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操作系统、虚拟化技术与云原生01

操作系统基础

操作系统定义

OS声明了软件怎么调用硬件,同时支持人机交互

人机交互的过程

shell是人机交互转换的虚拟环境,内核只能识别0、1组成的数据流,底层资源只能识别电流的变化

操作系统的组成

1. 进程管理

进程定义:进程是正在运行的程序的实例,它不仅包含程序代码,还包含程序的当前状态和相应的系统资源。

线程概念:线程是比进程更小的执行单位,能够实现更细粒度的并行计算,提高CPU的使用效率。

调度机制:操作系统通过进程调度算法,如优先级调度、时间片轮转等方法来决定哪些进程使用CPU,确保系统高效运行。

2. 存储管理

内存分配:存储管理负责物理内存的分配与回收,确保各进程公平高效地使用内存资源。

虚拟内存:现代操作系统普遍采用虚拟内存技术,将硬盘空间作为内存使用的延伸,扩展可用的内存容量,使每个进程仿佛拥有独立的内存空间。

保护机制:存储管理还包括隔离保护机制,防止一个进程访问另一个进程的内存空间,保障系统安全。

3. 设备管理

设备驱动程序:设备管理负责管理计算机系统中的所有外设,包括磁盘、显示器、键盘、鼠标等。

资源分配:设备管理还包括资源的分配与回收,例如打印机等独占设备的管理,以确保所有设备高效运作。

缓冲技术:缓冲技术用于缓解高速CPU与低速设备间的速度不匹配问题,确保数据传输的流畅性。

4. 文件管理

文件系统:文件管理提供文件系统的组织和管理,支持文件的存储、检索、修改和删除等操作。

目录结构:文件管理还维护文件的目录结构,使得文件可以分类、分层管理,方便用户和程序查找和使用。

存取控制:文件管理还包括文件的存取控制,确保文件的安全和隐私,防止未经授权的访问。

5. 用户界面管理

命令行界面:早期的操作系统主要提供命令行界面,用户通过输入命令来操作计算机。

图形界面:现代操作系统普遍采用图形界面,通过窗口、图标和菜单等元素提供直观的操作方式。

交互体验:用户界面管理不断优化,提升用户的操作便捷性和整体交互体验。

操作系统的分类

UNIX

Linux

Windows

Windows操作大家较为熟悉下面说说Linux

Linux操作系统特性

目前很多平台和设备都使用了POSIX1.0标准

/root:管理员家目录

/home:普通用户家目录

Linux操作系统

社区:openEuler | 开源社区 | openEuler社区官网

实验准备:

  1. 下载openEuler 22.03 LTS SP4,Offline Standard ISO
  2. 升级virtualbox到6.1

Linux用户

管理员用户:root用户,具有最高权限,uid=0

系统用户:具有某一方面的权限,1<=uid<=999

普通用户:student,只对家目录具有管理权限,uid1000到65535

Linux操作

基本操作

快捷键

ctrl+w:回删一部分

ctrl+u:删除到行首

ctrl+c:退出当前执行或未执行的命令(废除当前指令)

命令组成: 命令字 [参数] [选项]

家目录

root用户:/root

普通用户:/home/与用户名同名的子目录

终端提示符:[student@localhost ~]$

~所在的工作目录,~代表当前用户的家目录

$代表当前登录的用户是普通用户

#代表当前登录的用户是root用户

修改密码

  1. 交互式修改:passwd
  2. 非交互式修改:

格式:echo 密码 | passwd --stdin 用户名

--stdin:把标准输出转变为标准输入

echo:回显

用户创建

格式:useradd [选项] 用户名

验证:id [用户名]

选项:

-u 指定用户的uid:useradd -u 10086 zgyd

id zgyd

切换用户

格式: su - 用户名

su - tom

logout

删除用户

格式:userdel [选项] 用户名

userdel zgyd

id zgyd

重启:reboot,shoutdown -r now,init 6

关机:poweroff,shoutdown -h now,init 0

文件目录操作

第一个字符是否为/,是即使绝对路径,否则是相对路径

查看当前的工作目录:pwd (print working directory)

切换路径:cd (change directory)

常用:

切换到上一次所在的工作目录:cd -

切换到家目录:cd ~ 或者 cd

切换到上一级目录:cd ..

