Linux语言基础 | 青训营笔记

sckd717
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Linux语言基础

学习linux的价值与意义

  • 掌握一种强大的操作系统：Linux是一种免费、开源、稳定、安全、高效的操作系统，可以运行在各种设备上，从服务器到移动设备都有应用。
  • 增强职业竞争力：Linux是企业级服务器和云计算领域的主流操作系统，具备Linux技能可以成为IT职业中的竞争优势。
  • 提高技术能力：学习Linux可以帮助开发人员更好地理解计算机系统、网络和安全等方面的知识，提高技术能力和解决问题的能力。
  • 节省成本：Linux是一种免费的操作系统，可以节省企业和个人的成本。
  • 掌握开源文化：Linux是开源软件的代表之一，学习Linux可以更好地理解和掌握开源文化，为开源社区做出贡献。

分别由以下五个方面学习Linux语言基础：

01. 计算机硬件

计算机由五大基本单元组成

  • 控制器
  • 运算器
  • 存储器单元
  • 输入单元
  • 输出单元

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计算机硬件可细分为：计算机分为主机和输入输出设备，主机包括：机箱、电源、主板、声卡、网卡、显卡、内存、CPU、硬盘、光驱，输入输出设备包括：鼠标、键盘、音响、打印机、扫描仪、显示器等。

02. 计算机操作系统

2.1 操作系统（Operating System, Os）

操作系统是控制管理计算机系统的硬软件，分配调度资源的系统软件。用于在用户与系统之间传递信息

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常见的操作系统有：

  • 苹果系统
  • 安卓系统
  • 鸿蒙（HarmonyOS）系统
  • windows系统
  • Linux系统

问题与思考

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？

答：在计算机开机时，计算机会首先执行BIOS（Basic Input/Output System）程序，BIOS是固化在计算机主板上的一种程序，它会检查硬件设备是否正常，然后加载操作系统的引导程序。引导程序通常存储在硬盘的引导扇区中，BIOS会读取这个扇区并执行其中的引导程序，引导程序会进一步加载操作系统的内核程序。操作系统内核程序是操作系统的核心部分，负责管理计算机的硬件和软件资源。因此，操作系统内核程序是计算机启动时必须要被执行的程序。

2.2 操作系统启动流程

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03. Linux系统概括

3.1 发展简史

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3.2 Linux版本
  • 内核版本
  • 发行版本
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3.3 查看Linux系统内核版本

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3.4 查看Linux系统版本

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3.5 Linux 系统应用领域

  • IT服务器（操作系统、虚拟化和云计算），如Web服务器、邮件服务器、数据库服务器等。

  • 嵌入式和智能设备，如智能家居、智能电视、路由器等

  • 个人办公桌面，如Ubuntu、Fedora等Linux发行版提供了完整的桌面环境和应用程序。

  • 学术研究与软件开发，如天文学、物理学、生物学等领域的研究都需要使用Linux系统。

  • 超级计算机：Linux系统在超级计算机领域被广泛使用，如世界上最快的超级计算机"Fugaku"就是使用Linux系统的。

04. Linux系统结构

4.1 Linux 基本组成

Linux一般有四个主要部分

  • 内核
  • shell
  • 文件系统
  • 应用程序
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4.2 Linux 体系结构

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Linux 体系结构大致分为两个部分： 用户空间(User Space) ： 用户空间又包括用户的应用程序(User Applications)、C 库(C Library) 。

内核空间(Kernel Space) ： 内核空间又包括系统调用接口(System Call Interface)、内核(Kernel)、 平台架构相关的代码(Architecture-Dependent Kernel Code) 。

  • Linux内核

靠近硬件的是内核，即Linux操作系统常驻内存部分。Linux内核是整个操作系统的核心，由它实现对硬件资源的抽象和访问调度。它为上层调用提供了一个统一的虚拟机器接口，在编写上层程序的时候不需要考虑计算机使用何种类型的物理硬件，也不需要考虑临界资源问题。每个上层进程执行时就像它是计算机上的唯一进程，独占了系统的所有内存和其他硬件资源。但实际上，系统可以同时运行多个进程，由Linux内核保证和进程对临界资源的安全使用。所有运行在内核之上的程序可分为系统程序和用户程序两大类，但他们统统运行在用户模式之下。内核之外的所有程序必须通过系统调用才能进入操作系统的内核。

为什么 Linux 体系结构要分为用户空间和内核空间？

1、现代 CPU 实现了不同的工作模式，不同模式下 CPU 可以执行的指令和访问的寄存器不同。 2、Linux 从 CPU 的角度出发，为了保护内核的安全，把系统分成了两部分。

4.3 Linux 内核漫画

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地基（底层）由一排排的文件柜组成，井然有序，文件柜里放置着“文件”——电脑中的文件。左上角，有一只胸前挂着 421 号牌的小企鹅，它表示着 PID（进程 ID Process ID） 为 421 的进程，它正在查看文件柜中的文件，这代表系统中正有一个进程在访问文件系统。在右下角有一只小狗，它是看门狗（watchdog） ，这代表对文件系统的监控。

