Linux 基础一之计算机原理、内核原理、发展历程

很多同学疑惑学习LINUX为什么要学习计算机原理，这是因为操作系统跟硬件有相当程度的关联性。所以，如果不了解一下计算机的概念，要很快的了解Linux的概念是有点难度的。所以在学习[b]Linux之前了解一下计算机原理和[b]Linux内核方面的相关知识是很有必要的。[/b][/b][b][b] 由于以下为知识点的梳理。仅仅列出了单方面的一些概念。并没有连贯的知识点。所以推荐以下链接供大家参考：
[/b][/b][b][b] 马哥51cto的视频：http://edu.51cto.com/roadmap/view/id-2.html [/b][/b][b] 鸟哥的linux私房菜：http://vbird.dic.ksu.edu.tw/ [/b]计算机五大部件：
1. 控制器(Control)：是整个计算机的中枢神经，其功能是对程序规定的控制信息进行解释，根据其要求进行控制，调度程序、数据、地址，协调计算机各部分工作及内存与外设的访问等。
2. 运算器(Datapath)：运算器的功能是对数据进行各种算术运算和逻辑运算，即对数据进行加工处理。
3. 存储器(Memory)：存储器的功能是存储程序、数据和各种信号、命z令等信息，并在需要时提供这些信息。
4. 输入(Input system)：输入设备是计算机的重要组成部分，输入设备与输出设备合你为外部设备，简称外设，输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、字符、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机。常见的输入设备有键盘、鼠标器、光电输入机、磁带机、磁盘机、光盘机等。
5. 输出(Output system)：输出设备与输入设备同样是计算机的重要组成部分，它把外算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息输出出来。微机常用的输出设备有显示终端CRT、打印机、激光印字机、绘图仪及磁带、光盘机等。

计算机五大部件的通信

计算机系统里的总线（bus）： 总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束， 按照计算机所传输的信息种类，计算机的总线可以划分为数据总线、地址总线和控制总线，分别用来传输数据、数据地址和控制信号。总线是一种内部结构，它是cpu、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道，主机的各个部件通过总线相连接，外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接，从而形成了计算机硬件系统。


CPU指令集的作用： 指令集是存储在CPU内部，对CPU运算进行指导和优化的硬程序。拥有这些指令集，CPU就可以更高效地运行。Intel有x86，x86-64，MMX，SSE，SSE2，SSE3，SSSE3 (Super SSE3)，SSE4.1，SSE4.2和针对64位桌面处理器的EM-64T。AMD主要是3D-Now!指令集。对电脑下达的每一个命令都需要CPU根据预先设定好的某一条指令来完成。 这些预先设定好的指令是预存在CPU中的。CPU依靠外来指令“激活”自己内存的指令，来计算和操控电脑。 每款CPU在设计时就规定了一系列与电脑其它部件相配合的指令系统。 预先存储的指令越多，CPU越“聪明”。可以做的“动作”越多。预先存储的指令越先进，CPU就越高级。多个指令集中在一起，通常叫指令集,这就是指令集的作用！
CPU的指令级别（RING0,RING1,RING2,RING3）: 这得从CPU指令系统(用于控制CPU完成各种功能的命令)的特权级别说起。在CPU的所有指令中，有一些指令是非常危险的，如果错用，将导致整个系统崩溃。比如：清内存、设置时钟等。如果所有的程序都能使用这些指令，那么你的系统一天死机n回就不足为奇了。所以，CPU将指令分为特权指令和非特权指令（用户指令），对于那些危险的指令，只允许操作系统及其相关模块使用，普通的应用程序只能使用那些不会造成灾难的指令。形象地说，特权指令就是那些儿童不宜的东东，而非特权指令则是老少皆宜。

CPU将特权级别分为4个级别：RING0,RING1,RING2,RING3。只使用其中的两个级别RING0和RING3，RING0只给操作系统用，RING3谁都能用。如果普通应用程序企图执行RING0指令，只能提交操作系统来完成执行。

