为什么要学习 Linux
2050年人工智能或将超越人类智商，机器人产生了自主意识,,完全取代人脑思维甚至统治人类,或许....
有人说：windows是漂亮的，Linux是智慧的、透明的。
全球TOP500超级计算机排行榜中99%都是linux内核。
任何手持智能终端设备就连电子表的底层都是Linux
你或许会认为Windows更为易用，Linux操作起来很慢，Linux入门曲线陡峭，其实当我们学会一些命令之后，一个命令所完成的事，Windows中需要几次步骤才能完成。
基于命令行，执行速度快，工作效率高
Linux系统遵循GPL协议，属于开源软件，你能用任意姿势获取源代码，修改源码，学习源码，而且Linux有自己的开源社区，能在上面开拓视野，接触许多科学前沿的东西。
计算机的组成、虚拟机的原理、操作系统基础
冯诺依曼体系结构
冯·诺伊曼明确提出了计算机的体系架构，从1951年第一台电子计算机EDVAC开始，计算机经历了多次的更新换代，不管是最原始的、还是最先进的计算机，使用的仍然是冯·诺依曼最初设计的计算机体系结构。因此冯·诺依曼被世界公认为“计算机之父”，他设计的计算机系统结构，称为“冯诺依曼体系结构”。
结构及框架
运算器：用于完成各种算术运算、逻辑运算和数据传送等数据加工处理。
控制器：用于控制程序的执行，是计算机的大脑。运算器和控制器组成计算机的中央处理器（CPU）。控制器根据存放在存储器中的指令序列（程序）进行工作，并由一个程序计数器控制指令的执行。控制器控制计算器各部件的协调。
存储器：用于临时存放程序和数据，运算器运算结果，保存的位置。例如：内存。程序和数据以二进制代码形式不加区别地存放在存储器中，存放位置由地址确定。
输入设备：用于将数据或程序输入到计算机中，例如：鼠标、键盘。
输出设备：将数据或程序的处理结果输出至指定设备，例如：显示器、打印机。
总线的组成
数据总线DB（Data Bus）、地址总线AB（Address Bus）和控制总线CB（Control Bus），也统称为系统总线。
DB 用于数据交换的总线
AB 用来传送地址的总线，地址总线的位数决定了CPU可直接寻址的内存空间大小，一般说来，若地址总线为n位，则可寻址空间为2^n字节。
CB 传送控制信号和时序信号。有的是微处理器送往存储器和I/O接口电路，也有是其它部件反馈给CPU的，控制总线的传送方向由具体控制信号而定，(信息)一般是双向的，控制总线的位数要根据系统的实际控制需要而定。实际上控制总线的具体情况主要取决于CPU。
前端总线（FSB)是将CPU连接到北桥芯片的总线，前端总线（FSB）频率（即总线频率）是直接影响CPU与内存直接数据交换速度。
缓存
cpu 4GHZ 内存 1600/1800MHZ,（单位换算：1GHZ=1000MHZ）内存大约1.56GHZ,CPU的速度远远超过内存的速度，由短板理论终的速度为内存的速度。
缓存以CPU频率工作，价格高，所以很小。
主要意义：
时间局部性 当某个数据被访问过一次之后，过不了多久时间就会被再一次访问。缓存对此数据缓存
空间局部性 CPU在某一时刻需要某个数据，那么很可能下一步就需要其附近的数据；缓存将对附近的资源缓存
硬盘
固态硬盘
在不同的分区的读取速度一致
机械硬盘
盘片（disk）：硬盘中承载数据存储的介质。两面读写
磁头(head)：通过磁性原理读取磁性介质上数据的部件。
磁道(tracle)：当磁盘旋转时，磁头若保持在一个位置上，则每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。
扇区(sector)：磁盘上的每个磁道被等分为若干个弧段，这些弧段便是磁盘的扇区。硬盘的读写以扇区为基本单位
分区：由外向内按柱面划分，外道长:固定角速度，单位时间内划动的距离越长
C在外道，单位时间内，读取的数据越多
D在较内道，单位时间内，读取的数据越少
虚拟机的原理
虚拟机的框架：
vmware程序：虚拟出多个虚拟的计算机(CPU+内存+硬盘)
虚拟CPU
切割CPU时间片
cpu将时间片切割，使各个程序从表面上看是同时进行的。在微观上：每几个毫秒思考一件事，时间用完如果进程仍在执行，就记录进程的状态，连续运行后面的进程。
内存:有限内存切割后，分配给不同程序使用
线性地址空间：假设每个程序有4G内存可用，实际只有自己占据的大小
进程地址空间: 将内存上不连续的内存页在逻辑上映射为一段连续的空间
I/O设备:模拟器实现：动态分配大小
操作系统的基础
CPU: 晶体管 10-20nm 45nm工艺 门电路 逻辑运算/算术、逻辑运算，芯片、多个针脚，每个针脚有不同的功能、完成不同的运算。调用针脚即可完成运算,调用CPU针脚完成运算：机器语言
