Linux基础 ｜ 青训营

学习Linux 的价值

• Linux是现代化应用程序交付的首选平台，无论是部署在裸机、虚拟化还是容器化环境
• 公司内部服务（TCE、FaaS、SCM）统一使用DebianLinux系统
• 熟悉Linux基础指令，熟练运维前端常用服务 （Nginx，Node.js）
• 加深对操作系统概念和实现的理解，夯实基础知识

计算机硬件
计算机五大基本单元

• 控制器

• 控制器是计算机的“大脑”，用于控制计算机中的各种操作。它接收指令，解码指令，调度指令，并且通过总线将指令发送到其他单元，以控制它们执行指令
• 举例：计算机执行一个打印操作时，控制器会通过运算器进行相关运算，然后将需要打印的数据存储到存储器单元中，最后通过输出单元将数据输出到打印机中

• 运算器

• 运算器是计算机中的算术和逻辑单元，用于执行各种算术和逻辑运算。它由ALU（算术逻辑单元）和其他寄存器组成
• 举例：计算机执行加法操作时，将需要计算的两个数存储在寄存器中，运算器会从寄存器中读取这两个数并进行加法运算，将结果存储到另一个寄存器中

• 存储器单元

• 存储器单元是计算机中的存储单元，用于存储程序和数据。它分为内存和外存两部分，内存一般指主存储器，外存一般指磁盘等外部存储设备
• 举例：主存储器中存储着当前正在执行的程序和需要处理的数据，而辅助存储器则用于长期存储数据和程序

• 输入单元

• 输入单元是计算机中的输入设备，用于接收外部数据并将其传输到计算机系统中。例如，键盘、鼠标、扫描仪等都是输入单元
• 举例：键盘就是一种输入单元，可以将输入的字符或指令送到计算机中进行处理

• 输出单元

• 输出单元是计算机中的输出设备，用于将计算机系统中的数据传输到外部环境中。例如，显示器、打印机、喇叭等都是输出单元
• 举例：显示器、打印机等就是一种输出单元，可以将计算机处理后的数据显示出来或者打印出来

计算机操作系统

管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，用于在用户与系统硬件之间传递信息。

• 承上启下：

  • 承上：在操作系统之上可以运用我们的计算机应用程序
  • 启下：可以直接与硬件做出交互

Linux系统结构 --进程管理

在Linux中，进程是指正在执行的程序实例。每个进程都拥有自己独立的虚拟地址空间、寄存器集合和打开文件的描述符等资源。进程是Linux中最为重要的概念之一

进程的特点

• 进程是正在执行的一个程序或命令

  • 进程是操作系统中正在执行的一个程序或命令的实例。每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID）和一组相关的系统资源，例如内存、打开的文件和输入/输出设备

• 进程有自己的地址空间，占用一定的系统资源

  • 独立性：每个进程都是独立的实体，拥有自己的虚拟地址空间，因此一个进程无法访问另一个进程的内存空间，从而保证了进程的独立性和安全性

• 一个CPU核同一时间只能运行一个进程

  • 在单核 CPU 上，同时只能运行一个进程。因为 CPU 在同一时间只能执行一条指令，而每个进程都有自己的一组指令需要被执行，因此同一时间只能有一个进程在执行。当有多个进程需要执行时，操作系统会使用时间片轮转算法，轮流为每个进程分配 CPU 时间，以达到看起来多个进程同时运行的效果。但实际上，每个进程都只在短暂的时间内运行了一小段代码。在多核 CPU 上，可以同时运行多个进程，每个进程都可以被分配到一个 CPU 核心上运行。

• 进程由它的进程ID(PID)和它父进程的进程D(PPID)唯一识别

  • 程的唯一识别是通过进程ID（PID）来实现的，PID是一个唯一的数字标识符，用于区分正在运行的不同进程。在Linux中，每个进程都有一个唯一的PID，而且PID不会重复，因此可以通过PID来确定进程的身份
  • 与进程ID相关的另一个重要的属性是父进程ID（PPID），它是创建该进程的父进程的进程ID。在Linux中，每个进程都是由另一个进程创建的，所以每个进程都有一个PPID。通过PPID，我们可以建立进程之间的父子关系，形成进程树的结构
  • 除了PID和PPID之外，每个进程还有许多其他属性，例如进程的状态、优先级、打开的文件和共享内存等信息。这些属性可以通过/proc文件系统中的相应文件来查看

进程命令

• 查看启动的Nginx进程：

  • 可以使用 ps 命令查看正在运行的进程，配合 grep 命令可以过滤出含有关键字的进程

ps aux | grep nginx

• 查看某个进程：

  • 可以使用 ps 命令查看某个进程的信息

ps -p 
top -p  命令查看指定进程的系统资源使用情况

• 关闭指定的进程：

  • 可以使用 kill 命令关闭指定进程。下面命令会向进程 ID 为 的进程发送终止信号，使其退出。

kill 

• 全部进程动态实时视图：

  • 可以使用 top 命令查看所有进程的动态实时信息。会打印出一个实时更新的进程列表，包含 CPU 占用率、内存占用率等信息。可以使用快捷键 q 退出 top 命令

top

系统中运行的程序远远大于CPU的核数，那Liux系统是如何实现同时运行这么多程序的？

进程调度是指操作系统按某种策略或规则选择进程占用CPU进行运行的过程：

• 它负责将系统中的进程分配到 CPU 的执行时间。因为一个系统中同时可能有很多进程需要运行，而 CPU 的时间是有限的，因此需要对这些进程进行调度，以便让它们都得到适当的时间片，从而使整个系统运行更加高效
• 进程调度的目标是提高系统的资源利用率和响应速度，通过有效地利用 CPU 时间，让系统可以同时运行多个进程，从而实现高效的资源共享。常见的进程调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等

Linux系统通过操作系统内核对进程进行调度，以实现同时运行多个程序的目的。Linux内核采用了抢占式调度方式，每个进程都有自己的进程控制块（PCB），内核利用调度算法动态地将CPU时间片分配给各个进程，从而实现多任务处理。

当多个进程需要同时运行时，内核会对它们进行时间片轮转，即将CPU的使用时间按照时间片划分给多个进程，每个进程都能在一定时间内运行一段时间。当进程的时间片用完时，内核会将其挂起，将CPU时间片分配给下一个进程。

此外，Linux系统还采用了分时系统（Time Sharing System），即让每个进程都感觉到自己是独占整个系统的，因为系统在一段时间内快速地在各个进程之间切换，所以每个进程都有足够的响应速度和计算能力。这也是Linux系统能够同时运行多个程序的重要原因