图解Linux系统的系统架构

下面是对“图解Linux系统的系统架构”的完整攻略的详细讲解：

系统架构的概述

首先，我们需要了解Linux系统的基本架构。Linux是一种典型的“分层架构”操作系统，操作系统的各个组件都分布在不同的层级中，各个层级之间通过一些接口进行交互。

内核层

最底部是内核层，也被称为系统核心层，提供了一系列底层服务，如进程管理、内存管理、文件系统管理、设备驱动等。该层中的代码都运行在“特权模式”下，只有内核才能够执行。

系统调用库层

系统调用库层位于内核层之上，主要提供了一系列通用的系统调用，并为上层应用程序提供了一个与内核交互的接口，包括进程管理、文件管理、网络管理等。

标准库层

标准库层位于系统调用库层之上，主要包含C语言标准库和C++ STL库，提供了一系列高级和通用的编程接口，使得开发者可以更方便地编写程序。

命令行环境层

命令行环境层是Linux的一个特色，也称为Shell层，提供了一套简单而强大的命令行接口，使得用户可以直接通过命令与操作系统进行交互。

图形用户界面层

最顶部是图形用户界面层，提供了视觉化的用户界面，使得用户通过鼠标和键盘等操作方式与系统进行交互。

整个系统大致的层次结构如下图所示：

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|  图形用户界面层  |
+-----------------------+
|  命令行环境层       |
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|  标准库层               |
+-----------------------+
|  系统调用库层       |
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|  内核层                   |
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系统架构的示例说明

示例1：执行一个命令的过程

让我们假设用户在命令行界面中输入了一个命令，比如ls -l /，这个命令的意思是列举根目录下的所有文件并以详细信息的方式显示。

系统会先将“ls”这个命令解析出来，然后去查找该命令所对应的可执行文件，在终端中输入which ls，可以看到该命令所在的位置是/usr/bin/ls。

那么系统会通过系统调用fork创建一个新的进程，并调用execve函数启动/usr/bin/ls程序，让其去运行。

/usr/bin/ls程序运行完毕后，会向终端输出列举的结果，最后进程退出。遵循开放文件描述符的机制，任何被打开的输入输出都属于文件描述符。所以终端会从标准输出中读出来，展示到用户面前。

示例2：读取一个文件的过程

假设在程序中需要打开一个文件进行读取。先要打开文件，可以通过文件系统调用open来实现，该调用会返回一个文件描述符。接下来程序会读取该文件，可以通过读取文件描述符实现。最后，程序可以通过close系统调用来关闭该文件。

总的过程如下:

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|  程序                                                          |
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|  文件系统调用库层        |  打开文件‘/home/username/example.txt’         |
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|  内核层                                                          |
+----------------------------------------------------------------------------------+
|  文件系统                           |  返回文件描述符，且在文件表中对该打开文件进行记录               |
+----------------------------------------------------------------------------------+
|  文件系统调用库层        |  在文件描述符上调用文件I/O系统调用                                |
+----------------------------------------------------------------------------------+
|  文件系统                           |  从文件中读取数据，然后通过文件描述符写返回给进程              |
+----------------------------------------------------------------------------------+
|  文件系统调用库层        |  关闭文件                                                     |
+----------------------------------------------------------------------------------+
|  内核层                                                          |
+----------------------------------------------------------------------------------+
|  文件系统                           |  从进程记录表中删除对该文件的记录                                |
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这就是执行读取文件操作的整个过程。

通过以上的两个示例，可以更清晰地了解Linux系统的基本架构，以及各个层级之间的交互方式。