01.云计算与Linux系统概述

Linux操作系统与云计算

（基于华为openEuler）第1章云计算与Linux系统概述程和侠程和生编著云计算是继计算机、互联网之后的一种新技术，也是一种新的概念、新模式，它是一种基于网络的超级计算模式，也是一种资源提供方式和资源使用模式。不管是传统单主机计算时代，还是云计算时代，都是以Linux操作系统特性作为主要标准，Linux发挥着至关重要的中心作用。本章主要内容-1.1案例引入-1.2传统计算机系统-1.3云计算系统-1.4Linux简介-1.5Linux的历史和发展-1.6Linux内核-1.7Linux发行版-1.8开源协议和法律法规-1.9小结1.2传统计算机系统硬件基础设施中CPU是绝对的核心，由于CPU技术的垄断，CPU的微架构一直都是计算机框架的核心。操作系统是提供用户管理和使用资源的接口。软件是由人编写的一系列指令集，用于控制计算机系统的操作。华为的鲲鹏处理器TaiShan架构是基于ARMv8架构进行的自主创新，并且获得了ARMv8永久授权。华为的麒麟处理器是海思半导体针对智能手机市场开发的高端处理器，主要应用于华为旗下的Mate和P系列手机中。1.2传统计算机系统硬件基础设施中CPU是绝对的核心，由于CPU技术的垄断，CPU的微架构一直都是计算机框架的核心。操作系统是提供用户管理和使用资源的接口。软件是由人编写的一系列指令集，用于控制计算机系统的操作。目前主流操作系统有：Unix：PowerPC架构。Windows：x86架构。macOS：自研架构，从兼容x86向基于ARM架构转移。Linux：几乎适配全部CPU架构。本章主要内容-1.1案例引入-1.2传统计算机系统-1.3云计算系统-1.4Linux简介-1.5Linux的历史和发展-1.6Linux内核-1.7Linux发行版-1.8开源协议和法律法规-1.9小结案例引入案例1.1：解放思想、开拓创新。思政教学目标：云计算平台的创新点在于对于传统计算机没有采用取缔取代的竞争思维，而是采用合作共生发展的理念，即以嫁接的方式：云计算系统平台使用了一部分操作系统的特性，也独立自主重新实现了一部分。这种创新意识，是开创性的，提供了突破操作系统这一核心技术封锁的解决方案。这种创新意识，需要解放思想，不能拘泥技术的形式，不能拘泥于对抗竞争意识，而是开拓思路，合作创新。1.3云计算系统云计算是一种基于网络的超级计算模式，基于用户的不同需求提供所需要的资源，包括计算资源、网络资源、存储资源等。1.3云计算系统1.3.1云计算的概念1.3.2云计算的服务模式1.3.3虚拟化技术1.3.4集群技术1.3.5云计算平台1.3.6云计算相关的几个概念1.3.1云计算的概念狭义上讲，“云”实质上就是一种网络，云计算就是一种提供资源的网络，包括硬件、软件和平台。使用者可以随时获取云上的资源，按需求使用，并且容易扩展，按使用量付费。1.3.1云计算的概念广义云计算就是可以将互联网上的各种计算资源集合起来，通过软件实现自动化管理。还可以通过集群技术，将整个网络资源组合一起协同工作。1.3云计算系统1.3.1云计算的概念1.3.2云计算的服务模式1.3.3虚拟化技术1.3.4集群技术1.3.5云计算平台1.3.6云计算相关的几个概念1.3.2云计算的服务模式云计算是传统计算机概念的延申和革新，云计算利用虚拟化等技术将传统计算机体系结构的组成全部变成资源化，使其任何一个模块都可以独立对外提供服务。1.3云计算系统1.3.1云计算的概念1.3.2云计算的服务模式1.3.3虚拟化技术1.3.4集群技术1.3.5云计算平台1.3.6云计算相关的几个概念1.3.3虚拟化技术虚拟化技术是云计算底层最核心的支撑技术之一，它将计算机的各种实体资源予以抽象，转变为逻辑上可以管理的资源。1.硬件虚拟化基于硬件的完全虚拟化，是最主流的虚拟化技术之一，需要硬件支持，包括CPU的虚拟化技术、磁盘虚拟化技术、网络虚拟化技术等。2.容器虚拟化技术容器虚拟化技术是一种基于内核的轻量级虚拟化方法，它允许在一个操作系统内运行多个独立的应用程序环境。1.3云计算系统1.3.1云计算的概念1.3.2云计算的服务模式1.3.3虚拟化技术1.3.4集群技术1.3.5云计算平台1.3.6云计算相关的几个概念1.3.4集群技术集群是一组相互独立的、通过高速网络互联的计算机，它们构成了一个组，并以单一系统的模式加以管理，对外提供通用的分布式计算功能。从使用者角度看，云计算系统就是一个唯一的操作系统，所以云计算系统可以视为操作系统自然延申和发展。1.3云计算系统1.3.1云计算的概念1.3.2云计算的服务模式1.3.3虚拟化技术1.3.4集群技术1.3.5云计算平台1.3.6云计算相关的几个概念1.3.5云计算平台云计算平台是成熟的云计算系统，依据使用的虚拟机技术不同可以分为基于基础设施层和基于平台层。OpenStack：基于基础设施层的完全虚拟化。Kubernetes：基于平台层的容器虚拟化。