在这一层，最引人瞩目的莫过于中间的一块垫子，众多小企鹅在围着着桌子坐着。这个垫子的区域代表进程表。

左上角有一个小企鹅，站着，仿佛在说些什么这显然是一位家长式的人物，不过看起来周围坐的那些小企鹅不是很听话——你看有好多走神、自顾自聊天的——“喂喂，说你呢，哇塞娃（171），转过身来”。它代表着 Linux 内核中的初始化（init）进程，也就是我们常说的 PID 为 1 的进程。桌子上坐的小企鹅都在等待状态wait中，等待工作任务。

在这层的左侧，有一只号牌为 1341 的小企鹅，守在门口，门上写着 80，说明这个 PID 为 1341 的小企鹅负责接待 80 端口，也就是我们常说的 HTTP （网站）的端口

向右看，我们可以看到这里仍有一扇门，门上写着 21，但是，看起来这扇门似乎年久失修，上面的门牌号都歪了，门口也没人守着。看起来这个 21 端口的 FTP 协议有点老旧了，目前用的人也比以前少了，以至于这里都没人接待了。这是无人看守的FTP进程

而在最右侧的一个门牌号 22 的们的待遇就大为不同，居然有一只带着墨镜的小企鹅在守着，看起来好酷啊，它是黑衣人叔叔吗？为什么要这么酷的一个企鹅呢，因为 22 端口是 SSH 端口，是一个非常重要的远程连接端口，通常通过这个端口进行远程管理，所以对这个端口进来的人要仔细审查。这是SSH守护进程。

它的身上写着 52，说明它是第 52 个小企鹅

在图片的左上角，有一个向下台阶。这个台阶是底层（地基）的文件系统中的，进程们可以通过这个台阶，到文件系统中去读取文件，进行操作。

在这一层中，有一个身上写着 217 的小企鹅，他正满头大汗地看着自己的手表。这只小企鹅就是定时任务（Crontab），他会时刻关注时间，查看是否要去做某个工作。

在图片的中部，有两个小企鹅扛着管道（PipeLine）在行走，一只小企鹅可以把自己手上的东西通过这个管道，传递给后面的小企鹅

在这一层还有另外的一个小企鹅，它手上拿着一杯红酒，身上写着 411，看起来有点不胜酒力。它就是红酒（Wine）小企鹅,它可以干（执行）一些来自 Windows 的任务。

在一层之上，还有一个跃层，这里有很多不同的屏幕，每个屏幕上写着 TTY（这就是对外的终端）。比如说最左边 tty4 上输入了“fre”——这是想输入“freshmeat…”么 ：d ；它旁边的 tty2 和 tty3 就正常多了，看起来是比较正常的命令；tty7 显示的图形界面嗳，对，图形界面（X Window）一般就在 7 号终端；tty5 和 tty6 是空的，这表示这两个终端没人用。等等，tty1 呢？

tty（终端）是对外沟通的渠道之一，但是，不是每一个进程都需要 tty，某些进程可以直接通过其他途径（比如端口）来和外部进行通信，对外提供服务的，所以，这一层不是完整的一层，只是个跃层。

4.4 .1Linux 系统结构--进程管理
  • 进程是正在执行的一个程序或命令
  • 进程有着自己的地址值空间，占用一定的心态资源
  • 一个CPU核同一时间只能运行一个进程
  • 进程由它的进程ID和它的父进程ID（PPID）唯一识别 image.png
4.4.2 进程调度及原则及系统调用

进程调度是指操作按某种策略或规则选择进程占用CPU进行运行的

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  • 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而言进程使用轮询的方式执行，当轮询完成之后回到第一个进程反复

  • 进程执行消耗时间和进程量成正比

4.5 文件系统

文件系统负责管理持久化数据的子系统，负责把用户的文件存到磁盘文件中

linux文件系统是采用树状的目录结构， 最上层是/(根)目录

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问题及思考： linux如何实现对用户提供统一的调用接口的？

答：inux系统通过统一的调用接口，即系统调用（system call），来提供对用户的服务。系统调用是操作系统内核提供给用户程序的一组接口，它们可以让用户程序请求内核执行某些操作，如读写文件、创建进程、访问网络等。

05. Linux系统软件管理器

5.1 软件包

软件包（Package）是指将一个或多个相关的软件程序、文档、配置文件等打包成一个单独的文件，方便用户进行安装、升级、卸载等操作的一种形式。软件包通常包含了软件程序的二进制代码、库文件、配置文件、文档、示例等内容。

软件包在计算机领域中广泛应用，特别是在Linux系统中，软件包是软件安装的重要方式。在Linux系统中，软件包通常以特定的格式打包，如RPM、DEB、TGZ等。用户可以使用特定的工具，如yum、apt-get、dpkg等来管理软件包，进行安装、升级、卸载等操作。

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