Linux基础 | 青训营笔记

parksen
151 阅读12分钟

Linux基础

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DebianLinux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

计算机硬件

计算机五大基本单元

控制器，运算器，存储器，输入设备，输出设备。

控制器

  • 控制器是计算机的“大脑”，用于控制计算机中的各种操作。它接收指令，解码指令，调度指令，并且通过总线将指令发送到其他单元，以控制它们执行指令

  • 举例：计算机执行一个打印操作时，控制器会通过运算器进行相关运算，然后将需要打印的数据存储到存储器单元中，最后通过输出单元将数据输出到打印机中

运算器

  • 运算器是计算机中的算术和逻辑单元，用于执行各种算术和逻辑运算。它由ALU（算术逻辑单元）和其他寄存器组成
  • 举例：计算机执行加法操作时，将需要计算的两个数存储在寄存器中，运算器会从寄存器中读取这两个数并进行加法运算，将结果存储到另一个寄存器中

存储器

  • 存储器单元是计算机中的存储单元，用于存储程序和数据。它分为内存和外存两部分，内存一般指主存储器，外存一般指磁盘等外部存储设备
  • 举例：主存储器中存储着当前正在执行的程序和需要处理的数据，而辅助存储器则用于长期存储数据和程序

输入设备

  • 输入单元是计算机中的输入设备，用于接收外部数据并将其传输到计算机系统中。例如，键盘、鼠标、扫描仪等都是输入单元
  • 举例：键盘就是一种输入单元，可以将输入的字符或指令送到计算机中进行处理

输出单元

  • 输出单元是计算机中的输出设备，用于将计算机系统中的数据传输到外部环境中。例如，显示器、打印机、喇叭等都是输出单元
  • 举例：显示器、打印机等就是一种输出单元，可以将计算机处理后的数据显示出来或者打印出来

计算机操作系统

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：

    • 承上：在操作系统之上可以运用我们的计算机应用程序
    • 启下：可以直接与硬件做出交互

image.png

操作系统起动流程

image.png

Linux系统概览

Linux发展简史

  • 1969年，Uniⅸ诞生于贝尔实验室

  • 1984年，贝尔实验室将Unix商业化

  • 1984年，Tanenbaum开发Minix操作系统用于教学并开放源码

  • 1984年，Richard M.Stallman发起自由软件(FSF)与GNU项目，起草GPL（通用公共许可）协议

  • 1991年，Linus Torvalds:受Minix影响实现初版的Linux内核

  • 1992年，Liux内核以GPL协议发行V1.0

Linux版本

  • 内核版本
  • 发行版本

image.png

  • 主流的Linux版本分支 image.png
  • 查看Linux系统内核版本

image.png

  • 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

Linux系统结构

Linux四个主要部分

  • 内核

    • Linux操作系统的核心部分，它管理计算机硬件的资源，包括CPU、内存、磁盘、网络等。它是操作系统与硬件之间的接口，提供了一个操作系统所需的各种基本服务和功能，如进程管理、文件系统、内存管理、网络协议栈等。

  • shell

    • Shell是用户与Linux内核之间的接口，是一个命令解释器，提供了一种命令行界面供用户进行交互。在Shell中，用户可以输入命令和参数，执行脚本和程序，管理文件和目录等

  • 文件系统

    • 文件系统是Linux操作系统中用于管理文件和目录的机制，是用户与操作系统之间进行文件交互的接口。Linux支持多种文件系统，如ext4、NTFS、FAT32等。它们管理着磁盘上的文件和目录，并提供文件读写、权限控制等基本功能

  • 应用程序

    • 应用程序是运行在Linux操作系统上的各种软件，如文本编辑器、浏览器、视频播放器、编译器等。Linux操作系统拥有众多的应用程序，涵盖了各种领域，可以满足不同用户的需求
Linux体系结构

image.png

Linux体系结构-进程管理

在Linux中，进程是指正在执行的程序实例。每个进程都拥有自己独立的虚拟地址空间、寄存器集合和打开文件的描述符等资源。进程是Linux中最为重要的概念之一

进程的特点

  • 进程是正在执行的一个程序或命令

    • 进程是操作系统中正在执行的一个程序或命令的实例。每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID）和一组相关的系统资源，例如内存、打开的文件和输入/输出设备

  • 进程有自己的地址空间，占用一定的系统资源

    • 独立性：每个进程都是独立的实体，拥有自己的虚拟地址空间，因此一个进程无法访问另一个进程的内存空间，从而保证了进程的独立性和安全性

  • 一个CPU核同一时间只能运行一个进程

    • 在单核 CPU 上，同时只能运行一个进程。因为 CPU 在同一时间只能执行一条指令，而每个进程都有自己的一组指令需要被执行，因此同一时间只能有一个进程在执行。当有多个进程需要执行时，操作系统会使用时间片轮转算法，轮流为每个进程分配 CPU 时间，以达到看起来多个进程同时运行的效果。但实际上，每个进程都只在短暂的时间内运行了一小段代码。在多核 CPU 上，可以同时运行多个进程，每个进程都可以被分配到一个 CPU 核心上运行。

  • 进程由它的进程ID(PID)和它父进程的进程D(PPID)唯一识别

    • 程的唯一识别是通过进程ID（PID）来实现的，PID是一个唯一的数字标识符，用于区分正在运行的不同进程。在Linux中，每个进程都有一个唯一的PID，而且PID不会重复，因此可以通过PID来确定进程的身份
    • 与进程ID相关的另一个重要的属性是父进程ID（PPID），它是创建该进程的父进程的进程ID。在Linux中，每个进程都是由另一个进程创建的，所以每个进程都有一个PPID。通过PPID，我们可以建立进程之间的父子关系，形成进程树的结构
    • 除了PID和PPID之外，每个进程还有许多其他属性，例如进程的状态、优先级、打开的文件和共享内存等信息。这些属性可以通过/proc文件系统中的相应文件来查看
进程命令

