Linux 基础 | 青训营笔记

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计算机硬件

计算机五大基本单元

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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。

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  • 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？

image.png BIOS是UEFI的优化

Linux系统概览

Linux发展简史

  1. 1969年，Uniⅸ诞生于贝尔实验室
  2. 1984年，贝尔实验室将Unix商业化
  3. 1984年，Tanenbaum开发Minix操作系统用于教学并开放源码
  4. 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
  5. 1991年，Linus Torvalds:受Minix影响实现初版的Linux内核
  6. 1992年，Liux内核以GPL协议发行V1.0

Linux版本

  • 内核版本
  • 发行版本

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  • 主流的Linux版本分支

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查看Linux系统内核版本

#方法1
uname -a
//显示系统的所有信息，包括内核版本号、操作系统发行版、主机名、处理器类型和架构等等
uname -r
//只显示当前Linux系统的内核版本号
​
#方法2
cat /proc/version
//cat /proc/version 命令用于显示当前 Linux 系统内核的版本号、编译者和编译日期。该命令读取 /proc/version 文件的内容并将其输出到终端上。
​
//该命令可以提供有关 Linux 内核的基本信息，包括内核版本、内核编译器和内核构建日期等。此外，它还提供了有关操作系统的其他信息，例如 GNU 工具链的版本和 CPU 架构信息。
​
//一些 Linux 系统中可能没有 /proc/version 文件，但是它们通常会提供其他方式来查看内核版本号，例如方法1的 uname -r 命令

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

  • shell

  • 文件系统

  • 应用程序

Linux体系结构

Linux 的体系结构是一个多层次的体系结构，包括硬件层、内核层、应用程序层和用户层。

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Linux 的体系结构含义
硬件层包括计算机硬件设备，如 CPU、内存、磁盘、网络等
内核层是 Linux 的核心，负责管理硬件和提供系统服务。它包括系统调用、设备驱动程序、网络协议栈、虚拟文件系统等
应用程序层是构建在内核之上的各种应用程序，如图形用户界面、Web 服务器、数据库、邮件服务器等
用户层是用户与系统交互的界面，包括 shell、图形用户界面、命令行工具等。用户可以通过这些界面来与系统交互、操作文件和程序

用户空间和内核空间

  • 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

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  • 像中间层靠着门的企鹅就是在监视着80端口
  • 中间层两个肩扛管道的企鹅说明了，进程(企鹅)之间是允许进行管道通信的
  • FS这个标志楼梯证明进程能够直接访问底层的

Linux系统结构 --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D(PPID)唯一识别

进程命令

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问题思考

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

进程调度是指操作系统按某种策略或规则选择进程占用CPU进行运行的过程：

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  • 创建阶段：进程在创建时，会分配资源并初始化进程控制块（Process Control Block，PCB），包括进程标识、程序计数器、CPU寄存器、内存分配情况等。
  • 就绪阶段：进程在获得了运行所需的资源后，会被放置在就绪队列中等待CPU的分配。此时进程已经准备好运行了，只是还没有得到CPU的资源。
  • 运行阶段：当进程被调度到CPU上运行时，进程的代码被加载到CPU中执行，这时进程进入运行状态。
  • 阻塞阶段：在运行过程中，如果进程需要等待某些事件（如等待I/O操作完成），就会进入阻塞状态，此时进程会释放CPU资源，直到等待的事件完成。
  • 结束阶段：当进程完成了它的任务或发生错误时，就会进入终止(僵死)状态。此时系统会回收该进程所占用的资源，并从进程表中删除该进程，也说明了这个进程结束了

进程的状态

其中，R、S、D、T是常见的进程状态。进程的状态会随着进程运行和系统调度而不断变化。进程状态可以通过命令ps -ef或top查看

  • 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
  • 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

  • 内核空间(Kernal Space):系统内核运行的空间
  • 用户空间(User Space):应用程序运行的空间

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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。

    • 不同的文件有不同的类型

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  • Liux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？

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# df命令报告文件系统磁盘空间利用率
df -T
​
# mount 命令是挂载文件系统用的，不带任何参数运行，会打印包含文件系统类型在内的磁盘分区的信息
mount
复制代码
复制代码

简单文件操作命令

ls # 查看文件夹下内容
​
mkdir demo # 创建文件夹
​
mv demo /home # 移动demo 文件夹到 /home
​
rm -r demo # 删除demo文件夹
​
touch file.txt # 创建空文件
​
cp file.txt file_bak.txt #复制文件
复制代码
复制代码

文件读取流程

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  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

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  • 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(X)

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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

  • 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

  • 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

  • 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
  • 进入demo文件夹
cd demo

  • 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

  • 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
  • 切换ceshi 用户登录
su ceshi
复制代码
复制代码
  • 进入demo文件夹
cd demo
  • 创建index.js文件成功
touch index.js
复制代码
复制代码

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

上层与底层工具的区别

底层工具主要用于底层的软件包管理操作，例如软件包的安装、卸载、更新等，其主要特点包括：

  • 以命令行为主要界面；
  • 操作灵活、功能强大；
  • 操作相对复杂，需要较高的技术水平。

常见的底层工具包括：

  • DPKG：Debian Linux 系统的底层软件包管理工具；
  • RPM：Red Hat Linux 系统的底层软件包管理工具；
  • yum：基于 RPM 的高级包管理器；
  • apt：基于 dpkg 的高级包管理器。

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上层工具则更加注重用户友好性，提供了一些图形化界面和便捷的操作方式，其主要特点包括：

  • 提供图形化界面，操作简单方便；
  • 可以方便地搜索、安装和卸载软件包；
  • 功能相对有限。

常见的上层工具包括：

  • Synaptic：适用于 Debian 系统的上层软件包管理工具；
  • Yumex：适用于 Red Hat 系统的上层软件包管理工具；
  • Apper：适用于 KDE 桌面环境的上层软件包管理工具；
  • Gnome-Software：适用于 Gnome 桌面环境的上层软件包管理工具。

常用命令

列出所有可更新的软件清单命令：apt update
安装指定的软件命令：apt install<package_name>
安装多个软件包：apt install<package_1><package_2><package_3>
更新指定的软件命令：apt update<package_name>
删除软件包命令：apt remove<package_name>
查找软件包命令：apt search<keyword>
列出所有已安装的包：apt list-installed
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