计算机基础
1 计算机系统
1.1 冯.诺依曼体系
1. 计算机硬件由五大部分组成: 主存储器(内存), 辅助存储器(硬盘)
2. 计算机采用二进制, bit位, byte字节, 1byte=8bits
3. 计算机应该按照程序顺序执行
...
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1.2 进制转换
二进制 --> 十进制:
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[12:17:10 root@CentOS-8-1 ~]#bc
bc 1.07.1
Copyright 1991-1994, 1997, 1998, 2000, 2004, 2006, 2008, 2012-2017 Free Software Foundation, Inc.
This is free software with ABSOLUTELY NO WARRANTY.
For details type `warranty'.
ibase=2 # ibase=2表示输入的格式为2进制
1001 # 输入2进制数
9 # 输出结果默认为10进制
十进制 --> 二进制: 用十进制数除2, 将结果中的整数和余数按照从下到上的顺序排列,就是对应二进制
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[12:17:13 root@CentOS-8-1 ~]#bc
bc 1.07.1
Copyright 1991-1994, 1997, 1998, 2000, 2004, 2006, 2008, 2012-2017 Free Software Foundation, Inc.
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For details type `warranty'.
obase=2 # obase=2表示输出的结果为2进制
128 # 输入十进制数
10000000 # 获取结果
计算机内部 实际生活
KB = 2^10 KB= 10^3
MB = 2^20 MB = 10^6
GB = 2^30 GB = 10^9
TB = 2^40 TB = 10^12
我们买的硬盘,如1T硬盘, 是按照10^12计算的, 所以其容量大小是 10^12=1000000000000 bytes
而在计算机上显示的容量是按照2^40这种2进制计算的 标准的1T=2^40=1099511627776 bytes
所以我们买的1T硬盘, 按照二进制计算的话是不够的1T容量的, 因此, 在计算机上显示的容量就不到1T了
1.3 操作系统位数
- 32位: 最多支持4G内存
1G=2^30
32位=2^2*2^30
4*2^30=4G
# 确定操作系统是32位还是64位
[13:16:00 root@CentOS-8-1 ~]#getconf LONG_BIT
64
2 服务器
2.1 服务器分类
-
Tower Server
image.png -
Blade Server: 节约空间, 多个服务器挤到一起, 但是贵
image.png -
Rack Server: 1U=1.75英寸, 多个服务器, 放到一个机柜里面, 占空间, 相对便宜
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2.2 CPU
CPU由运算器和控制器组成
- CISC: 复杂指令集(x86), Complex Instruction Set Computer, Intel和AMD一般都是CISC
- RISC: 精简指令集(非x86), Reduced Instruction Set Computer, ARM CPU
# Linux查看CPU信息
64
[13:16:06 root@CentOS-8-1 ~]#lscpu
Architecture: x86_64
CPU op-mode(s): 32-bit, 64-bit
Byte Order: Little Endian
CPU(s): 1
On-line CPU(s) list: 0
Thread(s) per core: 1
Core(s) per socket: 1
Socket(s): 1
NUMA node(s): 1
Vendor ID: GenuineIntel
CPU family: 6
Model: 165
Model name: Intel(R) Core(TM) i7-10875H CPU @ 2.30GHz
Stepping: 2
CPU MHz: 2304.003
BogoMIPS: 4608.00
Hypervisor vendor: VMware
Virtualization type: full
L1d cache: 32K
L1i cache: 32K
L2 cache: 256K
L3 cache: 16384K
NUMA node0 CPU(s): 0
Flags: fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ss syscall nx pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc arch_perfmon nopl xtopology tsc_reliable nonstop_tsc cpuid pni pclmulqdq ssse3 fma cx16 pcid sse4_1 sse4_2 x2apic movbe popcnt tsc_deadline_timer aes xsave avx f16c rdrand hypervisor lahf_lm abm 3dnowprefetch cpuid_fault invpcid_single ssbd ibrs ibpb stibp ibrs_enhanced fsgsbase tsc_adjust bmi1 avx2 smep bmi2 invpcid rdseed adx smap clflushopt xsaveopt xsavec xsaves arat pku ospke md_clear flush_l1d arch_capabilities
2.3 主板
主板有多个插槽, 负责插cpu, 内存, 硬盘等
主板还包含BIOS芯片, I/O控制芯片, 键盘和面板控制开关接口, 指示灯插接件, 扩展插槽, 直流电源供电插接件等原件
2.4 内存
内存是介于cpu和外部存储之间, 是cpu对外部存储中程序和数据进行高速运算时存放程序指令, 数据和中间结果的临时场所.
