操作系统入门

Linux 是一套免费使用和自由传播的类 UNIX 操作系统，是一个基于 POSIX 移植操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX，POSIX）和 UNIX 的多用户、多任务、支持多线程和多 CPU 的操作系统。

目前被广泛使用于企业服务器、WEB 网站平台、大数据、虚拟化、Android、超级计算机等领域，未来 Linux 将应用各行各业，例如云计算、物联网、人工智能等。

windows 操作系统简介

为什么要学习 Windows 操作系统呢，了解 Windows 系统结构，可以让我们快速学习 Linux 操作系统，通过对比学习的方法，我们可以更快的学会 Linux。

计算机硬件组成包括：CPU、内存、网卡、硬盘、DVD 光驱、电源、主板、显示器、鼠标等设备，计算机硬件是不能直接被人使用的，需要在其上安装各种操作系统，安装完操作系统，并安装驱动程序，方可进行操作、办公、上网冲浪等。

驱动程序主要指的是设备驱动程序（Device Driver），是一种可以使计算机系统和设备通信的特殊程序，相当于硬件的接口，操作系统只有通过这个接口，才能控制硬件设备，进行资源调度。

Windows 操作系统主要以窗口形式对用户展示，操作系统须安装在硬盘上，安装系统之前需对硬盘进行分区并格式化，默认 Windows 操作系统安装在 C 盘分区，D 盘分区用于存放数据文件。

通俗的讲，安装操作系统时，需要对磁盘进行格式化，格式化需要指定格式化的类型，告诉操作系统如何去管理磁盘空间，文件如何存放，如何查找及调用。操作系统不知道怎么存放文件以及文件结构，文件系统概念就诞生了。

文件系统是操作系统用于明确磁盘或分区上文件的方法和数据存储结构，文件系统由三部分组成：与文件管理有关软件、被管理文件以及实施文件管理所需数据结构。

Windows 操作系统，文件系统类型一般有 FAT、FAT16、FAT32、NTFS 等，不同的文件系统类型，有不同的特性，例如 NTFS 文件系统类型支持文件及文件夹安全设置，而 FAT32 文件系统类型不支持，NTFS 支持单文件最多为单个磁盘分区的容量大小 2T，而 FAT32 单个最大文件不能超过 4GB。

Windows 操作系统从设计层面来讲，主要用来管理电脑硬件与软件资源的程序，大致包括五个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。Windwos 操作系统从个人使用角度来讲，主要用于个人电脑办公、软件安装、上网冲浪、游戏、数据分析、数据存储等功能。

linux

linux 操作系统简介

Linux 操作系统是基于 UNIX 以网络为核心的设计思想，是一个性能稳定的多用户网络操作系统，Linux 能运行各种工具软件、应用程序及网络协议，它支持安装在 32 位和 64 位 CPU 硬件上。

通常的讲，Linux 这个词本身只表示 Linux 内核，但是人们已经习惯用 Linux 来形容整个基于 Linux 内核的操作系统，并且是一种使用 GNU 通用公共许可证（GNU General Public License，GPL）工程各种工具和数据库的操作系统。

GNU 是“GNU is Not Unix”，UNIX 是一种广泛使用的商业操作系统，由于 GNU 将要实现以 UNIX 系统的接口标准，因此 GNU 计划可以分别开发不同的操作系统部件，并且采用了部分当时已经可自由使用的软件。

为了保证 GNU 软件可以自由地“使用、复制、修改和发布”，所有的 GNU 软件都在一份禁止其他人添加任何限制的情况下授权所有权利给任何人的协议条款里，我们把这个条款称之为 GNU 通用公共许可证（GNU General Public License，GPL）。

1991 年的 10 月 5 日，Linux 创始人 Linus Torvalds 在 comp.os.minix 新闻组上发布消息，正式向外宣布 Linux 内核的诞生，1994 年 3 月 Linux 1.0 发布，代码量 17 万行，当时是完全按照自由免费的协议发布，随后正式采用 GPL 协议，目前 GPL 协议版本包括：GPLv1、GPLv2、GPLv3 以及未来的 GPLv4、GPLv5 等。

1.3 Linux 操作系统优点

随着 IT 产业的不断发展，Linux 操作系统应用领域越来越广泛，尤其是近年来 Linux 在服务器领域飞速的发展，主要得益于 Linux 操作系统具备的如下优点：

  • 开源免费
  • 系统迭代更新
  • 系统性能稳定
  • 安全性高
  • 多任务，多用户
  • 耗资源少
  • 内核小
  • 应用领域广泛
  • 使用及入门容易

linux 运维发展前景及就业形势

权威部门统计，未来几年内我国软件行业的从业机会十分庞大，中国每年对 IT 软件人才的需求将达到 200 万人左右。而对于 Linux 专业人才的就业前景，更是广阔；据悉在未来 5-10 年内 Linux 专业人才的需求将达到 150 万，尤其是有 Linux 行业经验的，资深的 Linux 工程师非常缺乏，薪资也非常诱人，平均月薪 15000-25000，甚至更高，Linux 行业薪资如下图 操作系统入门-1

