計算機基礎及Linux基礎概述

馬哥教育網絡班23期+第1周課程練習

計算機基礎及Linux基礎概述

一、計算機組成及其功能

1.1、概述

    計算機，computer 我們在中國都稱它為電腦，其實我們個人使用的計算機只是計算機家族的一部分，計算機分很多種，小型機，中型機，大型機，工作站，還有PC機，等等，其實我們家庭中使用的只能算是PC機，其實應該是速度最慢的計算機，而且我們使用的計算機，應該叫做電子計算機，現在人類又要發明量子計算機，量子比電子還要小，量子計算機運行的速度更快。

1.2、 計算機的組成

    我們知道，計算機分為最基本的5大部件，其實一開始的計算機有3個部件就可以工作，分別是運算器，控制器，存儲器。我們一般把運算器和控制器合二為一，而叫做CPU 也就是 Central Processing Unit 的簡稱，CPU中集成了運算器和控制器，但是只有這3個設備，無法和人類進行交互，所以我們開發出了另外2個部件，就是輸入和輸出設備，一開始我們的輸入和輸出設備很簡單，輸入設備就是穿孔紙帶，而輸出設備就是發光二極管。但是這樣的話人們很難和計算機進行交互，所以后來人們發明了鍵盤作為輸入設備，顯示器作為輸出設備，最開始的時候還沒有磁盤這個物理設備，人們就使用磁帶來存儲，就像我們小時候用的錄音帶一樣，這種介質第一存儲的數據量很小，第二很難就行重復使用，所以后來發明了硬盤，硬盤實際上應該是一個I/O 設備，也就是既可以輸出又可以輸入。這些組件之間的工作和執行的功能我用下圖來說明：

二、操作系統的發展和Linux 操作系統的出現

2.1 操作系統概述

    操作系統，Operating System ，操作系統到底是什么，顧名思義，我的理解是操作系統其實就是一種軟件，如果說沒有操作操作系統，我們想象一下會是什么樣子，就像過去我們使用計算器一樣，它只是接收一些很簡單的命令和數據，完成一些操作，然后給我們返回一些我們想要的結果，像 + – * / % … 這當然不是計算機，但無疑我們在操作這些數字的時候我們只是按下了幾個數字鍵而已，至于操作符 + – * / 這些在計算機中是怎樣翻譯過來的我們不清楚，而且我們用戶也不用知道，往往對于人類來說，字符或者數字符串是很容易識別的，但是對于計算機來說，數字是很容易識別的，所以計算機把一切數據都看成是數字，其實在電子計算機中是沒有10進制這個概念的，計算機只能識別二進制，因為發明計算機的先驅們覺得二進制最能代表一類事物的2個狀態，也就是非黑即白，就像燈泡，只有2中狀態，不是亮就是滅，讓計算機來表示燈泡的亮和滅也就是2個數字1 代表亮 0代表滅，所以計算機都是以二進制來存儲事物的狀態，好像有點跑題，所以我們說，如果讓人類去把55+ 53 先把55 轉換成二進制，然后把53轉換成二進制 然后再找到+ 加法這個操作對應的二進制 然后執行相加操作，大家可想而知是多么的復雜，所以說機器語言對于程序員來說代碼量太大了，根本無法進行機器語言的開發和編寫，所以在這種條件下，誕生了匯編語言。

    匯編語言一開始就是每個硬件廠商為了容易編寫底層執行硬件的代碼，把那些二進制的文件封裝編碼成了匯編語言，其實就是硬件的微碼，但是這種微碼不具備通用性，比如說，你在華碩買的顯卡有一個微碼，你在金士頓買的內存有一個微碼，你想讓2個硬件為你工作，你必須把這2種微碼同一起來，互相都可以認識，這樣才能通信或者兼容，所以說微碼的編寫量還是很大，但是怎樣才能將這些硬件設備統一起來管理，讓他們可以協調并行運行，比如說網卡現在需要和CPU通信，需要占用CPU ，但是硬盤也需要讓CPU進行”讀“的操作，我們知道在某一時刻CPU 是不能在讓2個設備占用的，所以這樣就產生了操作系統。 

    一開始，計算機的5大部件運行還是單任務的系統，這還不能叫做操作系統，就是一個接一個執行指令，但是人們發現，這種單任務的系統CPU的大量時間都浪費了，CPU其實一直在空轉，只是執行了一點代碼，就休息去了，等著下一個任務，所以人們發明了批處理系統，把一段代碼寫成一段讓CPU執行，在每一段中加入相應的識別碼，讓CPU 知道這個識別碼其實就是指令的結尾，但是這樣CPU還是在空轉，所以后來又有了多批處理，也就是專門準備一臺電腦把指令傳送給速度快的這臺電腦，讓速度快的這臺電腦執行時CPU盡量不空轉，但是這樣CPU還是有空轉，所以最后就有了多任務的操作系統。 

