Linux面试题及详细答案 120道（1-15）-- 基础概念

《前后端面试题》专栏集合了前后端各个知识模块的面试题，包括html，javascript，css，vue，react，java，Openlayers，leaflet，cesium，mapboxGL，threejs，nodejs，mangoDB，SQL，Linux… 。

一、本文面试题目录

1. 什么是Linux？它与Unix有什么关系和区别？

定义：Linux是一个开源的类Unix操作系统内核，由Linus Torvalds于1991年首次发布。它本身只是内核，通常与GNU项目的工具和其他软件结合，形成完整的操作系统。

与Unix的关系：

• Linux受Unix设计思想启发，实现了Unix的大部分功能和接口
• 两者都遵循"一切皆文件"的理念，拥有相似的命令行界面和编程接口
• Linux可以看作是Unix的现代开源实现

区别：

2. Linux的内核版本和发行版有什么区别？列举常见的Linux发行版。

内核版本：

• 指Linux操作系统的核心程序版本
• 由Linus Torvalds及其团队维护
• 版本号格式通常为：主版本.次版本.修订号（如5.15.0）
• 只包含操作系统最核心的功能：进程管理、内存管理、设备驱动等

发行版：

• 基于Linux内核，整合了各种软件和工具的完整操作系统
• 由不同组织或公司维护
• 除内核外，还包含桌面环境、应用程序、包管理系统等

常见发行版：

1. Debian系列：Debian、Ubuntu、Linux Mint
2. Red Hat系列：Red Hat Enterprise Linux (RHEL)、CentOS、Fedora
3. SUSE系列：openSUSE、SUSE Linux Enterprise
4. 独立发行版：Arch Linux、Gentoo、Slackware
5. 特殊用途：Kali Linux（安全测试）、Raspbian（树莓派）

示例：查看内核版本命令

uname -r  # 输出示例：5.4.0-91-generic

3. 什么是GNU？GNU/Linux的关系是什么？

GNU：

• 是"GNU’s Not Unix"的递归缩写
• 由Richard Stallman于1983年发起的自由软件项目
• 目标是创建一个完全自由的类Unix操作系统
• 开发了大量基础工具：gcc编译器、bash shell、glibc库等

GNU/Linux关系：

• Linux内核与GNU项目的软件结合形成了完整的操作系统
• 严格来说，我们使用的"Linux"系统实际上是"GNU/Linux"
• Linux提供内核，GNU提供了用户空间的大部分工具和库
• 两者互补，共同构成了功能完整的操作系统

历史背景：
GNU项目已经开发了操作系统的大部分组件，但缺乏一个有效的内核。1991年Linux内核的出现填补了这一空白，与GNU软件结合形成了今天广泛使用的操作系统。

4. Linux系统的主要组成部分有哪些？

Linux系统由以下主要部分组成：

1. 内核（Kernel）

   • 系统的核心，管理硬件资源
   • 负责进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动等
   • 是操作系统与硬件之间的接口

2. Shell（外壳）

   • 命令解释器，用户与内核交互的接口
   • 常见的有bash、zsh、sh等
   • 接收用户命令并传递给内核执行

3. 文件系统

   • 组织和存储文件的方式
   • 常见的有ext4、xfs、btrfs等
   • 采用树形目录结构

4. 应用程序和工具

   • 用户使用的各种软件和工具
   • 包括文本编辑器、编译器、办公软件等
   • 许多来自GNU项目

5. 系统库（Libraries）

   • 提供程序运行所需的函数和资源
   • 如glibc（GNU C库）
   • 简化应用程序开发

6. 服务（Services）

   • 在后台运行的程序
   • 如网络服务、打印服务等
   • 由systemd或其他初始化系统管理

结构示意图：

用户 → Shell → 系统调用 → 内核 → 硬件
        ↓
      应用程序 → 系统库 → 内核

5. 简述Linux的启动过程。

Linux启动过程可分为以下几个主要阶段：

1. BIOS/UEFI初始化

   • 计算机通电后首先运行基本输入输出系统(BIOS)或统一可扩展固件接口(UEFI)
   • 进行硬件自检(POST)，检测CPU、内存、硬盘等设备
   • 确定启动设备（通常是硬盘）