硬盘分区简介

学习 Windows、Linux 操作系统，必然要了解硬盘设备，硬盘是电脑主要的存储媒介之一，硬盘要能够安装系统或者存放数据，必须进行分区和格式化，Windows 系统常见分区有三种：主磁盘分区、扩展磁盘分区、逻辑磁盘分区。

一块硬盘设备，主分区至少有 1 个，最多 4 个，扩展分区可以为 0，最多 1 个，且主分区+扩展分区总数不能超过 4 个，逻辑分区可以有若干个。在 Windows 下激活的主分区是硬盘的启动分区，他是独立的，也是硬盘的第一个分区，通常就是我们所说的 C 盘系统分区。

扩展分区是不能直接用的，他是以逻辑分区的方式来使用的，扩展分区可分成若干逻辑分区。他们的关系是包含的关系，所有的逻辑分区都是扩展分区的一部分。

在 Windows 系统安装时，硬盘驱动器是通过磁盘 0,磁盘 1 来显示,其中磁盘 0 表示第一块硬盘,磁盘 1 表示第二块硬盘,然后在第一块硬盘磁盘 0 上进行分区，最多不能超过 4 个主分区,分区为 C、D、E、F。

硬盘接口是硬盘与主机系统间的连接部件，作用是在硬盘缓存和主机内存之间传输数据。不同的硬盘接口决定着硬盘与计算机之间的连接速度，在整个系统中，硬盘接口的优劣直接影响着程序运行快慢和系统性能好坏，常见的硬盘接口类型为：IDE（Integrated Drive Electronics）、SATA（Serial Advanced Technology Attachment）、SCSI（Small Computer System Interface）、SAS（Serial Attached SCSI）和光纤通道等。

IDE 接口硬盘多用于家用，部分也应用于传统服务器，SCSI、SAS 接口的硬盘则主要应用于服务器市场，而光纤通道用于高端服务器上，SATA 主要用于个人家庭办公电脑及低端服务器。

在 Linux 操作系统中，读者可以看到硬盘驱动器的第一块 IDE 硬盘接口的硬盘设备为 hda，或者 SATA 硬盘接口的硬盘设备为 sda，主分区编号为 hda1-4 或者 sda1-4，逻辑分区从 5 开始。如果有第二块硬盘，主分区编号为 hdb1-4 或者 sdb1-4。

不管是 Windows 还是 Linux 操作系统，硬盘的总容量=主分区的容量+扩展分区的容量，而扩展分区的容量=各个逻辑分区的容量之和。主分区也可成为“引导分区”，会被操作系统和主板认定为这个硬盘的第一个分区，所以 C 盘永远都是排在所有磁盘分区的第一的位置上。

MBR（Master Boot Record）和 GPT（GUID Partition Table）是在磁盘上存储分区信息的两种不同方式。这些分区信息包含了分区从哪里开始的信息，这样操作系统才知道哪个扇区是属于哪个分区的，以及哪个分区是可以启动操作系统的。 在磁盘上创建分区时，必须选择 MBR 或者 GPT，默认是 MBR，也可以通过其他方式修改为 GPT 方式。MBR 分区的硬盘最多支持 4 个主分区，如果想支持更多主分区，可以考虑使用 GPT 格式分区。