内存是cpu能直接寻址的存储空间
计算机中所有程序都是在内存进行的
DDR: Double Data Rate
4: 四代
内存带宽计算: 内存总线频率*数据总线位数/8
数据总线位数: 如今都是64位bit, 数据总线位数/8得到字节byte
单通道DDR4内存带宽计算:
DDR4-4000: 4000MHz*64bit/8=32000MB/S
DDR4-3600: 3600MHz*64bit/8=28800MB/S
双通道: 两条内存条, 错位插在主板上, 如果一个主板有4个内存插槽, 那么两条内存条就可以分别插在插槽1和插槽3, 或者插槽2和插槽4, 构成双通道
而当总内存大小相等时, 双通道的内存带宽会比单通道的速度快
比如两个16G内存构成双通道, 会比一个32G的单通道更快, 当然32G也可以购买两个组成双通道, 具体就看需求和预算
DDR4-4000: 4000MHz*64bit*2/8=64000MB/S
硬盘进行数据拷贝一般就是几百兆, 而内存可以达到几十G的速度
2.5 硬盘
- 硬盘接口分类
早期: 一般都是并行接口
IDE: 电子集成, 早期家用电脑常用, 如果已经没有IDE接口了, 需要专门的IDE线才能读取
SCSI: 早期服务器常用接口
如今: 都是串行serial接口
SATA: 家用电脑如今常用接口
SAS: 目前服务器主流接口
SATA和SAS接口兼容
光纤通道: Fiber Channel, 高性能服务器上采用的接口
M.2: 固态硬盘接口, 性能更强, 一般用在家用电脑
- 硬盘结构分类
机械硬盘: Hard Disk Drive, 靠机械结构读取数据
固态硬盘: Solid Disk Drive, 靠芯片读写数据
2.6 网卡
服务器大多标配4个网卡, 集成在主板上, 一般是千兆网卡, 1Gbps
如需高速网络, 需要配置光纤网卡, Infiniband网卡等, 传输速率能达到10Gbps, 20Gbps, 即万兆网卡
2.7 其他硬件
- 电源
服务器一般提供两路电源, 防止电源故障
- 显卡
服务器都在主板上集成了显卡, 但是显存容量不高, 一般为16M或者32M
GPU: 图形处理器
- 热插拔技术
Hot Swap: 允许服务器在不关机的状态下, 更换故障热插拔设备
常见热插拔设备: 硬盘, 电源, PCI设备, 风扇等
热插拔技术与RAID技术配合起来, 可以使服务器在不关机的状态下恢复故障硬盘上的数据, 同时不影响网络用户对数据的使用
家用电脑一般不支持热插拔
- 机柜
机架式服务器 - 服务器放置于机柜中
通常使用的机柜是42U, 约2米高, 1U = 44.45mm(1.75英寸)
在一个机架上, 累计设备一般不超过26U, 全1U设备一般不超过16台, 全2U设备一般不超过12台, 全4U设备一般4-7台
- PDU: Power Distribution Unit
机架统一的电源管理供给
- KVM
一个机架的所有服务器可以通过一个KVM进行统一管理
KVM连接到机架后, 显示器可以切换屏幕, 来切换到每个不同的服务器上
- 阵列卡
RAID卡用来实现RAID的建立和重建, 检测和修复多位错误, 错误磁盘自动检测等功能
阵列卡把多个磁盘驱动器按照一定要求, 组成一个整体并且由阵列控制器管理的系统
阵列卡用来提高磁盘子系统的性能及可靠性
支持多个RAID级别: RAID0, 1, 5, 6
- 服务器性能优化
1. 充分利用性能好的硬件, 把程序和数据放在高速存储, 如cpu, 内存, 缓存
2. 动态使用cpu, 让应用程序运行在空闲的服务器cpu上, 典型的技术就是容器k8s
3 操作系统
3.1 操作系统功能
- OS: 实现通用目的的软件程序
用户
||
应用软件
||
操作系统
||
硬件
- 主要功能:
硬件驱动
进程管理
内存管理
网络管理
安全管理
文件管理
3.2 操作系统相关概念
接口: 插座和插头的连接口
ABI: 应用程序二进制接口, Binary
ABI描述了应用程序与OS之间的底层接口, 允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行
- 运行程序格式
Windows: PE格式
Linux: ELF格式
[20:33:45 root@CentOS-8-1 ~]#file /usr/bin/lscpu
/usr/bin/lscpu: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64
- API: 应用程序开发接口, Programming
API定义了源代码和库之间的接口, 因此, 同样的源代码可以在支持这个API的任何系统中编译
程序员可以在代码中, 调用其他人开发的功能, 这就是通过其他功能库的API接口来实现
- POSIX: Portable OS Interface 可移植的操作系统接口
POSIX是IEEE在操作系统上定义的一系列API标准
POSIX兼容的程序可在其他POSIX操作系统编译执行
- 用户态和内核态
计算机的硬件资源统一由操作系统内核进行管理, 应用程序访问操作系统资源, 硬件资源时需要向内核发起系统调用, 由内核去读取数据
应用程序和内核之间的接口就是系统调用, 系统调用提供了多种访问硬件的功能
函数库: 程序员直接使用系统调用去和内核通信是很繁琐的, 因此, 就会使用函数库. 函数库会负责和内核进行交互
函数库会由其他人员进行开发
大致过程: 应用程序 --> 函数库 -->(system call) 内核
- 用户空间和内核空间和硬件
用户空间: 应用程序(程序代码)和函数库
| 系统调用
内核空间: 操作系统, 可以运行任何指令, 调用一切系统的资源
| 硬件控制
硬件
str = "hello world" # 变量赋值在用户空间
x = x + 100
file.write(str) # 写磁盘涉及到硬件操作, 需要发起系统调用, 运行在内核空间
y = x + 200
- CPU上下文切换: cpu在用户空间和内核空间进行切换
应用程序的代码会分别运行在用户空间和内核空间, 因此, CPU就会在两个空间进行来回切换, 这就是CPU上下文切换
3.3 各种操作系统
Unix
Windows
Linux
3.4 UNIX
Unix:
Ken Thompson, 汇编和B语言 Bell 实验室
|
Dennis Ritchie 用C语言重写UNIX, 汇编语言与硬件绑定, 无法跨平台, C语言是高级语言, 可以跨平台
|
BSD UNIX, 开始收费
|
Minix, 教育用的UNIX
3.5 GNU