2. 引导加载程序（Boot Loader）

   • 从启动设备加载引导程序（如GRUB）
   • GRUB显示启动菜单，允许用户选择操作系统
   • 加载并启动Linux内核

3. 内核初始化

   • 内核解压并加载到内存
   • 初始化硬件设备，建立内存管理
   • 挂载临时根文件系统(initramfs/initrd)

4. 启动初始化系统

   • 内核启动初始化进程（如systemd、upstart或传统的init）
   • 这是系统启动的第一个用户空间进程（PID=1）

5. 系统初始化

   • 初始化系统负责启动各种服务和进程
   • 挂载/etc/fstab中定义的文件系统
   • 设置网络、时钟等系统参数

6. 用户登录

   • 启动图形界面或命令行登录界面
   • 用户输入用户名和密码进行身份验证
   • 加载用户环境，完成启动过程

简化流程：

电源启动 → BIOS/UEFI → GRUB → 内核 → systemd/init → 服务启动 → 登录界面

6. BIOS、GRUB在Linux启动中分别起到什么作用？

BIOS（Basic Input/Output System）：

• 作用：是计算机启动时运行的固件程序，负责硬件初始化和启动引导
• 具体功能：
  1. 执行POST（Power-On Self-Test，加电自检），检查硬件是否正常
  2. 初始化硬件设备，如CPU、内存、硬盘等
  3. 确定启动顺序和启动设备（通过BIOS设置）
  4. 从启动设备的MBR（主引导记录）加载引导程序

GRUB（Grand Unified Bootloader）：

• 作用：是Linux系统中常用的引导加载程序，负责加载操作系统内核
• 具体功能：
  1. 提供启动菜单，允许用户选择要启动的操作系统
  2. 加载并解压Linux内核到内存
  3. 向内核传递启动参数
  4. 支持多种文件系统和操作系统
  5. 可以在启动前修改内核参数

两者关系：
BIOS完成硬件初始化后，从启动设备加载GRUB，GRUB再负责加载Linux内核。在现代系统中，UEFI正在逐渐取代BIOS，而GRUB也有对应的UEFI版本。

GRUB配置文件：
主要配置文件位于/boot/grub/grub.cfg或/boot/grub2/grub2.cfg

7. 什么是运行级别（Runlevel）？不同运行级别的含义是什么？

运行级别：
是Linux系统在启动时或运行中的不同操作模式，定义了系统启动哪些服务和进程。

传统运行级别（0-6）：

• 0：关机（halt）- 系统关闭
• 1：单用户模式（single user mode）- 仅root用户可登录，无网络
• 2：多用户模式，无网络服务（Debian系）
• 3：多用户模式，命令行界面（Red Hat系）
• 4：未使用（自定义）
• 5：多用户模式，图形界面
• 6：重启（reboot）- 系统重启

查看当前运行级别：

runlevel       # 传统命令
systemctl get-default  # systemd系统

切换运行级别：

init 3         # 切换到运行级别3
systemctl isolate multi-user.target  # systemd系统对应级别3

systemd中的目标（Targets）：
systemd使用目标（targets）替代了传统的运行级别：

• poweroff.target → 运行级别0
• rescue.target → 运行级别1
• multi-user.target → 运行级别3
• graphical.target → 运行级别5
• reboot.target → 运行级别6

8. systemd和init有什么区别？为什么systemd被广泛采用？

init：

• 传统的系统初始化程序，采用串行启动方式
• 基于Shell脚本，按顺序启动服务
• 启动速度慢，依赖管理简单
• 配置文件复杂，分布在多个目录

systemd：

• 新一代系统和服务管理器，采用并行启动方式
• 基于C语言编写，支持并行启动服务
• 启动速度快，有更强大的依赖管理
• 集成了多种系统管理功能

主要区别：

systemd被广泛采用的原因：

1. 启动速度快：并行启动服务，减少启动时间
2. 强大的依赖管理：精确控制服务启动顺序
3. 统一的管理接口：通过systemctl管理所有系统功能
4. 更好的日志支持：集成journald日志系统
5. 按需启动服务：只有在需要时才启动某些服务
6. 支持快照和恢复：可以保存和恢复系统状态
7. 更好的硬件支持：对现代硬件和技术有更好的支持

