

8.4 网络栈

什么是 TCP 三次握手？
- 第一步：客户端发送 SYN。
- 第二步：服务器返回 SYN-ACK。
- 第三步：客户端发送 ACK，连接建立。
示例：
```
sudo tcpdump -i eth0 port 80
```
Linux 如何查看和调试网络连接？
- netstat 或 ss 查看端口状态。
- tcpdump 抓取网络数据包。
示例：
```
netstat -tulnp
tcpdump -i eth0 port 22
```