学好 linux 的方法

系统安装是初学者的门槛，系统安装完毕后，很多初学者不知道该如何学习，不知道如何快速进阶，下面作者总结了菜鸟学好 Linux 技能的大绝招：

  • 需熟练掌握 Linux 系统管理必备命令，命令包括：cd、ls、pwd、clear、chmod、chown、chattr、useradd、userdel、groupadd、vi、vim、cat、more、less、mv、cp、rm、rmdir、touch、ifconfig、ip addr、ping、route、echo、wc、expr、bc、ln、head、tail、who、hostname、top、df、du、netstat、ss、kill、alias、man、tar、zip、unzip、jar、fdisk、free、uptime、lsof、lsmod、lsattr、dd、date、crontab、ps、find、awk、sed、grep、sort、uniq 等，每个命令至少练习 30 遍，逐步掌握每个命令的用法及应用场景；
  • 熟练构建 Linux 下常见服务（DHCP、SAMBA、DNS、Apache、MySQL、Nginx、Zabbix、Squid、Varnish、LVS、Keepalived、ELK、MQ、Zookeeper、Docker、Openstack、Hbase、Mongodb、Redis 等，遇到问题先思考，没有头绪可以借助百度、Google 搜索引擎，问题解决后，将解决问题的步骤总结并形成文档；
  • 理解操作系统的每个命令，每个服务的用途，为什么要配置这个服务，为什么需要调整该参数，只有带着目标去学习才能更快的成长，才能让你去发掘更多新知识；
  • 熟练搭建 Linux 系统上各种服务之后，需要理解每个服务的完整配置和优化，可以拓展思维。例如 LAMP 所有服务放在一台机器上，能否分开放在多台服务器以平衡压力呢，该如何去构建和部署呢？一台物理机构建 Docker 虚拟化，如果是 100 台、1000 台如何去实施呢，会遇到哪些问题呢；
  • Shell 是 Linux 最经典的命令解释器，Shell 脚本可以实现自动化运维，平时多练习 Shell 脚本编程，每个 Shell 脚本多练习几遍，从中吸取关键的参数、语法，不断的练习，不断的提高；
  • 建立个人学习博客，把平时工作、学习中的知识都记录到博客，一方面可以供别人参考，另一方面可以提高自己文档编写及总结的能力；
  • 学习 Linux 技术是一个长期的过程，一定要坚持，遇到各种错误、问题可以借助百度、Google 搜索引擎，如果解决不了，可以请教同学、朋友及你的老师；
  • 通过以上步骤的学习方法，不断进步，如果想达到高级、资深大牛级别，还需要进一步深入学习 WEB 集群架构、网站负载均衡、网站架构优化、自动化运维、运维开发、虚拟化等知识；
  • 多练习才是硬道理，实践出真知。

linux 系统管理

操作系统启动概念

不管是 Windows 还是 Linux 操作系统，底层设备一般均为物理硬件，操作系统启动之前会对硬件进行检测，然后硬盘引导启动操作系统，如下为操作系统启动相关的各个概念：

BIOS

基本输入输出系统（Basic Input Output System，BIOS）是一组固化到计算机主板上的只读内存镜像（Read Only Memory image，ROM）芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。

MBR

全新硬盘在使用之前必须进行分区格式化，硬盘分区初始化的格式主要由两种，分别是：MBR 格式和 GPT 格式。

如果使用 MBR 格式，操作系统将创建主引导记录扇区（Main Boot Record，MBR），MBR 位于整块硬盘的 0 磁道 0 柱面 1 扇区，主要功能是操作系统对磁盘进行读写时，判断分区的合法性以及分区引导信息的定位。

主引导扇区总共为 512 字节，MBR 只占用了其中的 446 个字节，另外的 64 个字节为硬盘分区表 (Disk Partition Table，DPT)，最后两个字节“55，AA”是分区的结束标志。 在 MBR 硬盘中，硬盘分区信息直接存储于主引导记录（MBR）中，同时主引导记录还存储着系统的引导程序

操作系统入门-MBR分区表内容

MBR 是计算机启动最先执行的硬盘上的程序，只有 512 字节大小，所以不能载入操作系统的核心，只能先载入一个可以载入计算机核心的程序，我们称之为引导程序。

因为 MBR 分区标准决定了 MBR 只支持在 2TB 以下的硬盘，对于后面的多余空间只能浪费。为了支持能使用大于 2T 硬盘空间，微软和英特尔公司在可扩展固件接口(Extensible Firmware Interface，EFI)方案中开发了全局唯一的标识符（Globally unique identifier，GUID），进而全面支持大于 2T 硬盘空间在企业中使用。

GPT

全局唯一的标识符（Globally unique identifier，GUID），正逐渐取代 MBR 成为新标准。它和统一的可扩展固件接口 (Unified Extensible Firmware Interface,UEFI)相辅相成。

UEFI 用于取代老旧的 BIOS，而 GPT 则取代老旧的 MBR。之所以称为“GUID 分区表”，是因为驱动器上的每个分区都有一个全局唯一的标识符。

在 GPT 硬盘中，分区表的位置信息储存在 GPT 头中。出于兼容性考虑，第一个扇区同样有一个与 MBR 类似的标记，叫做受保护的主引导记录（Protected Main Boot Record，PMBR）。

PMBR 的作用是当使用不支持 GPT 的分区工具时，整个硬盘将显示为一个受保护的分区，以防止分区表及硬盘数据遭到破坏，而其中存储的内容和 MBR 一样，之后才是 GPT 头。

GPT 优点支持 2T 以上磁盘，如果使用 Fdisk 分区，最大只能建立 2TB 大小的分区，创建大于 2TB 的分区，需使用 parted，同时必须使用 64 位操作系统，Mac、Linux 系统都能支持 GPT 分区格式，Windows 7/8 64bit、Windows Server 2008 64bit 支持 GPT.

