2015年3月24日 第一节 Linux基础知识讲解

一、导语及背景知识：

计算机发展到现代已经发展了四代；并且呈现加速发展趋势；

1945-1956年，电子管时代，ENIAC

1956-1968年，晶体管时代， 开始穿线编程语言；

60年代中后期，中小规模集成电路时代

电流方向：负极——>正极

电流在运动过程中会有损耗，所以以通电与否来代表二进制，而不是以电压多少来代表具体数字；

CPU=运算器（加法器等）+控制器（电路控制开关）

CPU的主频代表的是cpu电路在单位时间内完成的开关闭合的次数及能力。所以，主频越高则输入输出能力就越强。

70年代，超大规模集成电路；

    1.编程语言：

解题空间：代表计算机计算能力--机器语言；

问题空间：人类问题--自然语言。

编程语言的执行过程就是自然语言转换为机器语言的执行过程。

①低级语言

微码编程接口：汇编语言，原生的与计算机01代码一一对应，性能高效。

执行过程：汇编语言-->汇编器-->01代码

②高级语言：与汇编语言相比更加接近自然语言；

运行过程：高级语言-->编译器-->汇编语言-->机器语言；

③编程语言执行过程：

操作界面（输入设备）-->硬件-->程序（运行依赖硬件，处理操作）-->输出结果

键盘是标准的输入设备；

屏幕是标准的输出设备。

2.程序：指令+数据

指令集分为： 精简指令集

复杂指令集

3.冯 诺依曼结构：5大部件：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备。

CPU：运算器和控制器（中央处理器）

CPU只和内存交互！

内存：可编址存储单元；

00, 01, 10, 11

32操作系统每次读取32bit；32bits, 2^32, 2^10=1024

1024*1024*1024*4 bytes

1024*1024*4 k bytes

1024*4 m bytes

4 g bytes

五大部件运行过程：内存--（内存控制器：寻址）--CPU（控制器）--CPU（运算器）--CPU（控制器）--内存

二、操作系统的发展历程：

1.Unix

CTSS: Compatible Time-Sharing System 兼容分时系统；

BATCH: job1 $$$$$$ job2 $$$$$ job3 ；批处理系统

*进程：活动状态的程序，执行中的程序

2.Multics,

MULTIiplexed Information and Computing Service 

项目应为功能设置太强大、太广泛，而解散，其中的Ken、Dennis、Doog等人均参与该项目。

3.Unix

ken thompson, dennis ritchie，dogg

为打星际旅行，寻找到一个DEC生产的PDP-7，（当时版本为PDP11）

开发小型的文件系统

Unics:  （后改名为Unix）

Uniplexed  Information and Computing Service 

Unix：汇编语言，B语言写程序 

C语言：兼具低级语言特性的高级语言

1973：用C重写Unix

Berkeley， BSRG兴趣小组, 

1977 Bill Joy 【SUN创始人】,创建BSD发行版: 

1980, DARPA, 美国国防先进研究项目局，需求开发 TCP/IP，BSD获得授权。

Unix中世纪，为版权打官司，闭源；

现在主要Unix发行版: System V, BSD Lite

BSD: FreeBSD(386平台), OpenBSD, NetBSD

4.Windows

Bill Gates ：

QDOS

QDOS+GUI=Windows 1.0

VAX（VMS）+GUI+QDOS=widows NT

WindowsNT+OS/2=Windows Vista & Windows 7

5.Linux：

Linus 芬兰，赫尔辛基大学

Linus, Linux

Richard Stallman, GNU(GNU is Not Unix)运动, Free

GPL: General Public License （free）

①自由学习，自由修改；

②处于任何目的获取源代码；

③可以自由分发源代码；

④自由创建延伸版。

https://www.gnu.org/copyleft/gpl.html

https://www.gnu.org/licenses/gpl-2.0.html

LGPL: lesser GPL