    其實發明多任務的操作系統也就是不想讓CPU空轉，也就是想壓榨 CPU更多的時鐘周期，讓CPU在一個時鐘周期內執行更多的代碼而已，人們有時候就是這么貪婪，呵呵。第一個多任務操作系統誕生了，它叫做multics,multics（英文全稱：MULTiplexed Information and Computing System）是一個全面的，通用編程系統，作為一個研究項目正在開發。最初的Multics系統基于對GE 645電腦，整體設計目標之一是要創建一個計算系統，它是能夠滿足幾乎所有大的要求，這些系統必須連續運行，并且可靠，類似電話或電力系統每周7天，每天24小時工作，而且必須是能夠滿足廣泛的服務需求。從多個人機交互用戶缺席的順序處理從系統的使用與專用系統本身的編程語言和子系統，和集中批量卡，磁帶，打印機設施位于遠程終端的工作，這樣的信息處理和通信系統被認為是必不可少的，使用電腦在未來業務增長，在行業，在政府和科學實驗室，以及刺激，否則將撤銷申請，隨著multics的發展，后來貝爾實驗室退出了multics的研發，簡短來說（限于篇幅）,Ken Thompson 是貝爾實驗室的一員，他想開發Space Travel 這樣一個游戲，但是又不能使用multics ，所以他就和領導申請給他一臺計算機開發他的游戲，但是領導沒有理他，他沮喪至于就發現有一個誰也不用的電腦，于是他就那這個電腦自己寫了一個操作系統，來運行它的游戲，沒想到這個操作系統真的寫成了，當時人們叫他 Unics，前面說到匯編語言對硬件要求很多，其實屬于和硬件耦合度很高，所以Ken Thompson就和另外一個神人開發了一門語言，可以凌駕于硬件之上，就叫做C語言，他們用C語言重寫了Unics 后來Unics 就叫做Unix了。Unix出現以后很受歡迎，但是中間出了很多事故，我就不詳細說了，總之Unix 中的2個發明商 BSD 和 貝爾實驗室 一直再打官司，最后成就了比爾蓋茨，比爾蓋茨鉆了他們的空子，拿著蹩腳的DOS 操作系統賺了第一桶金，最后一發不可收拾，至于windows 其實也是Unix ，只不過是湊出來的Unix 而且微軟又加了很多蹩腳的東西，成了今天這個鳥樣子。對了，喬布斯的蘋果的系統原始也是Unix 是 Unix 下的freeBSD 而且沒有改，所以說蘋果電腦對硬件要求很高，性能很好，2005年之前蘋果電腦的CPU架構都是 powerPC 而不是Intel 和 AMD 的Cpu 。但是我們知道無論是UNIX 還是微軟的windows 還是蘋果系統，他們都是閉源的，也就是不會公開源代碼的，在當時的情況下，有人提出了程序應該是全世界人類智慧的結晶，而不是被某一個流氓公司所壟斷。在這種環境下，Linux誕生了，Linux天生就是為了全世界的黑客而生的。

    如果想進一步Linux的發展史可以google一下，我這里就不詳細描述了。接下來我介紹一下Linux的各個發行版。

    大家需要明白，Linux 只是內核，沒有應用程序，如果想有應用程序就需要GNU 組織來提供應用程序，GNU其實就是一個開源組織，這就要說GNU 和GPL 的概念了，其實GNU可以看作就是軟件行業的共產黨組織 而GPL 就是共產黨宣言 為全人類服務。所以說GNU 和 LINUX 是相輔相成的，我們應該把Linux 叫做 GNU/Linux ，Linix內核發行以來，也為內核是源碼公開的，開源的嘛，遵循GPL 協定的應用程序也是源代碼公開的，所以都不能使用，有些公司就把這些不能使用的給我們編譯成了二進制格式，也就是可以使用的，直接可以運行的，也就是這些組織商家給你一個安裝包，下一步 的去安裝，這種版本叫做發行版。我介紹一些常見的發行版，具體的Linux發行版有上百種之多，我這里就不一一介紹了。

2.2 各個主要發行版簡要圖

Debian： 
    Ubuntu–Mint,Knopix 
Slickware： 
    S.u.S.e 
SLES 
    OpenSUSE 
RedHat ： 
    RedHat 9.0: 
    分裂成 RedHat Enterprice Linux :RHEL 7.0到今天的版本 
    CentOS Community Enterprice OS 社區版紅帽 為了讓紅帽可以一直打補丁，但是不負責維護 
    Fedora Core :每6個月更新一次 
Gentoo 
ArchLinux

