Intro

電腦的硬體資源有三種：CPU、記憶體和 I/O，程序為了獲得這些資源相互競爭，核心則負責分配資源。核心本身也是一種軟體資源，程序通過他建立新的程序並和其他程序通訊

process: 電腦中執行的程式 Process > Thread > Coroutines

user processes (user mode or kernel mode) / user space
linux kernel
hardware

設備管理

很多 I/O 介面都是以檔案的形式由核心呈現給使用者程序的這些設備檔案存放在 /dev 目錄中

**SCSI 是一種標準化的資料傳輸協定與設備介面，**用來讓主機與各種儲存裝置（硬碟、磁帶機、光碟機等）之間溝通。它是一種通訊協定（protocol），不是某一種特定的接頭或硬體

項目	`/dev`	`/sys/devices`
角色	使用裝置的「介面」	查詢/控制裝置的「屬性」
建立方式	`udev` 動態建立	核心在啟動時掛載 `sysfs`
內容型態	實體裝置節點（device file）	普通檔案與目錄，表示內核資料
作用層級	應用層（User space）與裝置互動	提供核心裝置資訊給 user space
能不能讀寫資料	✅ 可以直接開啟進行資料存取	❌ 不可直接當裝置操作，只能查狀態或設定屬性
常見用途	與硬體互動，如掛載、串列通訊等	查裝置型號、驅動、電源狀態等

udev 當成整體功能、系統概念
udevd（或新版的 systemd-udevd）當作真正執行這個功能的背景程式

硬體插入（如 USB） → 核心偵測 → 發出 uevent → udevd 接收 → 比對規則 → 建立 /dev/XXX 節點（並可觸發其他行為）

磁碟與檔案系統

分割表
分割區(FileSystem Data Structures & File Data)

LVM（Logical Volume Manager）

LVM 是 Linux 的邏輯卷管理機制，可提供比傳統分割更彈性的磁碟管理方式。

LVM 的好處：

動態調整空間大小（例如線上擴充 /home）
整合多顆磁碟成為一個邏輯卷
建立快照（snapshot）作為備份用途

LVM 架構：

Physical Volume（PV）：實體磁碟或分割區
Volume Group（VG）：由多個 PV 組成的群組
Logical Volume（LV）：從 VG 中切出的邏輯磁碟區

swap 區（Swap Space）

swap 是一種虛擬記憶體，當系統的實體記憶體（RAM）用完時，系統會把一些資料暫時移到 swap 來釋放 RAM 空間。雖然速度遠慢於 RAM，但在記憶體不足時能避免系統直接當機。

使用形式：

swap partition：一個專用的磁碟分割區。
swap file：一個普通的檔案被設定為 swap。

Linux 核心的啟動

簡化版啟動過程

BIOS 啟動及載入韌體執行開機載入程式(boot loader)
開機載入程式(boot loader)找到核心的映像檔案，並載入記憶體並啟動
核心初始化設備及驅動程式
核心掛載 root 檔案系統 (rootfs)
核心使用 PID 1 執行 init 程式，使用者空間在此時啟動
init 啟動其他的系統程序
init 在整個啟動過程尾聲啟動一個程序，負責允許使用者登入

Boot loader

GRUB: 只是「啟動」核心不是「使用」核心
LILO
SYSLINUX
LOADLIN
systemd-boot
coreboot
等等諸多種

使用者空間的啟動

init (systemd、runit)
基礎底層服務, 例如 udevd 和 syslogd
網路設定
中高層服務, 例如 cron 和列印服務
登入提示字元、GUI 及其他高層的應用程式，像是網頁伺服器軟體

Systemd

採目標導向（target-based）與單元化管理（unit-based）設計。
PID 1 的 systemd 負責整個使用者空間的服務啟動與管理。
systemctl

Unit 單元

systemd 中的每個資源（服務、掛載點、定時任務等）都是一個 unit。
常見的 unit 類型
類型副檔名說明
service .service 背景服務
socket .socket 套接字，與 .service 配對
target .target 狀態群組，類似舊 runlevel
timer .timer 定時器，類似 cron

類型	副檔名	說明
service	`.service`	背景服務
socket	`.socket`	套接字，與 `.service` 配對
target	`.target`	狀態群組，類似舊 runlevel
timer	`.timer`	定時器，類似 cron

systemctl

# 查看目前已啟動的單元（所有類型）
systemctl list-units

# 只列出已啟動的服務
systemctl list-units --type=service

# 查詢某個服務狀態
systemctl status sshd.service

# 啟動 / 停止 / 重啟 / 重載服務
systemctl start nginx.service
systemctl stop nginx.service
systemctl restart nginx.service
systemctl reload nginx.service    # Reload 設定檔（服務需支援）

# 設定是否開機自動啟動
systemctl enable nginx.service
systemctl disable nginx.service

系統設定日誌、系統時間、批次處理任務和使用者

系統日誌（System Logs）

syslog

是傳統的日誌系統，支援多種 daemon（如 cron, auth, mail 等）。設定檔位置：/etc/rsyslog.conf（或 /etc/syslog.conf，依發行版不同）。預設日誌目錄：/var/log/