1.3云计算系统1.3.1云计算的概念1.3.2云计算的服务模式1.3.3虚拟化技术1.3.4集群技术1.3.5云计算平台1.3.6云计算相关的几个概念1.3.6云计算相关的几个概念1.分布式计算分布式计算是一门计算机科学，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分成许多小的部分，最后把这些计算结果综合起来得到最终结果。2.网格计算网格计算也是一种分布式计算。网格计算通过利用大量异构计算机（通常为桌面系统）CPU的空闲资源，将其嵌入到分布式集群中，网格计算的焦点放在支持跨管理域计算的能力。3.并行计算并行计算是相对于串行计算来说的，并行计算的目的就是提供单处理器无法提供的性能，使用多处理器求解单个问题。并行计算和分布式计算两者是密切相关的，它们是两种不同层次不同维度的计算。底层计算速度和可靠性一般都需要并行计算；顶层业务计算如果追求性能则考虑采用分布式计算。4.集群计算机集群使将一组松散集成的计算机软件或硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。集群系统中的单个计算机通常称为节点，通过网络连接在一起。在某种意义上，它们可以被看作是一台计算机。5.云计算云计算是相对较新的新概念，它不只是计算、计算机等概念，还包含有运营服务等概念。它是分布式计算、并行计算和网格计算的发展，或者说是这些概念的商业实现。6.边缘计算边缘计算又称雾计算，是比云计算要轻量级的计算。边缘计算可以视为局域网私有化云计算，一般用于自动化控制中，连接具有更低计算能力的终端设备。本章主要内容-1.1案例引入-1.2传统计算机系统-1.3云计算系统-1.4Linux简介-1.5Linux的历史和发展-1.6Linux内核-1.7Linux发行版-1.8开源协议和法律法规-1.9小结1.4Linux简介在计算机中，操作系统是其最基本也是最为重要的基础性系统软件。Linux操作系统，全称GNU/Linux，是一种免费使用和自由传播的类UNIX操作系统，其内核由林纳斯·本纳第克特·托瓦兹（LinusBenedictTorvalds）于1991年10月5日首次发布。它主要受到Minix和Unix思想的启发，是一个基于POSIX的多用户、多任务、支持多线程和多CPU的网络操作系统。案例引入案例1.2：人类面临的共同问题。思政教学目标：Linux是开源软件，也是国际化标准，是人类共有的，这与习近平提出的“共商、共建、共享”全球治理理念相吻合，这为破解当今人类社会面临的共同难题提供了新原则新思路。所以操作系统经历了从以前构建竞争关系的国产操作系统发展到今天可以合作共建的国有操作系统，为操作系统和云计算领域贡献中国智慧、中国方案、中国力量。1.4.1Linux的基本思想(1)一切资源皆文件在Linux中，所有的设备、硬件、应用程序等都被视为文件。这种思想使得Linux系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等。

(2)每个软件都有确定的用途Linux遵循模块化设计原则，每个软件都有确定的用途，并且可被其他软件替代。这种思想鼓励用户使用自由软件，并支持开放源代码的软件。1.4.2Linux特性(1)完全免费、开放源代码(2)高可靠性(3)最广泛的硬件适配性(4)可维护性(5)完全兼容POSIX标准(6)多用户、多任务(7)良好的界面1.4.3Linux的应用领域(1)服务器领域(2)科学计算领域(3)云计算领域(4)人工智能领域(5)嵌入式系统领域(6)移动设备领域(7)物联网领域(8)个人桌面领域查询网站服务器操作系统版本：本章主要内容-1.1案例引入-1.2传统计算机系统-1.3云计算系统-1.4Linux简介-1.5Linux的历史和发展-1.6Linux内核-1.7Linux发行版-1.8开源协议和法律法规-1.9小结1.5Linux的历史和发展1969年，KenThompson(肯汤普生，C语言之父）利用汇编语言开发了FileServerSystem(Unics，即Unix的原型)。由于汇编语言对于硬件的依赖性，因此Unics只能针对特定硬件。1973年，Bell实验室的DemisRitchie(开尼斯·里奇)和KenThompson发明了C语言，而后写出了Dniz的内核。KentTnompson将B语言改成C语言、成为C语言之父。1981年，IBM公司推出微型计算机IBMPC。1977年，加州大学伯克利分校(UniversityofCalifornia，Berkeley)的BillJoy针对他的机器修改Unix源码，称为BSD(BerkeleySoftwareDistribution)。BillJoy是Sun公司的创始人。1984年，因为Unix规定“不能对学生提供源码”，Tanenbaum(塔能鲍姆)自己编写了兼容于Unix的Minix用于教学。