三、Linux哲學思想

1、一切皆文件 
    把幾乎所有的資源統統抽象為文件形式，包括硬件設備，甚至通信接口等 
    open(),read(),write(),close(),delete(),create(),也就是所謂的crud 增刪查改 再加上open close打開 關閉 
2、有眾多單一的程序組成，一個程序只能做一件事，組合小程序完成復雜任務 
    也就是每一個程序都是單一的操作，就像程序中的方法（函數）一樣，一個方法就是為了完成某種操作而生的 
3、 盡量避免和用戶交互 
    目標：易于以編程的方式實現自動化任務，這和程序中的方法不謀而合，程序中的方法也是盡量的不和用戶交互，而是做為 一個調用接口出現，完成自動化操作，返回給用戶結果。 
4、使用文本文件保存配置信息 
    這樣做的意義就是為了簡單的使用一個文本文件或者xml文件來保存一些程序的配置，方便管理

四、Linux系統命令使用格式及常見簡單命令介紹

4.1 Linux系統命令使用格式

    上圖就是我們安裝好操作系統之后，出現的命令提示符，也就是CLI 接口的界面，這里需要強調一點的是，Linux 用戶接口界面分為2種，一種是 
GUI 也就是圖形界面接口模式，一種是CLI 也就是命令行接口模式，我們主要使用命令行接口模式。

    [root@localhost ~]# COMMAND 
    命令提示符詳解： 
    root ：當前登錄的用戶名 
    localhost: 簡寫的主機名稱 完整的主機名稱需要帶域名。 
    ~：用戶當前的所在目錄，current directory 或者也可以說是用戶的工作目錄 working directory 
    #：命令提示符 
    #：管理員賬號的命令提示符 linux 中管理員賬號統一為 root 擁有最高權限 
    $：普通用戶，非管理員用戶，不具有管理員權限，不能執行系統管理類操作 
    注意：建議使用非管理員賬號登錄，執行管理操作的時候臨時切換至管理員，操作完成即退回

4.2常用命令介紹

    1、ifconfig 
    ifconfig 類似于 windows 下的ipconfig 是一個查看ip 地址和mac 地址的命令

    命令的介紹和簡單用法同上 
    2、echo 
    echo 是回顯命令，這個命令可以顯示輸入的字符串，也可以顯示變量的值，介紹如下：

    這里需要注意的是 echo 命令有一個 -e 選項，加上這個選項的意義在于，可以轉義那些轉義符，也就是本身就有特殊意義的字符，例如：

     \n 的意義在于要換行 
    3、tty 
    tty 是查看當前終端是哪種類型的終端，所謂終端的概念簡單理解終端機就是把一個主機分成多個用戶同時使用的設備，可以把一個主機分出來讓1-50個人同時使用這臺主機，其余的每個分機用一臺顯示器，一套鼠標鍵盤，一個終端機組成一套獨立的電腦。，linux是多終端，多用戶的，而且終端也分為很多種，比如 
terminal 終端 鍵盤+顯示器的組合 叫做終端設備

    終端分以下幾類： 
    物理終端：通常叫做控制臺 console 直接裝到實際主機上的終端 /dev/console 
    虛擬終端：tty 有6個 ctrl+alt+F[1-6] 可以切換終端 /dev/tty#[1-6] 圖形終端也屬于虛擬終端 ctrl + alt +F7 
    串行終端（com）ttyS /dev/ttyS#[1-…] 
    偽終端 遠程的，模擬的 pty /dev/pts/#1…

    4、export 
    export 命令 設置或顯示環境變量。 
    語　　法： export [-fnp][變量名稱]=[變量設置值] 
    補充說明： 在shell中執行程序時，shell會提供一組環境變量。 export可新增，修改或刪除環境變量，供后續執行的程序使用。export的效力僅及于該此登陸操作。 
    參　　數： 
    -f 　代表[變量名稱]中為函數名稱。 
    -n 　刪除指定的變量。變量實際上并未刪除，只是不會輸出到后續指令的執行環境中。 
    -p 　列出所有的shell賦予程序的環境變量。 
    注意：一 個變量創建時，它不會自動地為在它之后創建的shell進程所知。而命令export可以向后面的shell傳遞變量的值。當一個shell腳本調用并執 行時，它不會自動得到原為腳本（調用者）里定義的變量的訪問權，除非這些變量已經被顯式地設置為可用。export命令可以用于傳遞一個或多個變量的值到 任何后繼腳本。