常見檔案：

/var/log/syslog（Ubuntu）
/var/log/messages（CentOS）
/var/log/auth.log：登入、sudo 等認證資訊
/var/log/cron：排程任務執行紀錄

journald（systemd 的日誌系統）

使用 systemd-journald 收集所有服務與核心的日誌。

journalctl             # 查看全部日誌
journalctl -u nginx    # 查看指定單元的日誌
journalctl -b          # 查看本次開機後的日誌

系統時間與時區設定

檢查時間與時區

timedatectl

設定時區（以台灣為例）

timedatectl set-timezone Asia/Taipei

同步 NTP 啟用自動同步：

timedatectl set-ntp true

批次處理任務（Crontab）

編輯個人 crontab

crontab -e

查看所有任務

crontab -l

格式說明

- - - - - 指令
│ │ │ │ │
│ │ │ │ └─ 星期幾 (0-7，0 和 7 都是星期日)
│ │ │ └─── 月份 (1-12)
│ │ └───── 日期 (1-31)
│ └─────── 小時 (0-23)
└───────── 分鐘 (0-59)

使用者與帳號管理

使用者資料位置

/etc/passwd：使用者帳號資訊（帳號名、UID、GID、shell 路徑等）
/etc/shadow：使用者密碼資訊（加密儲存）
/etc/group：群組資料
/home/USERNAME/：使用者家目錄

基本指令

adduser myuser # 新增使用者（含互動式步驟）
userdel myuser # 刪除使用者
usermod -aG sudo myuser # 把使用者加入群組（如 sudo）
id myuser # 查看使用者 UID/GID

程序與資源利用詳解

單執行緒 v.s 多執行緒

單執行緒：一個程序只有一條執行路徑，無法同時處理多任務。
多執行緒：一個程序內可同時執行多條執行路徑（threads），共享記憶體與資源。

應用場景：I/O 密集適合多執行緒，CPU 密集可能考慮多進程。

注意事項：多執行緒共享資源，需處理同步與鎖的問題。

記憶體頁面錯誤（Page Fault）

當程序存取尚未映射到記憶體的頁面時，會觸發 Page Fault。

Minor Fault：頁面已在記憶體中，只是還未對應給程序。
Major Fault：頁面不在記憶體中，需從磁碟讀入，耗時較高。

cgroup（Control Group）

cgroup 是 Linux 提供的資源限制與隔離機制，可限制 CPU、記憶體、I/O 等資源使用。常用於容器、系統服務資源控管。
透過 /sys/fs/cgroup/ 可查看目前的資源分配狀況。

Shell Script

開頭宣告（Shebang）

#!/bin/bash

告訴系統此腳本使用 /bin/bash 解譯執行。

註解寫法

# 這是一行註解，用來說明程式邏輯

變數宣告與使用

name="world"
echo "Hello, $name"

變數前不用加 $，使用時才加 $。

條件判斷（if）

if [ "$name" = "world" ]; then
  echo "Hello, world!"
else
  echo "Who are you?"
fi

注意中括號要有空格。

判斷式的範例（檔案、數值）

if [ -f "file.txt" ]; then
  echo "檔案存在"
fi

if [ "$age" -gt 18 ]; then
  echo "成年人"
fi

-f：檢查檔案是否存在 -gt：greater than，大於

迴圈（for）

for i in 1 2 3; do
  echo "第 $i 次"
done

也可以讀取資料夾內所有檔案：

for file in *.txt; do
  echo "找到檔案：$file"
done

迴圈（while）

count=1
while [ $count -le 5 ]; do
  echo "第 $count 次"
  count=$((count + 1))
done

函式（function）

say_hello() {
  echo "Hello, $1"
}

say_hello "r567tw"

腳本執行方法

chmod +x script.sh    # 賦予執行權限
./script.sh           # 執行腳本

case 條件判斷（適合選單或多選項）

#!/bin/bash

read -p "請輸入選項 (start/stop/restart): " action

case "$action" in
  start)
    echo "服務啟動中..."
    ;;
  stop)
    echo "服務停止中..."
    ;;
  restart)
    echo "服務重新啟動中..."
    ;;
  *)
    echo "未知指令，請輸入 start/stop/restart"
    ;;
esac

解析腳本參數（$1, $2, ...）

#!/bin/bash

echo "第一個參數是：$1"
echo "第二個參數是：$2"

./myscript.sh hello world
# 輸出：
# 第一個參數是：hello
# 第二個參數是：world

設備管理​

磁碟與檔案系統​

LVM（Logical Volume Manager）​

LVM 的好處：​

LVM 架構：​

swap 區（Swap Space）​

Linux 核心的啟動​

Boot loader​

使用者空間的啟動​

Systemd​

Unit 單元​

systemctl​

系統設定日誌、系統時間、批次處理任務和使用者​

系統日誌（System Logs）​

syslog​

journald（systemd 的日誌系統）​

系統時間與時區設定​

批次處理任務（Crontab）​

使用者與帳號管理​

使用者資料位置​

程序與資源利用詳解​

單執行緒 v.s 多執行緒​

記憶體頁面錯誤（Page Fault）​

cgroup（Control Group）​

Shell Script​