示例命令对比：

# 启动服务
service httpd start   # init
systemctl start httpd  # systemd

# 设置开机自启
chkconfig httpd on    # init
systemctl enable httpd # systemd

9. Linux的文件系统层级结构（FHS）是怎样的？各主要目录的作用是什么？

Linux采用树形文件系统层级结构（FHS，Filesystem Hierarchy Standard），主要目录及其作用如下：

1. /（根目录）

   • 文件系统的起点，所有目录都源于此

2. /bin

   • 存放基本命令（二进制文件），如ls、cp、mv等
   • 所有用户都可使用，在单用户模式下也能访问

3. /sbin

   • 存放系统管理命令，如reboot、ifconfig等
   • 通常只有root用户可使用

4. /etc

   • 存放系统配置文件，如网络配置、用户配置等
   • 重要文件：/etc/passwd、/etc/fstab、/etc/hostname

5. /home

   • 普通用户的主目录
   • 通常每个用户有一个以用户名命名的子目录

6. /root

   • 超级用户（root）的主目录

7. /usr

   • 存放用户应用程序和文件
   • 子目录包括：/usr/bin（用户命令）、/usr/sbin（系统命令）、/usr/lib（库文件）、/usr/share（共享数据）

8. /var

   • 存放经常变化的文件
   • 子目录包括：/var/log（日志文件）、/var/spool（邮件、打印队列）、/var/www（网页文件）

9. /tmp

   • 临时文件目录
   • 系统重启后通常会清空

10. /dev

    • 设备文件目录，所有硬件设备以文件形式存在于此
    • 如：/dev/sda（第一块硬盘）、/dev/null（空设备）

11. /proc

    • 虚拟文件系统，包含系统进程和内核信息
    • 如：/proc/cpuinfo（CPU信息）、/proc/meminfo（内存信息）

12. /sys

    • 虚拟文件系统，用于访问硬件设备和内核设置

13. /mnt 和 /media

    • 临时挂载点，用于挂载外部设备

14. /lib 和 /lib64

    • 系统库文件，供二进制程序使用

10. 什么是Shell？常见的Shell有哪些？

Shell：
是用户与Linux内核之间的接口程序，负责解释用户输入的命令并传递给内核执行。它是一种命令行解释器，也可以作为脚本语言使用。

工作原理：

1. 用户输入命令
2. Shell解析命令
3. Shell将命令转换为内核可理解的指令
4. 内核执行指令并返回结果
5. Shell将结果展示给用户

常见的Shell：

1. Bash（Bourne Again SHell）

   • 最常用的Shell，大多数Linux发行版的默认Shell
   • 兼容Bourne Shell，增加了许多新特性
   • 支持命令历史、命令补全、管道等功能

2. Sh（Bourne Shell）

   • 早期的Unix Shell，由Stephen Bourne开发
   • 功能简单，兼容性好
   • 许多系统中sh是bash的符号链接

3. Csh（C Shell）

   • 语法类似C语言，适合编程
   • 引入了命令历史、别名等功能
   • 在BSD系统中较常见

4. Tcsh

   • Csh的增强版，增加了命令补全等功能

5. Zsh（Z Shell）

   • 功能强大，结合了bash、csh等的优点
   • 支持更多扩展和自定义选项
   • 具有更强大的自动补全功能

6. Ksh（Korn Shell）

   • 结合了Bourne Shell和C Shell的特性
   • 适合脚本编程，功能丰富

查看和切换Shell：

# 查看当前使用的Shell
echo $SHELL

# 查看系统安装的Shell
cat /etc/shells

# 切换Shell（需注销后生效）
chsh -s /bin/zsh

11. Bash和Zsh的主要区别是什么？

Bash和Zsh都是流行的Shell，但Zsh在功能和用户体验上有更多增强：

主要区别：

1. 命令补全

   • Bash：基本的命令和文件名补全
   • Zsh：更智能的补全，支持：
     • 命令选项补全（无需记住完整选项）
     • 目录浏览补全（按Tab键可浏览目录）
     • 插件扩展补全（如git命令补全）