  • 查看启动的Nginx进程：

    • 可以使用 ps 命令查看正在运行的进程，配合 grep 命令可以过滤出含有关键字的进程
    • ps aux | grep nginx

  • 查看某个进程：

    • 可以使用 ps 命令查看某个进程的信息
    • ps -p top -p 命令查看指定进程的系统资源使用情况

  • 关闭指定的进程：

    • 可以使用 kill 命令关闭指定进程。下面命令会向进程 ID 为 的进程发送终止信号，使其退出。
    • kill

  • 全部进程动态实时视图：

    • 可以使用 top 命令查看所有进程的动态实时信息。会打印出一个实时更新的进程列表，包含 CPU 占用率、内存占用率等信息。可以使用快捷键 q 退出 top 命令
    • top
进程的状态

  • R(TASK_RUNNING),可执行状态

  • S(TASK_INTERRUPTIBLE),可中断的睡眠状态

  • D(TASK_UNINTERRUPTIBLE),不可中断的睡眠状态

  • T(TASK_STOPPED or TASK_TRACED),暂停状态或跟踪状态Z(TASK_DEAD-EXIT_ZOMBIE),退出状态，进程成为僵尸进程

  • X(TASK_DEAD-EXIT_DEAD),退出状态，进程即将被销毁

进程调度原则

  • 一个CPU核同一时间只能运行一个进程

    • 在多道程序设计中，CPU资源是必须被多个进程共享的。因为CPU核心数量是有限的，所以操作系统必须在多个进程之间进行调度，以便将CPU时间均匀地分配给它们。

  • 每个进程有近乎相等的执行时间

    • 当进程开始执行时，操作系统会根据进程的优先级和时间片大小进行调度。在进程执行的过程中，操作系统会监测进程的执行时间，并在进程的时间片用尽之前将其挂起，以便为其他进程腾出CPU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

    • 操作系统通过轮询算法来进行进程调度。在轮询算法中，每个进程都被分配一个时间片，在时间片用尽之前，进程将一直运行。如果时间片用尽，则操作系统会将该进程挂起，并将CPU时间分配给下一个进程

  • 进程执行消耗时间和进程量成正比

    • 进程的执行时间与进程数量成正比。当系统中有更多的进程需要执行时，操作系统需要更多的时间来进行进程调度。这就导致了更多的上下文切换和调度时间，进而降低了系统的性能
Linux --文件系统

文件系统是操作系统中负责管理持久数据的子系统，负责把用户的文件存到磁盘硬件中，持久化的保存文件。

image.png

  • Liux文件系统是采用树状的目录结构，

    • 最上层是 /（根）目录

image.png

image.png

简单文件操作命令

image.png

文件读取流程

image.png

  1. 用户空间

用户空间包括用户进程和用户缓冲区，用户进程通过系统调用发起文件读取请求，读取的数据存储在用户缓冲区中。

  1. 内核空间

内核空间包括内核缓存区和Socket缓冲区，当用户进程发起文件读取请求后，操作系统内核会将文件内容从磁盘中读取到内核缓存区中，并将数据从内核缓存区复制到Socket缓冲区。

  1. 硬件空间

硬件空间包括磁盘和网卡，当内核缓存区中的数据被复制到Socket缓冲区后，网卡会将数据发送到网络中，同时硬盘控制器从磁盘读取数据并传输到内核缓存区。

Linux -- 用户权限

  • 用户账号

    • 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

基础用户操作命令

  • 在根目录创建一个文件夹，查看当前用户拥有文件夹的权限

    • 这是三个命令组合在一起执行的语句。

      1. cd / 切换到根目录
      2. mkdir demo 创建名为demo的文件夹
      3. ls -ld demo 查看demo文件夹的详细信息，包括文件夹的权限等。其中，ls是查看文件和目录的命令，-l选项是显示详细信息，-d选项是显示目录自身信息，而不是显示目录内文件信息。
cd  / && mkdir demo && ls -ld demo
复制代码

  • 创建一个用户，并赋予可写操作

    • sudo useradd 表示以管理员权限执行添加用户的操作，而 ceshi 则是指定要创建的用户的用户名。执行该命令后，系统会创建一个新的用户账户，并在系统中为其分配一个用户ID、主目录和默认shell等
sudo useradd ceshi
复制代码

  • 设置用户密码

    • 设置ceshi用户的密码的命令，其中sudo是用来获得超级用户权限，passwd是用来设置用户密码的命令，ceshi是指定要设置密码的用户
sudo passwd ceshi
复制代码

  • 切换 ceshi 用户登录

    • 在当前终端中切换到用户ceshi的身份。通过执行这个命令，你可以在终端中执行ceshi用户具有权限的操作
su ceshi
复制代码
  • 进入demo文件夹
cd demo
复制代码

  • 创建index.js文件，提示无权限，需要给ceshi用户demo文件夹的权限

    • 在当前目录下创建一个名为index.js的空文件的命令
touch index.js
复制代码

  • demo文件夹权限给ceshi用户

    • 将当前目录下的 demo 文件夹的所有文件和文件夹的拥有者(owner)和所属组(group)都修改为 ceshi 用户和 ceshi 组。其中 -R 参数表示递归修改
sudo chown -R ceshi:ceshi ./demo
复制代码
  • 切换ceshi 用户登录
su ceshi
复制代码
  • 进入demo文件夹
cd demo
复制代码
  • 创建index.js文件成功
touch index.js

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 上层工具：主要用于数据的搜索任务和依赖解析任务
avatar
文章
阅读
粉丝