GNU is Not Unix, 项目目标是编写大量兼容于UNIX系统的自由软件, 允许用户任意复制, 传递, 修改及再发布
GPL: GNU General Public License, GNU通用许可, GNU法律约定
Free Software Foundation: 自由软件基金会, 管理运营GNU项目
虽然GNU项目的很多软件是开源的, 但是仍需要在UNIX上运行
3.6 Linux
1991年, 基于GPL发布, 基于GNU项目
完整的类UNIX系统, 基于Linux内核+GNU工具
# CentOS8 - 4.18版本
[22:06:10 root@CentOS-8-1 ~]#uname -r
4.18.0-193.el8.x86_64
# CentOS7 - 3.10版本
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3.7 开源Open Source
- Open Source
软件和源代码提供给所有人, 自由分发软件和源代码, free是自由, 不是免费的意思
能够修改和创建衍生作品
- 软件分类
商业: 收费, 源码不公开, 比如,Pycharm
共享: 免费使用, 但是源代码不公开, 比如,360
自由: 源代码公开
- 开源协议
世界上的开源许可证大概有上百种
GPL是最严格的开源许可, 而MIT是最宽松的开源许可
- 如何在Windows上打开最小化安装的Linux的浏览器
使用MobaSSH工具
# 在Linux上安装以下软件
yum install xorg-x11-xauth xorg-x11-fonts-* xorg-x11-font-utils xorg-x11-fonts-Type1 firefox libglvnd-glx-1:1.3.2-1.el8.x86_64
# 退出当前连接后重新登录
exit
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# 执行firefox命令
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Linux安装
VMvare配置
-
进入虚拟网络编辑器
-
修改VMnet8, NAT模式
image.png -
修改VMnet1, 仅主机模式
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CentOS8
-
打开VMware
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image.png 配置静态ip地址
[root@demo-c8 ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens160: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
link/ether 00:0c:29:97:37:c8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
[root@demo-c8 ~]# vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens160
BOOTPROTO=static
DEVICE=ens160
NAME=ens160
ONBOOT=yes
IPADDR=10.0.0.108
NETMASK=255.255.255.0
DNS1=223.5.5.5
DNS2=223.5.5.6
GATEWAY=10.0.0.2
[root@demo-c8 ~]# nmcli conn reload
[root@demo-c8 ~]# nmcli conn up ens160
Connection successfully activated (D-Bus active path: /org/freedesktop/NetworkManager/ActiveConnection/4)
[root@demo-c8 ~]#
[root@demo-c8 ~]#
[root@demo-c8 ~]#
[root@demo-c8 ~]#
[root@demo-c8 ~]# ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
inet 127.0.0.1/8 scope host lo
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 ::1/128 scope host
valid_lft forever preferred_lft forever
2: ens160: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc mq state UP group default qlen 1000
link/ether 00:0c:29:97:37:c8 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 10.0.0.108/24 brd 10.0.0.255 scope global noprefixroute ens160
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::20c:29ff:fe97:37c8/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever
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Ubuntu1804-Server
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- 配置Ubuntu允许root账号SSH登录
david@u18:~$ sudo -i
[sudo] password for david:
root@u18:~# passwd root
Enter new UNIX password:
Retype new UNIX password:
passwd: password updated successfully
root@u18:~# vi /etc/ssh/sshd_config
PermitRootLogin yes
root@u18:~# systemctl restart sshd
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