2. 主题和外观

   • Bash：外观定制有限
   • Zsh：高度可定制，支持丰富的主题
   • 可显示Git分支、虚拟环境等信息

3. 历史记录

   • Bash：基本的命令历史功能
   • Zsh：更强大的历史管理：
     • 跨会话共享历史
     • 按部分命令搜索历史
     • 历史记录去重

4. 插件支持

   • Bash：插件支持有限
   • Zsh：有丰富的插件生态系统（如Oh My Zsh）
   • 常用插件：git、autojump、syntax-highlighting等

5. ** globbing（模式匹配）**

   • Zsh提供更强大的模式匹配功能
   • 支持递归匹配（**）、扩展通配符等

6. 拼写纠正

   • Zsh可以自动纠正命令拼写错误
   • Bash无此功能

7. 启动速度

   • Bash：启动较快
   • Zsh：由于功能丰富，启动可能较慢，尤其是加载多个插件时

示例对比：

1. Zsh的递归目录匹配：

# 列出所有子目录中的.md文件
ls **/*.md  # Zsh支持，Bash默认不支持

2. Zsh的拼写纠正：

# 如果输入了错误命令
ech hello

# Zsh会提示
zsh: correct 'ech' to 'echo' [nyae]? 

3. 安装Oh My Zsh增强Zsh功能：

sh -c "$(curl -fsSL https://raw.githubusercontent.com/ohmyzsh/ohmyzsh/master/tools/install.sh)"

12. 绝对路径和相对路径的区别是什么？如何表示当前目录和父目录？

绝对路径：

• 从根目录（/）开始的完整路径
• 无论当前工作目录是什么，都能准确定位文件
• 示例：/home/user/documents/file.txt、/etc/nginx/nginx.conf

相对路径：

• 相对于当前工作目录的路径
• 不包含根目录，依赖于当前位置
• 示例：documents/file.txt、../images/photo.jpg

表示方法：

• 当前目录：用.表示
  • 示例：./script.sh（执行当前目录下的script.sh）
• 父目录：用..表示
  • 示例：cd ..（切换到上一级目录）

区别对比：

示例：
假设当前目录是/home/user

# 使用绝对路径访问文件
cat /home/user/documents/report.txt

# 使用相对路径访问同一文件
cat documents/report.txt

# 从当前目录访问父目录下的文件
cat ../shared/file.txt

# 从当前目录访问当前目录下的文件（两种方式）
cat ./downloads/image.jpg
cat downloads/image.jpg

查看当前目录的绝对路径：

pwd  # 输出示例：/home/user

13. 什么是inode？它包含哪些信息？与文件有什么关系？

inode（索引节点）：
是Linux文件系统中的一个数据结构，用于存储文件的元数据（描述信息）。每个文件都对应一个唯一的inode。

inode包含的信息：

1. 文件类型（普通文件、目录、链接等）
2. 文件权限（读、写、执行权限）
3. 文件所有者和所属组
4. 文件大小
5. 最后访问时间（atime）
6. 最后修改时间（mtime）
7. 最后元数据修改时间（ctime）
8. 链接数（指向该inode的硬链接数量）
9. 文件数据块的位置指针

inode与文件的关系：

• 每个文件对应一个inode，但一个inode可以被多个文件名（硬链接）指向
• 文件名不存储在inode中，而是存储在目录文件中
• 目录是一种特殊文件，包含文件名与inode号的映射关系
• 当访问文件时，系统先通过文件名找到对应的inode号，再通过inode找到文件数据

重要特性：

• inode号在同一文件系统中是唯一的
• inode也会消耗磁盘空间（通常在格式化时分配）
• 当inode耗尽时，即使有磁盘空间也无法创建新文件

相关命令：

# 查看文件的inode号
ls -i filename  # 示例输出：12345 filename

# 查看inode详细信息
stat filename

# 查看文件系统的inode使用情况
df -i

示例：

# 创建文件并查看其inode信息
touch testfile
stat testfile

# 输出结果包含inode号、权限、大小、时间等信息
  File: testfile
  Size: 0         	Blocks: 0          IO Block: 4096   regular empty file
Device: 801h/2049d	Inode: 1048605     Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: ( 1000/   user)   Gid: ( 1000/   user)
Access: 2023-07-15 10:30:00.000000000 +0800
Modify: 2023-07-15 10:30:00.000000000 +0800
Change: 2023-07-15 10:30:00.000000000 +0800
 Birth: -