    export 命令顯示環境變量截圖如下：

    5、pwd 
    pwd 命令，顯示當前的用戶的工作目錄 也就是 
    print working directory

 
    6、history 
    history 命令，簡單的說就是查看命令歷史 命令， 
    我們可以直接輸入history 來查看一下：

 
    這些事最后的幾項，我們可以看到有942條歷史紀錄，我們使用 echo $HISTSIZE 可以查看存儲歷史紀錄大小 

     
    我們還可以通過 echo $HISTFILE 來顯示這些命令紀錄都存在了哪里， 

    可以看出都存到了/ root/.bash_history 我們可以查看一下這個隱藏文件中是什么信息，用cat 或者vim 都可以查看 cat /root/.bash_history  
    可以發現，就是history 的歷史紀錄保存

     
    命令用法： 
    history [-c] [-d 偏移量] [n] 
    或 history -anrw [文件名] 
    或 history -ps 參數 [參數…]

    -c: 清空命令歷史； 
    -d offset：刪除指定命令歷史 
    -r: 從文件讀取命令歷史至歷史列表中； 
    -w：把歷史列表中的命令追加至歷史文件中； 
    history #：顯示最近的#條命令；

    調用命令歷史列表中的命令： 
    !#：再一次執行歷史列表中的第#條命令； 
    !!：再一次執行上一條命令； 
    !STRING：再一次執行命令歷史列表中最近一個以STRING開頭的命令；

    注意：命令的重復執行有時候需要依賴于冪等性；

    調用上一條命令的最后一個參數： 
    快捷鍵：ESC, . 
    字符串：!$

    控制命令歷史記錄的方式： 
    環境變量：HISTCONTROL 
    ignoredups：忽略重復的命令； 
    ignorespace：忽略以空白字符開頭的命令； 
    ignoreboth：以上兩者同時生效； 
    7、shutdown poweroff reboot 
    這三個命令其實就是關機 重啟 的命令，用法很簡單 可以加一個參數 +TIME 時間也就是過多長時間后關機或重啟 
    8、date hwclock 
    date 命令可以查看和修改日期，修改的是系統日期 
    hwclock 命令也可以查看和修改日期，修改的是硬件時鐘日期 
    系統日期的意義是安裝好操作系統后，登錄到shell里面的日期，就像是windows 里面的日期時間，而硬件時鐘的日期其實是紀錄在硬件的bios中的日期，這個日期是由主板上的電池來持續供電而保存的，可以進入bios查看硬件時鐘 
    注意的是 hwclock 有2個選項 可以用 
    hwclock -s 以硬件時鐘日期為準，修改系統日期 
    hwclock -w 以系統日期為準，修改硬件時鐘日期

五、Linux 下獲取幫助命令使用用法

    Linux 下命令獲取幫助的方法很多，如果命令是內部命令可以使用help + COMMAND 
    如果命令是外部命令，可以使用長選項 COMMAND + –help 
    但是他們都有一個很權威的查看幫助的命令，那就是被人譽為 “男人”的 man 命令

5.1man 命令的章節介紹

    使用man 命令手冊分章節 是壓縮格式的文件 有章節之分 所有的man 的章節文件都在 /usr/share/man 目錄下 
    man 1 是用戶命令 就是 普通用戶和管理都可以執行的命令 
    2 系統調用 
    3 C庫調用 
    4 設備文件及特殊文件 
    5 文件格式（配置文件格式） 
    6 游戲，使用幫助 
    7 雜項 
    8 管理工具及守護進程 
    man #數字 COMMAND 執行查看 
    注意：并非每個命令在所有的章節下都有手冊 
    查看某個命令在某章節上是否有 用 whatis +COMMAND 注意這個命令的執行過程式查詢數據庫進行的

5.2man 的基本用法：

    man命令打開手冊以后的操作方法： 
    翻屏 ：空格鍵 想文件尾部翻屏 b鍵 向文件首部翻屏 
    Ctrl + d:向文件尾部翻半屏 
    Ctrl + u：向文件首部翻半屏 
    回車鍵：一次向文件尾部翻一行 
    K鍵 想文件首部翻一行 
    G:跳轉至最后一行 #G 跳轉至指定的行 1G 跳轉至首行 
    文件搜索： 
    /keyword 從文件的首部向尾部移動 
    ？keyword 從文件的尾部向文件的首部移動 
    n 與查找的方向相同 
    N與查找的方向相反 
    退出： q 
    選項： -M /PATH/TO/SOMEWHERE 到指定的目錄下查找命令手冊，并打開之

