Linux理论基础（计算机组成机器功能|Linux发行版|Linux哲学思想）

Linux理论基础

1. 计算机的组成及其功能

冯.诺伊曼体系中，计算机有五大基本部件：控制器、运算器、存储器、输入设备、输出设备。 
实际应用中，计算机包括CPU（控制器和运算器）、存储器（Memory内存和Disk外存）、Input输入设备、Output输出设备。

(1) CPU（控制器和运算器）

CPU由运算器、控制器、寄存器、缓存、指令集组成。 
a、运算器是实现算术运算和逻辑运算的部件： 
主要由算术逻辑部件（ALU：Arithmetic and Logic Unit）、寄存器组和状态寄存器组成： 
ALU主要完成对二进制信息的定点算术运算、逻辑运算和各种移位操作； 
通用寄存器组是用来保存参加运算的操作数和运算的中间结果； 
状态寄存器在不同的机器中有不同的规定，程序中，状态位通常作为转移指令的判断条件。 
b、控制器是计算机的指挥系统，通过地址来访问存储器（内存），从存储器中取出指令，经译码器分析后，根据指令分析结果产生相应的操作控制信号作用于其他部件，使得各部件在控制器控制下有条不紊地协调工作。 
控制器一般包括指令控制逻辑、时序控制逻辑、总线控制逻辑、中断控制逻辑等几个部分： 
指令控制逻辑要完成取指令、分析指令和执行指令的操作； 
时序控制逻辑要为每条指令按时间顺序提供应有的控制信号，一般时钟脉冲就是最基本的时序信号，是整个机器的时间基准，称为机器的主频； 
总线逻辑是为多个功能部件服务的信息通路的控制电路，就CPU而言一般分为内部总线和CPU对外联系的外部总线，外部总线有时候又叫做系统总线、前端总线（FSB）等； 
中断是指计算机由于异常事件，或者一些随机发生需要马上处理的事件，引起CPU暂时停止现在程序的执行，转向另一服务程序去处理这一事件，处理完毕再返回原程序的过程。由机器内部产生的中断，把它叫做陷阱（内部中断），由外部设备引起的中断叫外部中断。 
c、寄存器(register)是CPU内部用来存放数据的一些小型的存储区域，用来暂时存放参与运算的数据以及运算结果。寄存器由电子线路组成，存取速度非常快，与CPU的速度相当，寄存器的成本较高，因而数量较少。CPU内部的寄存器类型有指令寄存器、程序计数器、数据寄存器、地址寄存器以及状态寄存器等。

(2) 存储器

a、Memory内存，RAM（Random Access Memory） 
由Cell存储单元组成，每个Cell为8bits。 
扩展思考： 
32位CPU能引用的存储单元位置，决定了最大可用到的内存大小为4GB： 
32位CPU，能够识别的存储单元地址个数位2^32个，每个位置代表一个存储单元Cell，每个Cell是8bits（1Byte）， 
能用到的内存大小为2^32Bytes=4GB。 
b、Disk外存，即磁盘，存储数据。

(3) 输入设备

下指令，提供数据等。

(4) 输出设备

输出数据加工后的结果。

2. Linux常见发行版，及不同发行版之间的联系与区别

Linux内核和Linux发行版的关系

Linux内核指的是一个由Linus Torvalds负责维护，提供硬件抽象层、硬盘及文件系统控制及多任务功能的系统核心程序。 
Linux发行版就是由Linux内核与各种常用软件的集合产品，如今全球大约有数百款的Linux发行版本。

Linux常见发行版

Linux发行版有三大主流分支：Debian、Slackware、Redhat，包含的主要发行版分别如下：

1. Debian 
   • Ubuntu 
     Linux mint
   • Knopix
2. Slackware 
   • S.u.S.E 
     SLES-SuSE Linux Enterprise 
     OpenSuSE
3. Redhat 
   • RHEL-RedHat Enterprise Linux 
     CentOS-Community ENTerprise
   • Fedore Core

除了三大主流分支，还有两种比较流行的发行版：

1. Gentoo
2. ArchLinux

Linux发行版之间的关系

• Fedora是基于RHEL，CentOS，Scientific Linux, 和Oracle Linux的社区版本。相比RHEL，Fedora打包了显著的更多的软件包。其中一个原因是，多样化的社区参与Fedora的建设;它不只是一家公司。在这个过程中，CentOS用于活动，演示和实验，因为它是对最终用户免费提供的，并具有比Fedora的一个更长的发布周期(通常每隔半年左右发布一个新版本)。
• SUSE, SUSE Linux Enterprise Server (SLES), 和openSUSE 之间的关系类似于 Fedora, Red Hat Enterprise Linux, 和CentOS的关系。
• Debian是包括Ubuntu在内许多发行版的上游，而Ubuntu又是Linux Mint及其他发行版的上游。Debian在服务器和桌面电脑领域都有着广泛的应用。Debian是一个纯开源计划并着重在一个关键点上，稳定性。它同时也提供了最大的和完整的软件仓库给用户。

Linux发行版分类

Linux发行版都是基于同一内核，所以除了外观和名字不一样外，其他地方的区别不是很大，按用途大致分为桌面版和企业版：

1. 桌面版： 
   Ubuntu、Debian、Fedora、CentOS、openSUSE等。由于安装了图像界面，界面美观、操作方便，比较适合新手，但相对于企业版来说较消耗资源。
2. 企业版： 
   RHEL、CentOS、Debian、Ubuntu、openSUSE、SLES等。系统稳定性好，资源消耗较小，满足企业需求，但基本都是命令行界面，需要有一定的基础才能上手操作。