操作系统入门-GPT分区表内容

GRUB

GNU 项目的多操作系统启动程序（GRand Unified Bootloader，GRUB），可以支持多操作系统的引导，它允许用户可以在计算机内同时拥有多个操作系统，并在计算机启动时选择希望运行的操作系统。

GRUB 可用于选择操作系统分区上的不同内核，也可用于向这些内核传递启动参数。它是一个多重操作系统启动管理器。用来引导不同系统，如 Windows，Linux。Linux 常见的引导程序包括：LILO、GRUB、GRUB2，CentOS 7 Linux 默认使用 GRUB2 引导程序，引导系统启动。

操作系统入门-GRUB引导流程

GRUB2 是基于 GRUB 开发成更加安全强大的多系统引导程序，最新 Linux 发行版都是使用 GRUB2 作为引导程序。同时 GRUB2 采用了模块化设计，使得 GRUB2 核心更加精炼，使用更加灵活，同时也就不需要像 GRUB 分为 stage1,stage1.5,stage2 三个阶段。

Linux 操作系统启动流程

操作系统入门-系统启动流程

  1. 加载 BIOS 计算机电源加电质检，首先加载基本输入输出系统（Basic Input Output System，BIOS），BIOS 中包含硬件 CPU、内存、硬盘等相关信息，包含设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、即插即用（Plug-and-Play，PNP）特性等。加载完 BIOS 信息，计算机将根据顺序进行启动。
  2. 读取 MBR 读取完 BIOS 信息，计算机将会查找 BIOS 所指定的硬盘 MBR 引导扇区，将其内容复制到 0x7c00 地址所在的物理内存中。被复制到物理内存的内容是 Boot Loader，然后进行引导。
  3. GRUB 引导 GRUB 启动引导器是计算机启动过程中运行的第一个软件程序，当计算机读取内存中的 GRUB 配置信息后，会根据其配置信息来启动硬盘中不同的操作系统。
  4. 加载 kernel 计算机读取内存映像，并进行解压缩操作，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示，当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用 start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成 Linux 核心环境的建立。
  5. 设定 inittab 运行等级 内核加载完毕，会启动 Linux 操作系统第一个守护进程 init，然后通过该进程读取/etc/inittab 文件，/etc/inittab 文件的作用是设定 Linux 的运行等级，Linux 常见运行级别如下：
    • 0：关机模式；
    • 1：单用户模式；
    • 2：无网络支持的多用户模式；
    • 3：字符界面多用户模式；
    • 4：保留，未使用模式；
    • 5：图像界面多用户模式；
    • 6：重新引导系统，重启模式。
  6. 加载 rc.sysinit 读取完运行级别，Linux 系统执行的第一个用户层文件/etc/rc.d/rc.sysinit，该文件功能包括：设定 PATH 运行变量、设定网络配置、启动 swap 分区、设定/proc、系统函数、配置 Selinux 等。
  7. 加载内核模块 读取/etc/modules.conf 文件及/etc/modules.d 目录下的文件来加载系统内核模块。该模块文件，可以后期添加或者修改及删除。
  8. 启动运行级别程序 根据之前读取的运行级别，操作系统会运行 rc0.d 到 rc6.d 中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。其中以 S 开头表示系统即将启动的程序，如果以 K 开头，则代表停止该服务。S 和 K 后紧跟的数字为启动顺序编号。 操作系统入门-运行级别服务
  9. 读取 rc.local 文件 操作系统启动完相应服务之后，会读取执行/etc/rc.d/rc.local 文件，可以将需要开机启动的任务加入到该文件末尾，系统会逐行去执行并启动相应命令 操作系统入门-开机运行加载文件
  10. 执行/bin/login 程序 执行/bin/login 程序，启动到系统登录界面，操作系统等待用户输入用户名和密码，即可登录到 Shell 终端，如图 3-7 所示，输入用户名、密码即可登录 Linux 操作系统，至此 Linux 操作系统完整流程启动完毕。 操作系统入门-系统登录界面

Linux 系统配置 IP

Linux 系统配置 DNS

centos7 重置密码

Linux 系统目录功能

Linux 主要树结构目录包括：/、/root、/home、/usr、/bin、/tmp、/sbin、/proc、/boot 等 操作系统入门-Linux目录树形结构

  • / 根目录；
  • /bin 存放必要的命令；
  • /boot 存放内核以及启动所需的文件；
  • /dev 存放硬件设备文件；
  • /etc 存放系统配置文件；
  • /home 普通用户的宿主目录，用户数据存放在其主目录中；
  • /lib|lib64 存放必要的运行库；
  • /mnt 存放临时的映射文件系统，通常用来挂载使用；
  • /proc 存放存储进程和系统信息；
  • /root 超级用户的主目录；
  • /sbin 存放系统管理程序；
  • /tmp 存放临时文件；
  • /usr 存放应用程序，命令程序文件、程序库、手册和其它文档；
  • /var 系统默认日志存放目录。

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