1984年，RichardStallman（理查德•斯托曼）面对程序开发的封闭模式，发起了一项国际性的源代码开放的“牛羚”（GNU，GNU‘sNotUnix递归形式）计划，创办FSF（FreeSoftwareFoundation）自由软件基金会。1991年10月5日（这是第一次正式向外公布的时间），芬兰赫尔辛基大学研究生LinusTorvalds（林纳斯·托瓦兹）根据Minix编写并发布了称为Linux的操作系统内核。Minix是基于PowerPC架构的，Linux是将Minix移植到基于x86架构版本。同时，POSIX（PortableOperatingSystemInterfaceforComputingSystems）标准正在制定和投票过程中，这个Unix标准为Linux提供了极为重要的信息，使得Linux能够在标准的指导下进行开发，并能够与绝大多数Unix操作系统兼容。在最初的Linux内核源代码中（0.01版、0.11版）就已经为Linux系统与POSIX标准的兼容做好了准备工作。1992年，根据理查德·斯托尔曼的建议，将Linux与不是很完善的GNU操作系统相结合产生了一个完整的开源、免费的操作系统，称之GNU/Linux，以GNU通用公共许可证发布。后来，GNU/Linux简称Linux。1995年，RedHat公司成立，他们发布了一个基于RedHatLinux的商业发行版，并成为Linux商业领域的领先者之一。2007年11月，Google发布了Android操作系统，这是基于Linux内核的移动操作系统，成为了移动领域的重要操作系统之一。2019年12月31日，华为宣布将服务器操作系统正式开源，命名为openEuler。同时，openEuler开源社区正式上线。openEuler是一个开源的Linux操作系统，旨在为计算产业提供一种新型的、可演进的、全数字化的基础设施。它是华为公司的一个重要战略性判断，以“硬件开放、软件开源”为原则，全面赋能合作伙伴，激活计算产业生态。同时openEuler社区也吸引了越来越多的全球开发者参与，社区整体朝向“共建、共享、共治”的目标稳健发展。2020年9月，华为2020年6月，开放原子开源基金会在工信部指导下，由阿里巴巴、百度、华为、浪潮、360、腾讯、招商银行联合发起，是国内首个也是目前唯一个开源基金会。向开放原子开源基金会捐赠OpenHarmony1.0并开放下载。本章主要内容-1.1案例引入-1.2传统计算机系统-1.3云计算系统-1.4Linux简介-1.5Linux的历史和发展-1.6Linux内核-1.7Linux发行版-1.8开源协议和法律法规-1.9小结1.6Linux内核严格意义上来说，Linux是一个内核。内核指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统；一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统，或是GNU/Linux。Linux内核版本指的是Linux操作系统的核心程序的版本号。Linux内核是一种开源的操作系统内核，由林纳斯·托瓦兹领导的Linux开源社区贡献开发。每个Linux内核版本都有独特的标识号，包括主版本号、次版本号和修订号。1.6Linux内核Linux内核的版本号遵循一定的命名规则。通常，主版本号的变动代表了基本的架构和功能的重大改变，次版本号的变动代表了一些较小的变化，修订号的变动则用于修复错误和增加小功能。例如，Linux内核的版本号可以是4.18.10，其中主版本号为4，次版本号为18，修订号为10。每个Linux内核版本都由一个发布计划和发布周期来管理，以确保及时的更新和修复。Linux内核的版本更新通常会在几个月到一年之间进行一次，这取决于开发者对新功能和错误修复的开发进度。本章主要内容-1.1案例引入-1.2传统计算机系统-1.3云计算系统-1.4Linux简介-1.5Linux的历史和发展-1.6Linux内核-1.7Linux发行版-1.8开源协议和法律法规-1.9小结1.7Linux发行版20世纪90年代初期，Linux开始出现的时候，仅仅是以源代码形式出现，用户需要在其他操作系统下进行编译才能使用。后来一些组织或厂家将Linux系统的内核与外围实用程序软件和文档包装起来，并提供一些系统安装界面和系统配置、设定与管理工具，就构成了一种发行版（Distribution）。Linux代表性的发行版1.7Linux发行版1.7.1openEuler/CentOS系列1.7.2Debian/Ubuntu系列1.7.3FreeBSD1.7.1openEuler/CentOS系列1.openEuler华为欧拉操作系统EulerOS是运行在华为公司通用服务器上的操作系统。2019年12月31日，EulerOS被正式推送至开源社区，更名为openEuler。openEuler也升级成为数字基础设施的开源操作系统.