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openEuler入门学习教程，从入门到精通，云计算与 Linux 操作系统概述(1）

news 2025/11/12 6:14:58

云计算与Linux操作系统概述 - 知识点详解

1. 传统计算机系统

定义与架构：基于物理硬件的独立计算单元，操作系统直接安装在物理服务器上
资源分配方式：静态资源分配，硬件资源利用率通常较低(平均10-15%)
部署模式：物理设备采购、上架、配置、部署周期长，通常需要数周至数月
维护特点：需要专门的运维团队负责硬件维护、软件更新和故障处理
局限性：扩展性差、资源利用率低、初期投入成本高、部署灵活性不足

2. 云计算系统

核心特征：按需自助服务、广泛的网络接入、资源池化、快速弹性、可度量的服务
部署方式：物理资源抽象为虚拟资源池，用户可通过网络按需获取计算资源
计费模式：采用"按使用付费"(Pay-as-you-go)模式，降低前期投资
运维简化：基础架构由云服务提供商维护，客户专注于业务应用
关键优势：成本优化、灵活性高、可扩展性强、可靠性提升、运维简化

3. 云计算的概念

NIST定义：云计算是一种模型，能够实现无处不在的、便捷的、按需的网络访问，进入可配置的计算资源共享池
基本属性：
- 服务导向：以服务形式提供计算能力
- 资源共享：多租户模式实现资源高效利用
- 规模经济：大规模集中部署降低单位成本
发展历程：从网格计算、效用计算到现代云计算，2006年AWS推出S3和EC2标志着现代云计算开始

4. 云计算的服务模式

IaaS (基础设施即服务)
- 提供虚拟化计算资源，如虚拟机、存储、网络
- 用户负责操作系统、中间件、运行时、数据和应用程序
- 代表产品：AWS EC2、阿里云ECS、Azure Virtual Machines
PaaS (平台即服务)
- 提供应用程序开发和部署平台
- 用户只需关注应用程序和数据，无需管理底层基础设施
- 代表产品：Google App Engine、Heroku、阿里云函数计算
SaaS (软件即服务)
- 通过互联网提供软件应用
- 用户无需安装和维护软件，通常通过Web浏览器访问
- 代表产品：Office 365、Salesforce、钉钉、企业微信

5. 虚拟化技术

定义：将物理资源抽象为虚拟资源的技术，允许多个操作系统共享同一物理硬件
类型：
- 服务器虚拟化：单物理服务器运行多个虚拟机
- 存储虚拟化：将多个存储设备整合为单一管理单元
- 网络虚拟化：创建与物理网络解耦的虚拟网络
- 桌面虚拟化：远程交付桌面环境
架构：
- Type-1 (裸机型)：虚拟机监控程序直接运行在硬件上，如VMware ESXi、KVM、Hyper-V
- Type-2 (寄居型)：虚拟机监控程序运行在宿主操作系统上，如VMware Workstation、VirtualBox
关键技术：硬件辅助虚拟化(Intel VT-x/AMD-V)、内存管理、I/O虚拟化、实时迁移

6. 集群技术

定义：将多台计算机连接起来，作为一个单一系统协同工作
类型：
- 高可用集群(HA)：确保服务持续可用，节点故障时自动切换
- 负载均衡集群：分发请求到多个节点，提高性能和可扩展性
- 高性能计算集群(HPC)：并行处理计算密集型任务
关键技术：
- 心跳检测：监控节点健康状态
- 资源管理：协调集群资源分配
- 数据同步：确保节点间数据一致性
- 故障转移：自动将服务从故障节点迁移到健康节点
典型实现：Linux-HA、Kubernetes、Hadoop集群

7. 云计算平台

公有云：由第三方提供商拥有和运营，通过互联网向公众提供服务
- 国际主流：AWS、Microsoft Azure、Google Cloud Platform
- 国内主流：阿里云、腾讯云、华为云、百度智能云
私有云：专为单一组织构建的云基础设施
- 开源方案：OpenStack、CloudStack、oVirt
- 商业方案：VMware vSphere、Nutanix
混合云：结合公有云和私有云的优势，实现工作负载灵活部署
行业云：针对特定行业的云解决方案，如金融云、医疗云、政务云