CPU针脚的功能即为CPU的指令，CPU多个指令叫指令集
指令的分类：普通指令、特权指令
普通指令：普通用户仅能在环3上运行，如果要用到环0的指令，就需要向内核申请，即为发起系统调用
特权指令：仅管理员可运行的指令，用于管理功能。
CPU常见平台：
IBM（power)
SUN （ultrasparc）--> Oracle
惠普 (alpha)(安腾)dec-康白-惠普
Intel (x86，X86_64) 向下兼容
AMD (amd64)
ARM Intel只设计，不生产。三星，高通生产
Andorid (linux)
IOS (UNIX)
摩托摩拉 (手持 m68k,服务器 m68k nommu)
苹果，IBM,摩托摩拉 (powerpc，早期的强悍的CPU)
天河二号：大堆CPU拼凑而成
面向硬件写程序所用的语言：
机器语言过于底层。每个芯片生产完成时，附带一套略微高级的接口(微码编程接口，汇编语言)，比较底层，写大型程序困难。高级语言(c,c++)
低级和高级语言所写的程序的区别：
低级语言：汇编语言，计算机容易理解的语言，运行起来的性能更好
高级语言：c,java,python,...，计算机不易理解的语言，运行起来性能差
由于是面向硬件写程序，考虑CPU平台，内存分配，...诸多问题。研发出操作系统：
目的： 消除底层差异，程序员面向硬件写程序不用考虑各种硬件相关的问题
功能： 抽象计算机的计算能力为统一的接口，将底层硬件功能封装为系统调用(syscall)，协调进程占用内存资源与CPU时间的分配。
作用：
硬件驱动：硬件工作起来
进程管理：CPU时间片切割和CPU的计算能力分配给不同的程序
内存管理：将有限的内存资源分配给多个同时运行的程序
网络管理：与其他主机通过网络通信
安全管理
写程序面向的对象和语言
硬件规格： 机器语言、汇编语言、高级语言，考虑CPU平台，内存分配，...诸多问题
系统调用: 高级语言，system call 将底层硬件规格抽象为syscall，保证syscall少，库也比较底层
库调用: 高级语言，面向 syscall 封装的库 ，将底层库抽象出的库(c)
用形象化的思维：
面向硬件：给你的是"麦种"，要想吃馒头，经过的步骤: 翻地、播种、浇水、施肥、收割、磨面、做包子、蒸馒头。
面向系统调用：给你的是面粉，
面向库调用： 给你你的是馒头，
越高层，写程序越容易，选择更多样。
越低层，写程序越难，选择更少。
注意：写出的程序为源码程序
程序运行前的步骤：
源码程序--> 编译 --> 汇编 --> 二进制指令(能调用对应CPU平台的针脚，不同系统有不同的格式）
二进制指令如何运行：
由操作系统分配资源，让程序占据CPU时间片和内存资源
指令：被操作系统调度至CPU上，二进制指令能调用CPU上的某个指令(针脚)，完成某些功能
用户接口
跟操作系统交互的程序，称之为"用户接口"：指挥其他程序的运行
windows: 桌面
Linux： UI
GUI：Graphic User Interface,程序：Gnome,XFCE,KDE
CLI: Command Line Interface，程序： sh,csh,ksh,zsh,bash
在不同的系统之上写的程序(源码）
ABI Application Binary Interface: 源码制作成二进制的格式(可执行文件的格式)，运行接口，应用二进制格式。终端用户面向的接口。
API Application Program Interface: 写程序面向的对象，应用编程接口，程序员面对的接口
ABI不能兼容：
不同操作系统上的程序，制作成二进制后，不能兼容，(转换为对应平台调用CPU针脚的指令，不同CPU厂商生产的CPU针脚不同，所以程序调用的针脚不同)
API不能兼容：
写程序面向的对象不同，不同操作系统提供的systemcall,libcall接口不同。一个系统上写的程序，不能在另一个系统之上编译~~~
API兼容：
写程序面向的对象不同，但是提供的Systemcall,libcall接口能够兼容(底层针脚不同，但是经过操作系统抽象硬件功能为兼容的接口,所写的程序在源码级别兼容，这就是遵循‘POSIX‘规范。一个系统上写的程序，能在另一个系统之上编译~~~，编译后只能在对应平台运行，不能跨平台运行，ABI不同。
操作系统的定义：
广义：windows系统，我们所指的是用户接口（windows桌面、Linux bash）和内核
狭义：内核
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