全面講解Linux系統多用戶的特點
在學習Linux系統中，我們經常會看到多用戶這個詞，你了解Linux系統多用戶的特點么？這里為你介紹Linux系統多用戶的特點。多用戶是指系統資源可以被不同用戶各自擁有使用，即每個用戶對自己的資源（例如：文件、設備）有特定的權限，互不影響。因此多用戶特性變成了衡量操作系統好壞的重要標準，如何保障用戶公平的使用系統也成了系統設計者必須要考慮的問題。
為了實現多用戶特性，Linux系統將進程的生存周期劃分為4種狀態：
（1）進程正在用戶態下執行；
（2）進程正在核心態下執行；
（3）進程未正在執行，但是它已準備好——一旦調度程序選中了它，它就可以投入運行。很多進程可以處于這一狀態，而調度算法決定哪個進程將成為下一個執行的進程；
（4）進程正在睡眠。
4種狀態的轉換并不是任意的，而是一個有向圖。狀態轉換圖如下所示：
因為任何時刻一個處理機僅能執行一個進程，所以至多有一個進程可以處在***種狀態和第二種狀態。這兩個狀態相應于兩種執行態：用戶態和核心態。劃分這兩個級別主要是對系統提供保護，核心態可以執行一些特權指令和進入用戶態，而用戶態則不能。核心態與用戶態的劃分為Linux多用戶特性提供了保證。
Linux中大部分的系統調用包含在Linux的libc庫中，通過libc調用方法可以調用這些系統調用。因此，當用戶進程需要使用系統資源時（如文件、顯示器輸出、打印機輸出等），會通過調用標準C函數庫中的函數實現相應功能（如open打開文件、printf進行顯示器輸出等）。系統調用的激活有兩種方法：system_call函數和lcall7調用門(call gate)。還有一種syscall函數，是通過調用lcall7實現的，所以不算作一種特有的方法。對于內部代碼來說，system_call是所有系統調用的入口點，lcall7用來支持iBCS2（Inter二進制兼容規范標準的版本2，這里不作討論）。用戶進程通過libc激活system_call,該libc會把自己希望傳遞的參數裝載到CPU寄存器中，并觸發0x80軟件中斷，即Int $0x80。這個過程檢查系統調用號，這個號碼告訴內核進程請求哪種服務。然后，它查看系統調用表(sys_call_table)找到所調用的內核函數入口地址。接著，就調用函數完成相應功能，等返回后，做一些系統檢查，***返回到進程（或到其他進程，如果這個進程時間用盡）。這便是用戶進程進行系統調用的整體過程。
在一個分時系統中如Linux， 幾個進程能同時進行，并且它們可能都進行了系統調用。內核將通過禁止任意的上下文切換和控制中斷的發生保護核心態下運行的一致性。僅當進程從“核心態運行 ”狀態轉移到“在內存中睡眠”狀態時，內核才允許上下文切換。在核心態下運行的進程不能被其他進程所搶占，因此內核有時被稱為不可搶先的（non-preemptive），盡管內核也并不搶占用戶態下的進程。由于處理系統調用之前的數據是準備好的，所以在系統調用的過程中不會出現死鎖狀態。又因為內核處于不可搶先狀態，所以內核可保持它的數據結構一致性，從而解決了互斥（mutual exclusion）問題——保證在任何時刻至多一個進程執行臨界區代碼。
舉個例子，設有三個用戶進程A、B、C同時進行系統調用函數。進程睡眠的條件是臨界區處于上鎖狀態。在任一時刻只能有一個進程在執行，它發現臨界區是上了鎖的，就在臨界區變為開鎖的狀態的事件上等待。終于，臨界區的鎖解開了，所有的等待的進程被喚醒并進入“就緒”狀態。內核最終選擇一個進程（比如B）執行。進程B發現臨界區處于開鎖狀態，于是為臨界區上鎖，并且繼續執行。如果后來進程B在為臨界區解鎖之前再次去睡眠（例如等候I／O操作的完成），則內核能調度其他進程去運行。如果它選擇了進程A，進程A發現臨界區處于上鎖狀態，那么它就再次去睡眠。進程C也做同樣的事情。***，進程B醒來并為緩沖區解鎖，允許進程A也允許進程C存 取緩沖區。因此，保證了至多一個進程能獲得資源的存取。再此期間，進程的睡眠與喚醒過程應被考慮成“原子的”：一個進程瞬時地進入睡眠狀態，并停留在那兒 直至它被喚醒。在它睡眠之后，內核調度另一個進程去運行，并切換后者的上下文。由此可見，臨界區在任何時刻只有至多一個進程在執行。
總體說來Linux實現多用戶特性的關鍵在于，將所有系統調用在將數據準備好后通過一個接口（system_call） 進入核心態，由核心態進行權限檢查控制，并且保證資源的獨占訪問。在表面上看，系統調用就合其他的函數調用一樣，只要結果符合預計的情況，應用程序就不能 確定是否真正使用了內核，從而達到核心態切換對用戶層透明的目的。這樣的過程也就保證了，每個用戶進程對資源操作的互不影響。從而實現了Linux系統的多用戶特性。
希望本文對于Linux系統多用戶的特點的介紹，能對你有所幫助。
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