8. 云计算相关概念

容器技术：轻量级虚拟化技术，Docker是主流实现
微服务：将应用拆分为小型、独立部署的服务
DevOps：开发与运维的融合，强调自动化和协作
云原生：基于云环境设计的应用架构，充分利用云特性
Serverless：开发者无需管理服务器，按执行付费
边缘计算：在数据源头附近进行计算，降低延迟
多云策略：使用多个云服务提供商避免厂商锁定

9. Linux简介

定义：一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统
地位：云计算基础设施的主要操作系统，支撑全球90%以上的公有云工作负载

10. Linux的基本思想

“一切皆文件”：硬件设备、进程、网络连接等都以文件形式表示
单一职责原则：每个程序只做一件事，并做到最好
组合性：通过管道和重定向，将简单工具组合实现复杂功能
文本为中心：系统配置和数据多以文本形式存储
开放标准：遵循POSIX标准，确保兼容性和可移植性
社区驱动：全球开发者协作开发模式

11. Linux的特性

开源自由：源代码公开，可自由使用、修改、分发
稳定性：服务器通常可连续运行数年无需重启
安全性：权限管理严格，漏洞修复快速
性能优化：内核针对服务器场景深度优化
硬件兼容性：支持从嵌入式设备到超级计算机的各种硬件
软件生态：拥有丰富的开源软件生态系统
定制性：可根据需求定制内核和系统组件

12. Linux的应用领域

服务器领域：Web服务器、数据库服务器、邮件服务器等
云计算：云平台底层操作系统，虚拟机宿主机
高性能计算：全球Top500超级计算机90%以上运行Linux
嵌入式系统：路由器、智能电视、IoT设备
移动设备：Android操作系统基于Linux内核
桌面环境：办公、开发、多媒体应用
安全设备：防火墙、入侵检测系统
汽车行业：智能座舱、自动驾驶系统

13. Linux的历史和发展

1991年：Linus Torvalds发布Linux 0.01
1992年：Linux与GNU软件结合，形成完整操作系统
1993年：Slackware发布，第一个广泛使用的Linux发行版
1996年：Linux 2.0内核发布，支持SMP(对称多处理)
1998年：Microsoft发布"万圣节文件"，承认Linux威胁
2003年：CentOS发布；Linux 2.6内核发布，重大性能改进
2007年：Android发布，基于Linux内核
2015年：Docker容器技术迅速普及
2019年：IBM收购Red Hat，Linux成为主流企业平台
2020年：CentOS转向CentOS Stream引发社区震动
2021年：华为开源openEuler，中国Linux生态加速发展

14. Linux内核

架构：单体内核，但支持模块化加载
核心子系统：
- 进程调度：CFS(完全公平调度器)确保资源公平分配
- 内存管理：虚拟内存、内存分配、交换机制
- 虚拟文件系统：抽象不同文件系统接口，提供统一视图
- 网络子系统：TCP/IP协议栈，网络设备驱动
- 设备驱动：硬件设备控制接口
版本命名：主版本.次版本.修订版本(如5.4.0)
- 偶数次版本(2.6.x)表示稳定版本
- 奇数次版本(2.5.x)曾表示开发版(3.0后取消此规则)
内核模块：可动态加载的代码片段，扩展内核功能

15. Linux发行版

定义：基于Linux内核，整合GNU工具、软件包和配置的完整操作系统
核心组件：
- Linux内核
- GNU工具和库
- 包管理系统
- 初始化系统(systemd、SysVinit)
- 桌面环境或服务器配置
分类维度：
- 按用户群体：桌面发行版、服务器发行版
- 按更新策略：滚动发行版、固定版本发行版
- 按包管理：RPM系(如Red Hat)、DEB系(如Debian)