计算机语言(机器语言，汇编语言和高级语言)：
计算机语言通常是一个能完整、准确和规则地表达人们的意图,并用以指挥或控制计算机工作的“符号系统”。

高级语言（是一种人工设计的语言，它对具体的算法进行描述，所以又称为算法语言。高级语言独立于计算机的硬件，即与具体的硬件无关）
| （编译）
汇编语言（用有助于记忆的符号和地址符号来表示指令，便是汇编语言，也称为符号语言。一般称汇编语言为低级语言）
| （汇编）
机器语言（机器语言是最初级且依赖于硬件的计算机语言。机器语言可直接在计算机上执行（即为二进制形式），运算速度快。）

编程语言： 汇编语言：微码编程 系统中某些与硬件相关的特有代码、驱动程序开发 高级语言C，C++： 系统级应用、驱动程序 高级应用java，python，php： 应用程序

操作系统（内核管理）：

os：operator system（操作系统，由c和汇编语言开发的软件程序）
通用目的：将底层的各种硬件资源抽象为一种统一接口
硬件驱动
进程管理
内存管理
网络管理
安全管理



操作系统的角色

编程层次： 1、硬件规格：hardware specifiacation 2、系统调用：System Call 3、库调用：library call




库调用，系统调用，内核和硬件的关联

用户与主机交互，必然用到的设备（终端）：
物理终端：直接接入本机的显示器和键盘设备；/dev/console
虚拟终端：附加在物理终端之上的以软件方式虚拟实现的终端，CentOS 6默认启动6个虚拟终端。可以通过以下方式切换虚拟终端：Ctrl+Alt+F#: [1,6]
图形终端：附加在物理终端之上的以软件方式虚拟实现的终端，但额外会提供桌面环境；
设备文件路径：/dev/tty#

模拟终端：图形界面下打开的命令行接口，基于ssh协议或telnet协议等远程打开的界面
设备文件：/dev/pts/# [0,oo)

查看当前的终端设备：

#tty

交互式接口：启动终端后，在终端设备附加一个交互式应用程序

UI（用户界面）：
GUI：Graphic User Interface（图形用户界面）
X protocol, window manager, desktop
Desktop:
GNOME (C, gtk)
KDE (C++, qt)
XFCE (轻量级桌面)
CLI：Command Line Interface（命令行界面）
shell程序：
sh (bourn)
csh
tcsh
ksh (korn)
bash (bourn again shell), GPL
zsh
查看当前系统支持的shell:

#vim /etc/shells
#echo $SHELL

ABI：Application Binary Interface
API：Application Programming Interface
linux写的程序，原代码可以在windows上运行（API相同），编译成二进制代码则不行（ABI不行）

程序运行模式：
用户空间：user space ，us
内核模式：system space
在多任务环境中，有许多进程都不允许应用程序去做。所以CPU以两种模式运行，即用户模式和内核模式。
①内核模式
当CPU运行于内核模式时，一切程序都可运行。任务可以执行特权级指令，对任何I/O设备有全部的访问权，还能够访问任何虚地址和控制虚拟内存硬件。这种模式对应80×86的ring0层，操作系统的核心部分，包括设备驱动程序都运行在该模式。
②用户模式
这个模式中，硬件防止特权指令的执行，并对内存和I/O空间的访问操作进行检查。这就允许WindowsNT4.0限制任务对各种I/O操作的访问，并捕捉违反系统完整性的任何行为。在用户模式中，运行的代码如果不通过操作系统中的某种门机制，就不能进入内核模式。在80×86处理器上，这个模式对应于 ring3层，操作系统的用户接口部分以及所有的用户应用程序都运行在该级别