gcc, gnu c complier，编译器。

FSF: Free Software Fundation 自由软件基金会

X window：开源，遵循GPL协定。 图形管理协议。

Stallman 试图开发HURD内核，作为操作系统。但进展缓慢。

Linux 1.0, Unix-like 类Unix系统。

开发及版本控制：

patch: Larry Wall（语言学家）, perl，相当于版本控制软件

GNU, Linux = GNU/Linux

6.MAC OS

脱身于BSD，乔布斯

7.MINIX: Andrew, 4000行

三、经验教训总结：

Unix的历史教训：

别和低价灵活的方案较劲；

越开源越繁荣；

Uinx的哲学基础：

①让每个程序只做好一件事；如果有新任务，那么就新启一个程序，而不要在原程序中增加功能；

②假定每个程序的输出，都会做为另一个程序的输入；输出中不要有无谓信息干扰；不要交互式输入；

③尽可能早地将设计和编译的程序投入试用，哪怕是系统级的程序也不例外；

④使用工具而不是人力来减轻负担；

简而言之：一个程序只做一件事，并做好；程序间要能互相协作；程序要能处理文本流；

Rob Pike: C语言大师：

①除非你确定，否则不要轻易修改代码；

②评价算法复杂度：O（n），只有当n很大的时候，才能体现出花哨的算法的优势来，但是n通常很小；

③数据压倒一些，即编程的核心是数据。

四、操作系统介绍：

1.计算机结构简介：

底层硬件

系统级开发OS-- C、C++

系统级开发库（System Call）--C、C++

提供共享功能模式，作为程序组成部分而存在，是指是指令功能模块；

减少程序体积

Windows：dll: dynamic link labrary

Linux：so: shared object

应用开发App-Shell --Perl、Python

用户

2.CPU架构类型：

①复杂指令集

X86：Intel，AMD，32Bits-->PC Server

X64：ADM64                -->PC Server

ARM：只做技术规范，后给三星、高通生产。知本主义，32Bits & 64Bits

②精简指令集

IBM Power 高性能，高价格

PowerPC 高性能，高价格

SUN Sparc，Unlrasparc

摩托罗拉 M68000 M68k

惠普 Alpha

2.OS的功用：

1、将硬件规格抽象为系统调用(System Call);硬件管理

2、进程管理；多任务，分片

3、文件系统；

4、硬件驱动；

5、网络协议栈；

6、安全功能；

7、内存管理；

3.shell：用户接口，用户与OS交互。

*终端类型介绍：

a.MainFrame框架介绍：

主机--分屏器--终端（n）

Linux模拟了MainFrame框架的模式。

b.分类：

物理终端--控制台--/dev/console

虚拟终端--tty --/dev/tty(n) 

@@@ tty @@@：显示当前终端；

Ctrl+Alt+F（n）:切换到tty（n）；默认tty7为图形终端；

伪终端--SSH或Telnet远程连接打开的终端--/dev/pts/(n)

串行终端--  --/dev/ttys(n)

图形终端--GNOME & KDE -- Ctrl+Alt+F(n)

启动终端：$startx Ctrl+Alt+F7

后台启动：$startx & Ctrl+Alt+F7

第二次启动：$startx -- :1 & |Ctrl+Alt+F8

第三次启动：$startx -- :2 & |Ctrl+Alt+F9

①CLI：命令行接口，Command Line Interface

sh, bash, ksh, zsh, csh, tcsh

用户工作环境：

命令提示符：

root：#

普通：$

作用：提供命令行界面；

 提供编程界面；

@@@@ echo $SHELL:显示当前shell @@@@

②GUI：图形用户接口，Graphic User Interface，提供桌面环境

X window：图形界面管理协议

Gnome：C语言开发，gtk环境

KDE：C++开发，QT环境

Xfce：轻量级

③用户：

管理员：管理权限；

命令提示符：#

普通用户：系统资源使用权限

 命令提示符：$

④定制shell工作环境：通过内置变量实现：[变量的实质是内存空间]