16. openEuler/CentOS系列

RHEL (Red Hat Enterprise Linux)
- 企业级Linux，采用订阅商业模式
- 长期支持(10年)，严格的兼容性保证
- 开发了众多企业级特性：SELinux、cgroups、systemd
CentOS
- RHEL的社区克隆版，免费使用
- 2020年12月CentOS 8终止支持，转向CentOS Stream
- CentOS Stream：RHEL的上游开发版，不再是稳定版替代品
替代方案：
- Rocky Linux：由CentOS创始人发起，目标是成为RHEL的100%兼容替代
- AlmaLinux：CloudLinux公司发起的RHEL克隆版
- openEuler：华为开源的企业级Linux，支持多样性计算(鲲鹏、昇腾等架构)
  - 特色：A-Tune(AI性能调优)、iSula(轻量容器)、毕昇JDK
  - 生态：支持openGauss数据库、KubeEdge边缘计算

17. Debian/Ubuntu系列

Debian
- 历史最悠久的社区发行版，成立于1993年
- 严格遵循自由软件理念，拥有庞大的社区
- 软件包管理：apt/dpkg系统，超20万个软件包
- 发布周期长但极为稳定，适合服务器环境
Ubuntu
- 基于Debian，由Canonical公司主导
- 每6个月发布一个版本，每2年发布一个LTS(长期支持)版本
- 桌面体验优秀，对新手友好
- 云优化：Ubuntu是AWS、Azure、GCP上最常用的Linux发行版
- 生态系统：Snap包格式，Ubuntu One账户体系，商业支持服务
衍生版：
- Linux Mint：面向桌面用户的Ubuntu衍生版
- Kubuntu/Xubuntu：不同桌面环境的Ubuntu变体
- Pop!_OS：专注于开发者和创意工作的Ubuntu衍生版

18. FreeBSD

起源：源自伯克利软件分发(BSD)，与Linux技术路线不同
关键区别：
- 许可证：BSD许可证比GPL更宽松，允许闭源商业使用
- 开发模式：单一代码库，整体开发，而非Linux的松散组合
- 技术特点：ZFS文件系统原生支持，jail容器技术，优秀的网络栈
应用场景：
- 高性能网络服务器
- 存储系统(使用ZFS)
- Netflix的CDN服务器
- PlayStation、Nintendo Switch等游戏系统
中国应用：腾讯、阿里等大型互联网公司用于核心基础设施

19. 开源协议和法律法规

GPL (GNU通用公共许可证)
- 核心原则：Copyleft(著佐权)，要求衍生作品也必须开源
- GPL v2 vs v3：v3增加了专利授权和DRM限制
- 传染性：动态链接通常不受传染，静态链接通常受传染
- 代表项目：Linux内核(GPL v2)、GNU工具链
LGPL (GNU宽通用公共许可证)
- 较GPL宽松，允许非自由软件链接LGPL库
- 适用场景：共享库/动态链接库
- 修改LGPL代码仍需开源，但使用LGPL库的应用不一定需要
Apache License 2.0
- 允许自由使用、修改、分发，包括商业闭源使用
- 明确授予专利使用权，防御专利诉讼
- 要求保留版权声明和NOTICE文件
- 代表项目：Android、Kubernetes、Apache HTTP Server
BSD许可证
- 极简条款，几乎无限制
- 3-clause BSD要求不使用作者名字进行推广
- 2-clause BSD更宽松，类似MIT许可证
- 代表项目：FreeBSD、OpenBSD、NetBSD
MIT许可证
- 最宽松的开源许可证之一
- 仅要求保留版权声明和许可声明
- 允许闭源商业使用，无Copyleft限制
- 代表项目：React、jQuery、Rails
木兰许可证
- 中国自主研发的开源许可证
- 木兰宽松许可证：兼容Apache 2.0，适合商业场景
- 木兰公共许可证：类似GPL，具有Copyleft特性
- 意义：降低中国开发者和企业使用开源的法律风险
- 采用项目：openEuler、OpenHarmony部分组件