用户模式和内核模式

POS：Portable Operation System
POSIX (可移植操作系统接口,Portable Operating System Interface)
API：编程接口
运行程序格式：
Windows：EXE，dll（dynamic link library）
Linux ：ELF，so（shared object）
程序：指令+数据
指令：只读
数据：读写
程序：算法+数据结构
库调用，系统调用：允许被调用的程序：malloc（），free（）

Linux发展历史： Linux的核心是由Linus Torvalds在1991年的时候给他开发出来的， 并且丢到网络上提供大家下载，后来大家觉得这个小东西(Linux Kernel)相当的小而精巧， 所以慢慢的就有相当多的朋友投入这个小东西的研究领域里面去了！
Linux其实就是一个操作系统最底层的核心及其提供的核心工具。 他是GNU GPL授权模式，所以，任何人均可取得原始码与可执行这个核心程序，并且可以修改。 此外，因为Linux参考POSIX设计规范，于是兼容于Unix操作系统，故亦可称之为Unix Like的一种。 怪的是，托瓦是因为小时候去动物园被企鹅咬了一口念念不忘， 而正式的2.0推出时，大家要他想一个吉祥物。他在想也想不到什么动物的情况下， 就将这个念念不忘的企鹅当成了Linux的吉祥物了......
Linux： Linus ―― Linux GNU/LinuxUnix： System：（Bell Lab） AIX（IBM） Solars（SUN） HP-UX（HP） BSD：（BSRG）Berkeley System Distribution NetBSD OpenBSD FreeBSD
MIT：Richard Stallman GNU：GUN is Not Unix GPL：General Public License

Linux的发行版：
为了让使用者能够接触到Linux，于是很多的商业公司或非营利团体， 就将Linux Kernel(含tools)与可运行的软件整合起来，加上自己具有创意的工具程序， 这个工具程序可以让用户以光盘/DVD或者透过网络直接安装/管理Linux系统。 这个『Kernel + Softwares + Tools的可完全安装』的咚咚，我们称之为Linux distribution

slackware：
suse
sles
opensuse
debian：
ubuntu
mint
redhat：
rhel：redhat enterprise linux
每18个月发行一个新版本
Centos：兼容rhel的格式
fedora：每6个月发行一个新版本
ArchLinux
Gentoo
LFS：Linux From scrotch
Android：kernel + busybox + java虚拟机



Linux可完全安装发布套件
底下列出几个主要的Linux distributions发行者网址：（复制：鸟哥linux私房菜）Red Hat: http://www.redhat.com
Fedora: http://fedoraproject.org/
Mandriva: http://www.mandriva.com
Novell SuSE: http://www.novell.com/linux/
Debian: http://www.debian.org/
Slackware: http://www.slackware.com/
Gentoo: http://www.gentoo.org/
Ubuntu: http://www.ubuntu.com/
CentOS: http://www.centos.org/
Open Source (开放源码)

软件以Open Source的方式释出时，表示除了可执行的软件本身外，一定伴随着原始码的释出喔！通常Open Source的软件有几个好处：程序设计师通常会等到程序成熟之后才会释出，所以通常程序在雏形的时候，就已经具有相当的优良体质；

Open Source的精神，相信当程序原设计人将程序原始码释出之后，其他的程序设计师接受这份原始码之后， 由于需要将程序改成自己所需的样式，所以会经由本身的所学来加以改良，并从中加以改良与除虫， 所以程序的debug功能会比传统的close source来的快！

由于程序是伴随原始码的，因此，系统将会不易存在鲜为人知的木马程序或一些安全漏洞， 相对而言，会比较更加的安全！

Open source的代表授权为GNU的GPL授权及BSD，Apache等等GNU：GPLv2，GPLv3，LGPL（lesser）
http://baike.baidu.com/view/130692.htm
Apache：apache协定
http://baike.baidu.com/subview/28283/5990593.htm#viewPageContent
BSD：bsd
http://baike.baidu.com/view/209692.htm#3

本文出自 “马尔高” 博客，请务必保留此出处http://kgdbfmwfn.blog.51cto.com/5062471/1685723