按照维护方式分为两类，一类是商业公司维护的发行版本，一类是社区组织维护的发行版本，前者以著名的Redhat(RHEL)为代表，后者以Debian为代表。

1. 商业公司维护： 
   RHEL、CentOS、SLES等
2. 社区组织维护： 
   Debian、Ubuntu等

linux各发行版特点

各发行版的思想，如图：

• Redhat，应该称为Redhat系列，包括RHEL(Redhat Enterprise Linux，也就是所谓的Redhat Advance Server，收费版本)、Fedora Core(由原来的Redhat桌面版本发展而来，免费版本)、CentOS(RHEL的社区克隆版本，免费)。Redhat应该说是在国内使用人群最多 的Linux版本，甚至有人将Redhat等同于Linux，而有些老鸟更是只用这一个版本的Linux。所以这个版本的特点就是使用人群数量大，资料非 常多，言下之意就是如果你有什么不明白的地方，很容易找到人来问，而且网上的一般Linux教程都是以Redhat为例来讲解的。Redhat系列的包管理方式采用的是基于RPM包的YUM包管理方式，包分发方式是编译好的二进制文件。稳定性方面RHEL和CentOS的稳定性非常好，适合于服务器使用， 但是Fedora Core的稳定性较差，最好只用于桌面应用。
• Debian，或者称Debian系列，包括Debian和Ubuntu等。Debian是社区类Linux的典范，是迄今为止最遵循GNU规范 的Linux系统。Debian最早由Ian Murdock于1993年创建，分为三个版本分支(branch)： stable, testing 和 unstable。其中，unstable为最新的测试版本，其中包括最新的软件包，但是也有相对较多的bug，适合桌面用户。testing的版本都经 过unstable中的测试，相对较为稳定，也支持了不少新技术(比如SMP等)。而stable一般只用于服务器，上面的软件包大部分都比较过时，但是 稳定和安全性都非常的高。Debian最具特色的是apt-get / dpkg包管理方式，其实Redhat的YUM也是在模仿Debian的APT方式，但在二进制文件发行方式中，APT应该是最好的了。Debian的资料也很丰富，有很多支持的社区，有问题求教也有地方可去:) 
  Ubuntu严格来说不能算一个独立的发行版本，Ubuntu是基于Debian的unstable版本加强而来，可以这么说，Ubuntu就是 一个拥有Debian所有的优点，以及自己所加强的优点的近乎完美的 Linux桌面系统。根据选择的桌面系统不同，有三个版本可供选择，基于Gnome的Ubuntu，基于KDE的Kubuntu以及基于Xfc的 Xubuntu。特点是界面非常友好，容易上手，对硬件的支持非常全面，是最适合做桌面系统的Linux发行版本。
• Gentoo，伟大的Gentoo是Linux世界最年轻的发行版本，正因为年轻，所以能吸取在她之前的所有发行版本的优点，这也是Gentoo 被称为最完美的Linux发行版本的原因之一。Gentoo最初由Daniel Robbins(FreeBSD的开发者之一)创建，首个稳定版本发布于2002年。由于开发者对FreeBSD的熟识，所以Gentoo拥有媲美 FreeBSD的广受美誉的ports系统 ——Portage包管理系统。 
  不同于APT和YUM等二进制文件分发的包管理系统，Portage是基于源代码分发的，必须编译后才能运行，对于大型软 件而言比较慢，不过正因为所有软件都是在本地机器编译的，在经过各种定制的编译参数优化后，能将机器的硬件性能发挥到极致。Gentoo是所有Linux 发行版本里安装最复杂的，但是又是安装完成后最便于管理的版本，也是在相同硬件环境下运行最快的版本。
• 最后，介绍一下FreeBSD，需要强调的是：FreeBSD并不是一个Linux系统!但FreeBSD与Linux的用户群有相当一部分是重合的，二者支持的硬件环境也比较一致，所采用的软件也比较类似，所以可以将FreeBSD视为一个Linux版本来比较。 
  FreeBSD拥有两个分支： stable和current。顾名思义，stable是稳定版，而 current则是添加了新技术的测试版。FreeBSD采用Ports包管理系统，与Gentoo类似，基于源代码分发，必须在本地机器编后后才能运 行，但是Ports系统没有Portage系统使用简便，使用起来稍微复杂一些。FreeBSD的最大特点就是稳定和高效，是作为服务器操作系统的最佳选 择，但对硬件的支持没有Linux完备，所以并不适合作为桌面系统。

3. Linux的哲学思想

1. 一切皆文件 
把几乎所有资源统统抽象为文件形式，包括硬件设备，甚至通信接口等，便于统一管理和定义； 
对文件的操作有：open，read，write，close，delete，create 
2. 由众多功能单一的程序组成 
一个程序只做一件事，并且做好，保证了Linux内核的高效运行； 
3. 组合小程序完成复杂任务 
通过连接多个简单的程序实现复杂的功能； 
4. 尽量避免和用户交互 
更贴近编程，易于以编程的方式实现自动化任务； 
5. 使用文本文件保存配置信息 
修改配置信息只需要任意一款文本编辑器就可以进行。