. 代表当前的工作路径

查看子文档的信息:ls (list)

格式:ls [选项] 文档路径

选项:

-l 详细属性信息

-d 查看文档本身的信息

-h 以易读单位显示文档信息 human-readable

-a 显示所有文件的信息

隐藏文件:以 ‘.’ 开头的文件

查看文本内容:cat

head:看到文本的前几行信息 (默认看到10行)

tail:看到文本的后几行信息 (默认看到10行)

目录创建mkdir (make directory)

格式:mkdir [选项] 目录

选项:

-p 递归创建多级目录(白色是文本文件,蓝色是目录)

文件创建:touch

touch 文件名

复制:cp (copy)

格式:cp [选项] 源路径 目标路径

选项:

-r 递归复制,源路径是目录

-f force,强制复制

移动:mv (move)

格式:mv 源路径 目标路径

路径不变的运动是重命名操作

删除:rm (remove)

格式:rm [选项] 路径

选项:

-r 递归删除,源路径是目录

-f force,强制删除

帮助

  1. -h或者--help
  2. man帮助手册

编辑器vim

三种模式

插入模式:

---- i(a)交互指令 ---- 插入模式 [ecs回退]

命令行模式:

---- ‘:’ 交互式指令 ---- 插入模式 [ecs回退]

末行模式:

  1. wq:保存退出
  2. w:保存不退出
  3. q:不保存退出
  4. q!强制不保存退出
  5. wq!:强制保存退出

p -- post:粘贴

跳转:gg(到首行),G(到末行)

复制:nyy

删除:ndd

粘贴:p

搜索:/[word],n向下搜索,N向上搜索

替换

  1. s/old/new/g 替换当前行的old为new
  2. n,m/old/new/g 替换第n-m行的old为new
  3. % s/old/new/g 替换全文的old为new

(g是整行的概念)

网络管理

  1. 配置文件

vim /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-enp0s3

  1. nmcli(Network Manager Client)命令行

查看网卡信息 nmcli connection show(nmcli c s)

配置网络ip nmcli connection modify “enp0s8” ipv4.method manual ipv4.addresses 192.168.xx.xx/24 autoconnect yes

nmcli 连接 编辑 “网卡名称” ipv4.方法 手动 ipv4.地址 ip地址/子网掩码 自动 连接 开启

重新激活网卡 nmcli connection up enp0s8

  1. nmtui(Network Manager Tool UI)伪图形工具

nmtui 进入伪图形编辑界面编辑

验证:

  1. ifconfig
  2. ip a

永久修改主机名

查看主机名 hostname

长主机名 node1.example.com

短主机名 node1

配置文件(重启生效)vim /etc/hostname

命令法 hostnamectl

hostnamectl set-hostname node1.example.com

bash

查看路由表

命令:route -n

Destination:目的地,显示路由的目的地或者网段

Gateway:网关地址,如果为0.0.0.0表示网络可以直接访问,无需其他设备转发

Genmask:子网掩码

flags:标志,代表路由的不同属性

U:up,代表路由是可达的

H:host,表示目标是一个主机

G:路由指向网关

Metric:路由距离,到达指定网络所需的中转数

Ref:引用计数,0表示目前没有进程在使用这条路由

USE:使用计数,此路由项被路由软件查看的次数

Iface:接口,转发的网络设备即网卡名称

配置一条路由到达39.156.66.10主机路由项,通过enp0s3接口发送给10.0.2.2网关;查 看路由表,再删除此路由表:

route add -host 39.156.66.10 gw 10.0.2.2 dev enp0s3

route -n

route del -host 39.156.66.10 gw 10.0.2.2 dev enp0s3

虚拟化技术

概述

虚拟化技术

计算虚拟化(CPU、内存),网络虚拟化,内存虚拟化

虚拟化的作用:将底层资源和系统进行解耦,将物理资源抽象形成资源池,将抽象后的资源分 配给上层的应用。

虚拟化的类型

全虚拟化:虚拟化管理器会将所有的资源全部虚拟化,虚拟机无法感知主机所使用的是物理资源还是逻辑资源。兼容性好。但是cpu的开销较高。

半虚拟化:虚拟化管理器只针对计算资源做虚拟化,设备io的资源直接使用底层的物理资源。节省cpu的开销,但是兼容性较差。

硬件辅助虚拟化:使用相关的硬件辅助CPU进行虚拟化,解决CPU的高消耗。优势在于保证性能和节省开销。

对物理机来讲虚拟机是一个文件

CPU虚拟化

一个CPU一般有两个线程,线程就是vCPU(超线程技术,vcpu(线程)是cpu的两倍)

内存虚拟化

A是地址,客户机G开头

I/O虚拟化

网卡

虚拟化技术

kvm(性能、轻量级)

kvm内嵌在操作系统内核

Xen (安全)

虚拟化平台管理工具

虚拟化平台管理工具是用于管理和监控虚拟机的软硬件资源,提供创建、配置、迁移等功能的软件系统。以下是一些主流的虚拟化平台管理工具:

1.Eucalyptus:

授权协议包括GPLv3和自定义商业授权协议。

社区版免费使用,企业版按处理器核心总数收费。

2.OpenNebula:

采用Apache 2.0授权协议,不需要许可证。

社区版免费使用,企业版以订阅模式提供服务,按物理服务器总数收费。

3.OpenQRM:

社区版使用GPLv2授权协议,企业版使用自定义的商业授权协议。

基本、标准和高级服务的价格分别为480、960、1920欧元每月。

4.XenServer:

Citrix XenServer系列产品均使用自定义的商业授权协议。

免费版本和开源版本的Xen Cloud Platform可以免费使用,高级版、企业版和白金版按物理服务器数量收费。

5.Oracle VM:

Oracle VM Server基于Xen开发,使用GPLv2协议发布。

Oracle VM Manager使用自定义的商业授权协议,Oracle VM VirtualBox的二进制版本也使用自定义的商业授权协议。

6.CloudStack:

社区版采用GPLv3授权协议,企业版使用自定义的商业授权协议。

社区版免费使用,企业版提供增强功能和技术支持。

7.ConVirt:

社区版使用GPLv2授权协议,企业版使用自定义的商业授权协议。

社区版免费使用,企业版提供增强功能和技术支持,按物理服务器数量收费。

容器

容器也是一种虚拟化技术(虚拟机能做的容器)

客服端:识别用户指令并执行

docker指令是新设定,不遵循原有命令,用自己的指令

docker的核心是镜像

docker host:所有任务最终的执行(引擎)

docker deamon(文件,deamon.json,在执行任务时做镜像管理)

image(本地镜像源):创建的镜像存在物理机上,要使用时打包

registry:开源镜像仓库

docker仓库三种类型:本地(docker引擎内部,引擎在哪本地仓库就在哪)

远端镜像仓库(介于本地和中央仓库的第三方仓库,一般由公益组织、企业维护,用于下载提速)

中央仓库(docker官方维护,收集全球所有镜像仓库)

私有仓库(不在三种类型里,本质上自己使用的仓库,位置可以在用户本地,也可以是用户指定位置)(私有仓库需要线连接后进行上传和下载)

(当用户提交运行请求时,deamon会查询本地仓库检查是否由本地镜像,如果没有,就查用户配置的所有仓库或远端仓库)

(如果同时配置多个仓库,则按照配置文件的次序依次查找,如果都没找到,就发送请求到中央仓库,如果中央仓库也没有就报错,在中间任意一个环节找到就下载并运行)

docker Client:客户端,负责所有指令的接受和任务的下发执行

Docker API:负责接受请求,并且交给对应的进程进行任务执行

Containerd:负责容器的资源管理和镜像的管理工作

docker-network:负责docker网络环境的管理,主要是将底层宿主机的网络映射给容器进行使用

docker volume:docker卷管理器,负责docker的存储管理将宿主机的存储空间映射给容器使用

shim、runC:负责识别和执行指令的工具

RunC和Runtime都是负责对指令进行解析和执行的

Container:实际的最终容器

容器与云原生:详细介绍

随着云计算的迅猛发展,越来越多的企业将应用迁移到云端。在这个过程中,容器技术和云原生架构逐渐成为主流选择。

容器的特点

轻量级:与传统虚拟机相比,容器不需要额外的操作系统,因此更加轻量级

快速启动:由于容器共享宿主机的操作系统内核,启动速度非常快。

一致性:容器镜像可以在开发、测试和生产环境中保持一致,减少了环境差异带来的问题。

隔离性:每个容器都是相互隔离的,不会互相影响。但是容器也不是完全隔离隔离程度虚拟机差一点

可移植性:容器可以在任何支持容器技术的平台上运行。

什么是云原生?

云原生(Cloud Native)是一种构建和运行应用程序的方法,充分利用云计算模型的优势,如弹性伸缩、自动化管理和微服务架构等。

云原生的特点

微服务架构:将应用程序拆分成多个小型、独立部署的服务,每个服务都可以独立扩展和维护。

持续集成/持续交付(CI/CD):通过自动化工具实现代码的频繁集成和交付,提高开发效率和质量。

弹性伸缩:根据负载自动调整资源,确保应用的高可用性和性能。

无状态设计:应用的各个部分尽量做到无状态,以便更容易扩展和管理。

API驱动:通过API进行通信,使得系统更加灵活和可扩展。

容器与云原生的关系

容器技术是实现云原生架构的重要工具之一。通过容器,开发者可以更容易地实现微服务架构、持续集成/持续交付(CI/CD)以及弹性伸缩等云原生特性。具体来说:

微服务架构

独立部署:每个微服务可以打包成一个独立的容器镜像,独立部署和扩展。

服务发现:容器编排工具(如Kubernetes)提供了服务发现机制,方便微服务之间的通信。

持续集成/持续交付(CI/CD)

自动化构建:使用容器镜像作为构建单元,可以自动化构建和测试。

自动化部署:通过容器编排工具,可以自动化部署和回滚应用。

弹性伸缩

自动扩展:容器编排工具可以根据负载自动扩展或缩减容器实例,确保应用的高可用性和性能。

资源管理:容器技术可以更细粒度地管理资源,提高资源利用率。

常见的容器技术和工具

Docker:最流行的容器化平台,提供了创建、部署和运行容器的工具。还有container

Kubernetes:开源的容器编排引擎,用于自动化部署、扩展和管理容器化应用。

Helm:Kubernetes的包管理工具,简化了复杂应用的部署。

Prometheus:监控系统,用于收集和查询时间序列数据,特别适用于容器化环境。

Istio:服务网格解决方案,提供了流量管理、安全和监控等功能。

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