六、Linux基礎目錄名稱及命名法則

    Linux的文件系統組成，Linux與Windows不同，Windows的文件系統和分區是倒置的，Windows系統需要先進行分區，然后把文件系統加載到分區上，比如說C:\Program….這些路徑，都是先分好區，然后把分區格式化，最后才能分配文件系統，比如說像我們常說的FAT32 NTFS 這樣的文件系統，但是Linux 和Unix 則不同，Linux是先把文件系統設置好，然后再分區，分區格式化完畢后，在把相應的分區掛載到文件系統的層級結構上，就好比是一個國家開疆裂土一樣，先把領土（土地）攻克，其實就是分區，占領地盤，然后在攻克的土地上建立一個一個的機構，找人專門去管理一樣，所以說Linux的文件系統更接近于人類社會。簡單來說，Linux文件系統就像一顆倒置的樹一樣，樹的頂端就是/ 也就是國王，他擁有最高的權利，所以和建立國家一樣，建立Linux文件系統的時候必須要先建立根分區，確定國王的最高權限，然后把國王下面的組織機構建立起來，也就是建立相應的子目錄，國王下面的子目錄是不允許用戶私自建立的，因為每個國家的制度都差不多，所以需要一個統一的標準來建立國王下面的分支的一級組織結構，所以Linux 也有一個標準，這個標準是每個發行版都遵循的標準，就是很重要的一級組織結構。我們簡稱為FHS 也就是Filesystem Hirerarchy Standard 文件系統層級目錄結構，下面要詳細的說明一下每一個目錄的職責。 
    1、/bin 目錄：所有用戶可用的基本命令和程序文件 
    2、/sbin目錄：供系統管理使用的工具程序 
    3、/boot目錄：引導加載器必須用到的靜態文件 Kenrel initramfs(initrd),grub等 
    4、/dev目錄：存儲特殊文件或設備文件，設備有2種類型字符設備（線性設備有時序例如鍵盤）塊設備（隨機設備，隨機存取例如硬盤） 
    5、/etc目錄：系統程序的靜態配置文件 
    6、/home目錄：普通用戶家目錄的幾種位置，一般每個普通用戶的家目錄默認為此目錄下與用戶同名的目錄：/home/USERNAME 
    7、/lib目錄：為系統啟動或根文件系統上的應用程序(/bin,/sbin等)提供共享庫，以及為內核提供內核模塊 
        libc.so.* 動態鏈接的C庫 
        ld*:運行時鏈接器/加載器 
        modules:用于存儲內核模塊的目錄 
    8、/lib64目錄 64位系統特有的存放64位共享庫的路徑 
    9、/media目錄：便攜式設備掛載點 cdrom flopy等 
    10、/mnt目錄：其他文件系統的臨時掛載點 
    11、/opt目錄：附加應用程序的安裝位置 可選路徑 
    12、/root目錄：管理員的家目錄 可選 
    13、/srv目錄：當前主機為服務提供的數據 
    14、/tmp目錄：為那些會產生臨時文件的程序提供的用于存儲臨時文件的目錄，可供所有用戶執行寫入操作，有特殊權限 
    15、/usr目錄 usr Hierarchy 全局共享的只讀數據路徑 
        bin,sbin 
        lib,lib64 
        include C程序頭文件 
        share 命令手冊頁和自帶文檔等架構特有的文件的存放位置 
        local 另一個層級目錄 
        X1186 X-window 
        src 程序源碼的存放位置 
        /usr/local local Hierarchy 讓系統管理員安裝本地應用程序，也通常用于安裝第三方應用程序 
    16、/var目錄 var Hierarchy 存儲經常發生變化的文件

        cache Application cache data 
        lib Variable state information 
        local Variable data for /usr/local 
        lock Lock files 
        log Log files and directories 
        opt Variable data for /opt 
        run Data relevant to running processes 
        spool Application spool data 
        tmp Temporary files preserved between system reboots

    17、 /proc：基于內存的虛擬文件系統，用于為內核及進程存儲其相關信息；它們多為內核參數，例如net.ipv4.ip_forward, 虛擬為net/ipv4/ip_forward, 存儲于/proc/sys/, 因此其完整路徑為/proc/sys/net/ipv4/ip_forward； 
    18、/sys：sysfs虛擬文件系統提供了一種比proc更為理想的訪問內核數據的途徑；其主要作用在于為管理Linux設備提供一種統一模型的的接口；

以上就是我第一周的博客作業，有不足之處還請大家說明，也可以通過QQ 279823566 或者emial 提醒我，謝謝大家。