欧拉和鸿蒙实现了内核技术共享，实现统一操作系统支持多设备，应用一次开发覆盖全场景，万物互联。openEuleropenEuler作为国有Linux操作系统，由国内企业自主研发和制造，拥有完整的自主知识产权，实现了国家信息化建设的从根本上的自主可控。openEuler可靠性和稳定性强，同时openEuler致力于与主流的Linux标准兼容，尤其是与RedHatEnterpriseLinux（RHEL）和CentOS兼容，采用了RPM（RedHatPackageManager）作为其包管理系统，这使得它具有良好的兼容性和广泛的生态环境，已经非常适用于企业级应用和部署，是国内企业最优先考虑的版本。麒麟系统麒麟系统是基于openEuler开源系统自主研发的国产操作系统，是openEuler首批理事会单位，也是基于openEuler的首个商业发行版。中标麒麟银河麒麟优麒麟2.RedHatEnterpriseLinuxRedHat企业版，简称RHEL，是RedHat公司发布的商业Linux版本。RHEL可以说是Linux的领军发行版，有其广泛的商业基础，也具有强大的社区影响力。RHEL是很多大型企业采用的操作系统，可以免费使用，但商用需要向RedHat购买商用许可证，有偿享受技术支持、版本升级等服务。3.CentOSCentOSLinux是一个由社区支持的发行版，它是由RedHat企业版源代码所衍生。CentOS对组件的修改主要是去除上游提供者的商标及美工图。从某种程度看，CentOS可以看作免费版的RedHat，任何人可以自由使用，不需要向RedHat支付任何费用。同时有强大的社区提供技术支持，也有很多公开源提供免费升级服务。4.FedoraFedora是RedHat公司最前沿技术的实验版本，测试稳定后才考虑加入企业版本中，交由社区维护。Fedora非常适合作为桌面操作系统，不适合作为服务器系统，对于想了解未来技术走向，学习新技术的用户可以尝试该发行版。1.7Linux发行版1.7.1openEuler/CentOS系列1.7.2Debian/Ubuntu系列1.7.3FreeBSD1.7.2Debian/Ubuntu系列1.DebianDebian于1993年首次发布，是最为古老的GNU/Linux发行版之一，也是许多其他基于Linux的操作系统的基础。Debian系统以稳定性为重，不追求高速迭代。Debian遵循固定的发布周期，大约每两年发布一次新版本。这些发行版用一个数字指定，例如“Debian11”或“Debian12”。每个版本的支持期至少为五年，在此期间将提供安全更新和错误修复。Debian社区是一个致力于自由软件开发并宣扬自由软件基金会之理念的自愿者组织。Debian系统完全基于GNU发行，完全由社区维护，是对自由非商用软件有偏好者首选的服务器操作系统。2.UbuntuUbuntu（乌班图）是一个以桌面应用为主的Linux操作系统，其名称来自非洲南部祖鲁语或豪萨语的“ubuntu”一词，意思是“人性”、“我的存在是因为大家的存在”，是非洲传统的一种价值观，类似华人社会的“仁爱”思想。Ubuntu由开源厂商Canonical公司开发和维护，是基于Debian再发行的桌面环境，Ubuntu的目标在于为一般用户提供一个最新的、同时又相当稳定的主要由自由软件构建而成的操作系统。很多Linux桌面系统都是基于Ubuntu再发行的，如LinuxMint、ChaletOS、ElementaryOS，还有中文版的UbuntuKylin（优麒麟）。3.LinuxMintLinuxMint由LinuxMintTeam团队于2006年开始发行，是一份基于Debian和Ubuntu的Linux发行版。LinuxMint是一个为PC和x86电脑设计的操作系统，可以使用LinuxMint来代替Windows，其目标是提供一种更完整的即刻可用体验，这包括提供浏览器插件、多媒体编/解码器、DVD播放支持等。LinuxMint是对用户友好而功能强大的操作系统，其目标是为家庭用户和企业客户提供免费、高效、易用、高雅的桌面操作系统，是Distrowatch排行榜上长期第一名的Linux发行版。4.KaliLinuxKaliLinux是基于Debian的Linux发行版，设计用于数字取证和渗透测试的Linux发行版。KaliLinux预装了许多渗透测试软件，包括nmap（端口扫描器）、Wireshark（数据包分析器）、JohntheRipper（密码破解器），以及Aircrack-ng（一种用于对无线局域网进行渗透测试的软件）。所以，KaliLinux也是黑客常用操作系统。1.7Linux发行版1.7.1openEuler/CentOS系列1.7.2Debian/Ubuntu系列1.7.3FreeBSD1.7.3FreeBSDFreeBSD严格来说不属于Linux类，FreeBSD是一种类Unix操作系统，是由经过BSD、386BSD和4.4BSD发展而来的Unix的