計算機組成概述

計算機組成原理

如上圖計算機的組成結構，CPU運行速度遠遠高于內存，而內存運行速度又遠遠高于I/O；
由于三者運行速度巨大差異，如果系統僅運行一個任務（單任務系統），那么將有大量的CPU空閑時間等待緩慢的I/O及內存的讀取。為提高CPU的使用效率，于是便產生了多任務系統系統的需求。

多任務系統

多任務實現的基礎，我們知道計算機處理任務主要靠CPU和存儲，我們分別針對以上兩個重要組成部分討論如何時間多任務處理。

首先考慮單個CPU如何處理多個事件呢？
其實CPU無法真正實現同時處理多個事件，CPU將時間分割成為時間片，第一個時間時間片用于處理task1，第二個時間片用于處理task2……依次類推。這種方式為CPU的時分復用（時分復用概念在計算機領域應用非常廣泛）。

其次存儲是如何實現多個事件處理，而互不干擾呢？
內存將自身分為指定大小的存儲單元，8位2進制為一個存儲單元，稱之為一個Byte，這些存儲單元都擁有自己的地址。為一個程序分配一定數量的存儲單元用于存儲程序指令與數據，各程序所獲得的存儲單元地址互不重復，以此實現存儲的復用，與時分復用不同，存儲采用的是空間的分割復用。

附：內存尋址基礎
8bit –> 1Byte
1024Bytes –> 1KB
1024KB –> 1MB
1024MB –> 1GB
以上是位到字節個單位的換算關系，我們考慮考慮一下32bit 的尋址范圍：即2³²

附：內存尋址基礎
8bit –> 1Byte
1024Bytes –> 1KB
1024KB –> 1MB
1024MB –> 1GB
以上是位到字節個單位的換算關系，我們考慮考慮一下32bit 的尋址范圍：即2³²

32位CPU內存尋址范圍計

回到正題，CPU與內存實現了復用機制，CPU時間片依次從指定內存段中存取指令與數據進行事件處理，實現多任務：

顯而易見，要實現CPU時間片與內存地址段之間的調度與管理，我們需要一套有效的監控機制，于是多任務的需求便引出了操作系統的誕生。

操作系統發展史

^{現在流行修家譜，我們看看Unix/Linux的族譜}

該圖援引自 http://os.51cto.com/art/200810/92024.htm 

伴隨著GNU的需求，Linux最終千呼萬喚始出來，1994年Linux 1.0發布。
對以上歷史感興趣的話，可以參考該文《Unix/Linux歷史和大事記》（http://os.51cto.com/art/200810/92024.htm ）此處不再贅言。

操作系統基礎

計算機只能識別二進制機器語言，然而我們是基本上不可能理解復雜的二進制語言的，如何讓CPU、內存、I/O這些硬件設備工作？如何讓多個任務并行執行而互不沖突？這就是操作系統所要完成的最重要的任務

操作系統的核心功能

1. 硬件驅動

2. 進程管理

3. 安全管理

4. 網絡管理

5. 內存管理

6. 文件系統管理

操作系統充當著人與機器之間的翻譯官，盡管操作系統仍然難于理解，但相比于010101串已經更容易讓人理解了。基于這種思想，我們在系統之上不斷增加層次，內核之上的系統調用，系統調用之上的類庫，再之上的高級程序語言，由此，操作系統以其相對友好的接口與人類建立了溝通渠道。當然，類庫，系統調用，內核，匯編程序這些還是需要人類編寫的，但這些工作就交給哪些只可仰望的牛人吧。

上圖描述了操作系統的組成結構，就是這樣一層層組織起來的，與OSI七層模型一樣，分層的思想充斥著計算機世界。

這里引入兩個概念：
API：應用程序接口
ABI：應用程序二進制接口
這兩個概念涉及到程序的可移植性，這里僅提出，包括程序編譯等相關知識原理，欲知詳情請問google。

Linux發行版本

所謂Linux發行版本，就是將Linux內核包括一些常用APP，打包編譯好，從而使得我們這些無法掌握編譯安裝的“小白們”能夠更容易安裝和使用操作系統。

想了解更全面的Linux發行版本信息詳見《Linux發行版本時間線》，這里只對主要分支進行說明。

Slackware與redhat背后是有商業公司支撐的，而Debian則沒有。國內RHEL與Centos的應用較為廣泛。

開源軟件為Linux發展提供了巨大的推動力，開源軟件以提供源碼的方式將軟件與外界共享。目前的開源協定主要有GNU的GPL， BSD licenses，Apache licenses，相比于GPL后兩者的限定較為寬松，協議詳情參考wikipedia

閉源軟件為用戶提供編譯完成的二進制可執行程序，源碼不對外公開。目前流行的做法是對某軟件進行雙線授權，分為社區（Community）版本和企業（Enterprise）版本，企業版本提供更為強大的功能和服務，而社區版本在軟件基本功能的前提下，在水平足夠的時候可以進行你的私人定制（二次開發）。

一個完整的程序包括：二進制可執行文件、配置文件、庫文件（程序庫）、幫助文件。如果眾多文件雜亂無章對于我們進行軟件管理來說將帶來巨大不便。還好，我們有軟件包管理器，它用于將眾多文件打包，在安裝時展開到文件系統指定位置，卸載時找到程序相關文件并刪除，查詢軟件信息等功能。

不同的Linux發行版本中使用不同的軟件包管理工具：

發行版本        軟件包管理工具            前段管理工具
Debian          dpkg                   apt-get
Redhat          rpm                    yum（dnf 即將開始使用）
S.u.S.E         rpm                    zypper

最后，介紹一個極具挑戰版本，LFS（Linux from Scratch），是一本從零開始編譯安裝Linux的指導書。