变量赋值：VAR_NAME=VALUE

echo $VAR_NAME:显示变量值

echo $SHELL:显示当前用户shell

echo $PS1:显示命令提示符信息

PS1：定义命令提示符前的信息：

\u:用户名称

\h：主机名称，短名称

\H：主机名称，长名称

\w：当前路径，相对路径

\W：当前路径，绝对路经

\$: 提示字符

定义方法：

export PS1=

export PS1=‘\033[3(n)m***\033[0m‘*其中n表示1-7的数字，代表其中颜色；

4.软件及软件接口：

①接口：

API：Application Programming Interface，应用编程接口；为库的调用规范和接口；

POSIX：IEEE制定的统一的API规范，前身POS（Portable Operating System）

ABI：Application Binary Interface：编译后二进制源码与内核、CPU相关，不同平台及操作系统均不兼容。

②自由软件：

GPL：较为严格

LGPL；Lesser GPL

Apache：较为松散

BSD：较为松散

5.系统运行模式：

①用户模式：

②内核模式：

程序在运行时，一般只使用普通命令集。

当程序需要调用库时，库做系统调用，从而软中断，系统做运行模式转换。

CPU指令集分为四层：

环0，硬件级别调用，只用内核才有权限

环1，未使用

环2，未使用

环3，普通命令集，

五、Linux发行版：

1、Linux发行版简介：

Linux：项目源代码，独立存在；

常见开源协定：****开源软件也是有版权的！！**** CopyRight & CopyLeft

GNU：GPL开源协定

gcc, bash, vim, openssl

Apache: Apache开源协定

BSD: BSD开源协定

Linux发行版：

Kernel+GNU程序+系统安装程序

Linux内核

网址：https://www.kernel.org/

最新版本：3.19.2

version: major.minor.release

major: 主版本号

minor: 次版本号

release：发行号，修正号

2、三大常见Linux发行版：

①Red Hat

Fedora：桌面版

CentOS：社区企业版，Community ENTerprise OS 

RHEL：企业版，Red Hat Enterprise Linux

*CentOS与RHEL完全兼容。

②slackware

S.u.S.E

OpenSUSE：北美

③Debian

Ubuntu

3、其他常见Linux发行版：

Gentoo: 高级发行版

LFS：linux from scratch

kali：主要用于安全测试领域；

Android：java虚拟机

Linux + java vm + android

ios:

基于FreeBSD

开发采用object-C

六、Linux 哲学思想：

一切皆文件（包括硬件）；

由众多目的单一的小程序组成；

组合小程序完成复杂任务；

尽量避免跟用户交互；为了方便脚本编程实现程序自动化运行；

使用文本文件保存程序的配置数据；

K.I.S.S：Keep It Simple, Stupid.

七、Linux的文件系统：

①一切皆文件；

②层级格式的树状结构：

③数据类别：

元数据（metadata）：索引文件

数据（data）：文件内容

④路径：

路径分隔符：/

相对路径：从当前位置开始定义的路径表示方式

绝对路径：从根开始定位的路径表示方式

④文件表示方法：

a.名字

严格区分大小写

可以使用除了/以外的任意字符

b.数字：inode

⑤目录：

家目录/主目录：

/root:

/home/USERNAME

工作目录/当前目录：working directory：

#pwd: print working directory

八、Linux命令：

1.分类：

内建命令：buildin，shell自带的基本命令；

外置命令：独立于shell之外的有这可执行程序文件：

#type CMD:查看命令类别

2.命令使用方法：在命令提示符下键入命令；

命令书写格式：COMMAND OPTIONS ARGUMENTS

例：ls -a /root

OPTIONS:选项

形式：

   -CHAR：短选项，多个段选项可以合并；

   --WORD：长选项，

功能：定义命令运行行为

ARGUMENTS:参数

功能：致命命令的作用对象。

！注意：有些选项自身也可以带参数，用于指定选项的作用方式或者作用对象；

例：mkfs -t btrfs /dev/sda3将/dev/sda3格式化为btrfs文件格式；

3.命令使用帮助：

===================================================

九、总结：

1.命令总结：

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#tty：显示当前终端类别

#startx &：启动图形终端，后台 Ctrl+Alt+F7

startx -- :1启动另一个图形终端 Ctrl+Alt+F8

startx -- :2启动第三个图形终端 Ctrl+Alt+F9

#echo $VAR_NAME

echo $LANG  :查看当前系统默认语言

echo $SHELL :显示当前默认shell

echo $PS1   :显示命令提示符信息；

\u:

\h

\H

\w

\W

export PS1=[\u@\h \w]\$*默认形式，可依据上面选项更改

export PS1=‘\033[3(n)m    \033[0m‘*n=[1-7]数字，代表不同颜色，可以更改文字的默认颜色；

#pwd:查看当前工作路经

#type CMD:查看命令类型 

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2.作业问答：

a.什么事GPL，有设么限定？

    3.书籍推荐：

     《穿越计算机的迷雾》

    《上帝掷骰子吗——量子物理史话》