课程介绍 学习Linux的价值

• Linux是现代化应用程序交付的首选平台，无论是部署在裸机、虚拟化还是容器化环境
• 公司内部服务（TCE、Faas、SCM）统一使用Debian Linux系统
• 熟悉Linux基础指令，熟练运维前端常用服务(Nginx，Node.js)
• 加深对操作系统概念和实现的理解，夯实基础知识

课程内容： 01 计算机硬件 02 计算机操作系统 03 Linux系统概览 04 Linux系统结构 05 Linux系统软件包管理器

1、计算机硬件

计算机由五大基本单元组成

• 控制器（协调和组织计算机中其他部件进行工作）
• 运算器（进行算术和逻辑运算）
• 存储器单元（分为内存和外存，外存：磁盘、光驱）
• 输入单元（比如：鼠标、键盘）
• 输出单元（比如：显示器、音响）

常规意义上，可以认为控制器和运算器共同组成了CPU单元

2、计算机操作系统

操作系统（Operating System，OS)

• 管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，用于在用户与系统硬件之间传递信息
• 承上启下的作用，连接应用程序和系统硬件

问题思考 程序启动必须有操作系统来执行，那操作系统本身也是一个程序，那是如何在开机时被执行的呢?

操作系统启动流程：

• BIOS和UEFI固化在主板上的一段程序，在开机的时候就能够执行和解析这段程序
• Bootloader：操作系统引导程序
• 区别在于：UEFI是优化之后的BIOS；BIOS有自检，这样UEFI更快；BIOS默认会和MBR这种磁盘分区进行配合，无法启动大容量的磁盘，UEFI配合GPT分区模式

3、Linux系统概览

Linux发展简史：

Linux版本：

• 内核版本（分为进程管理、内存管理、文件系统管理、硬件资源管理）
• 发行版本（Linux内核+常用软件=Linux发行版本）

查看Linux系统内核版本

Linux系统应用领域：

• IT服务器（操作系统、虚拟化和云计算）
• 嵌入式和智能设备
• 个人办公桌面
• 学术研究与软件研发

4、Linux系统结构

Linux基本组成

Linux系统一般有4个主要部分：

• 内核
• shell（命令解释器）
• 文件系统
• 应用程序

Linux体系结构：

• 用户空间（用户运行的应用程序和封装好的系统调用库）
• 内核空间（系统调用、内核、平台架构相关的代码） 目的：隔离的；内核空间权限较高，用户空间拥有较低级别的权限，linux通过权限的划分来保证资源分配和管理的可控和安全

应用程序怎么和硬件设备之间进行通信呢？比如：应用程序要发起一次IO请求

• 涉及应用程序上下文的切换
• 应用程序默认运行在用户空间，处于用户态；当用户发起IO请求的时候，底层就是发起一个系统调用，程序会从用户态切换到内核态，运行在内核空间，当程序进入内核态的时候就拥有了最高的权限，就有了和硬件通信的能力，本次任务完成之后，程序又会从内核态切换为用户态，这就是一个系统调用

内核总结：

• 内核是硬件与软件之间的中间层
• 内核是一个资源管理程序
• 内核提供一组面向系统的命令

进程之间可以通过管道进行通信 命令行接口或者输入，通过tty交给进程

1）进程管理

• 进程是正在执行的一个程序或命令
• 进程有自己的地址空间，占用一定的系统资源
• 一个CPU核同一时间只能运行一个进程
• 进程由它的进程ID（PID）和它父进程的进程ID（PPID）唯一识别

进程的结构是一个树形的

• S：休眠
• NI：进程调度优先级，当发生资源抢占的时候
• top：类似于资源管理器

问题思考：系统中运行的程序远远大于CPU的核数，那 Linux系统是如何实现同时运行这么多程序的?

• 进程调度

进程调度：

• 僵尸进程，进程僵死
• T状态：调试程序，debugger工具引起的

进程调度的原则：

• 一个CPU核同一时间只能运行一个进程
• 每个进程有近乎相等的执行时间
• 对于逻辑CPU而言进程调度使用轮询的方式执行，当轮询完成则回到第一个进程反复
• 进程执行消耗时间和进程量成正比

进程的系统调用：

2）文件系统

文件系统

• 都是文件的好处：保证操作的统一，接口调用的统一

问题思考：Linux有这么多不同的文件系统，如何实现对用户提供统一调用接口的?

• 虚拟文件系统

虚拟文件系统：

• 做了一层抽象，加了一个中间层

查看文件系统类型：

文件基本操作：

文件读取流程：

• DMA：直接存储访问，向磁盘发送文件读取的请求；可以直接和磁盘交互，获取磁盘的数据，将磁盘的数据写到内核缓冲区

3）用户权限

用户账户： 用户账户

• 普通用户账户:在系统中进行普通作业
• 超级用户账户:在系统中对普通用户和整个系统进行管理 组账户
• 标准组:可以容纳多个用户
• 私有组:只有用户自己

查看用户信息：

文件权限： 文件权限关于用户有三个概念:

• 所有者:文件的所有者
• 所在组:文件的所有者所在的组
• 其他人:除文件所有者及所在组外的其他人

每个用户对于文件都有不同权限，包括读（R)、写( w)、执行（×)

用户权限操作：

5、Linux系统软件包管理器

软件包

• 通常指的是一个应用程序，它可以是一个GUI应用程序、命令行工具或（其他软件程序需要的）软件库

软件包管理

• 底层工具:主要用来处理安装和删除软件包文件等任务，DPKG，RPM
• 上层工具:主要用于数据的搜索任务和依赖解析任务，APT，YUM，DNF

• dnf是yum的升级版