14. 硬链接和软链接（符号链接）的区别是什么？

硬链接（Hard Link）和软链接（Symbolic Link，简称symlink）是Linux中两种创建链接文件的方式，主要区别如下：

定义：

• 硬链接：指向文件inode的另一个文件名，与原文件共享同一个inode
• 软链接：一个特殊的文件，包含指向另一个文件的路径名

主要区别：

创建命令：

# 创建硬链接
ln 原文件 硬链接名

# 创建软链接
ln -s 原文件 软链接名

示例：

# 创建测试文件
echo "Hello World" > original.txt

# 创建硬链接
ln original.txt hardlink.txt

# 创建软链接
ln -s original.txt symlink.txt

# 查看文件信息
ls -li

# 输出示例（注意inode号）
12345 -rw-r--r-- 2 user user 12 Jul 15 11:00 original.txt
12345 -rw-r--r-- 2 user user 12 Jul 15 11:00 hardlink.txt
67890 lrwxrwxrwx 1 user user 12 Jul 15 11:01 symlink.txt -> original.txt

使用场景：

• 硬链接：适用于需要在不同位置访问同一文件，且不希望原文件删除后链接失效的场景
• 软链接：适用于需要链接到目录、跨文件系统链接，或需要明确标识为链接的场景

注意事项：

• 删除原文件后，硬链接仍可正常访问内容，而软链接会变成无效链接
• 修改硬链接或原文件的内容会相互影响（因为它们指向同一数据）
• 软链接可以指向相对路径或绝对路径，建议使用绝对路径避免链接失效

15. 什么是虚拟文件系统（VFS）？它的作用是什么？

虚拟文件系统（VFS，Virtual File System）：
是Linux内核中的一个抽象层，提供了一个统一的接口来访问不同类型的文件系统。它隐藏了各种具体文件系统的实现细节，使得用户空间程序可以用相同的方式访问不同的文件系统。

主要作用：

1. 提供统一接口：为所有文件系统提供一致的操作接口（如open、read、write等）
2. 屏蔽实现差异：隐藏不同文件系统的底层实现细节
3. 支持多种文件系统：允许同时使用多种不同类型的文件系统（如ext4、xfs、NTFS等）
4. 简化应用程序开发：应用程序无需关心底层文件系统类型
5. 管理文件系统挂载：负责文件系统的挂载和卸载

VFS的核心对象：

1. 超级块（superblock）：每个已挂载的文件系统对应一个超级块对象，存储文件系统的整体信息
2. 索引节点（inode）：表示一个文件，存储文件的元数据
3. 目录项（dentry）：表示目录项，维护文件名与inode的映射关系
4. 文件对象（file）：表示进程打开的文件，包含文件指针位置等信息

工作流程：

1. 应用程序调用文件操作函数（如open()）
2. 系统调用将请求传递给VFS
3. VFS根据文件路径确定对应的文件系统
4. VFS调用该文件系统的具体实现函数
5. 文件系统与底层存储设备交互
6. 结果通过VFS返回给应用程序

优势：

• 灵活性：可以同时使用多种文件系统
• 可扩展性：便于添加新的文件系统类型
• 兼容性：可以访问其他操作系统的文件系统
• 一致性：用户和应用程序使用统一的方式操作文件

支持的文件系统类型：

• 磁盘文件系统：ext4、xfs、btrfs、NTFS、FAT32等
• 网络文件系统：NFS、CIFS等
• 虚拟文件系统：proc、sysfs、tmpfs等

查看系统已挂载的文件系统：

mount  # 显示所有已挂载的文件系统及其类型
df -T  # 显示文件系统类型和磁盘使用情况

二、120道Linux面试题目录列表