Linux硬件基础
一、计算机的相关介绍
现在的人们几乎无时无刻都在使用电脑！而且已经离不开电脑了。像桌上的台式电脑(桌机)、笔记本电脑(笔电)、平板电脑、智能手机等等，这些东西都算是电脑。
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台式机 电脑
台式机电脑主要分为主机和显示器两个部分，一般用于家庭娱乐、日常办公，例如：听音乐、打游戏、看电影、做图表等。优点是可以配置独立显卡、声卡、显示器等设备，因此配置会更高一些，使用时更为的方便。缺点是设备体积和重量太大，占地方且移动不方便
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笔记本电脑
笔记本电脑以其简便、小巧、携带方便等优点被更多人选择使用，早期多用于办公，现在已经逐步走进千家万户，成为国内计算机用户的主流选择、和早期不同的是，现在笔记本电脑的部件参数配置也可以很高，并且价格已经下降到普通用户可以接受的程度了。
硬件是组成计算机的物理实体，它提供了计算机工作的物质基础，人通过硬件向计算机系统发布命令、输入数据，并得到计算机的响应，计算机内部也必须通过硬件来完成数据存储、计算及传输等各项任务。
无论是哪一种计算机和服务器，一个完整的硬件系统从功能角度必须包括运算器、控制器、存储器、输入/输出设备5个核心部分，每个功能部件各尽其职、协调工作。根据计算机的特点，我们通常将硬件分为主机和外部设备两部分。
计算机主机内部结构如下图所示：
计算机的硬件组成部件如下图所示：
计算机工作原理图如下：
图-计算机硬件基本组成图示
1.主机、外部设备
2.主机：CPU存储设备 光驱 内存 显卡 主板 电源
3.外部设备： 键盘 鼠标 摄像头 扫描仪 打印机 显示器 音响
4.计算机工作原理
计算机原理由冯·诺依曼（Von Neumann）与莫尔小组于1943年—1946年提出。在人类科技史上还没有一种科学可以与计算机的发展之快相提并论。计算机原理适用于科学计算、信息管理等领域。
计算机的工作过程是将现实世界中的各种信息转换成计算机能够理解的二进制代码（信息编码），然后保存在计算机的存储器（数据存储）中，再由运算器对数据进行处理（数据计算）。在数据存储和计算过程中，需要通过线路将数据从一个部件传输到另外一个部件（数据传输）。数据处理完成后，再将数据转换成人类能够理解的信息形式（数据解码）。在以上工作过程中，信息如何编码和解码，数据存储在什么位置，数据如何进行计算等，都由计算机能够识别的机器指令（指令系统）控制和管理。
二、运维的核心职责
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企业数据安全（不丢失、不泄露）
企业数据是每个现代IT企业的生命线，作为linux运维人员，不但不能丢失任何数据，同时，也不能泄露公司的任何有用数据给外部人员。
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业务7*24 小时运行，不宕机
互联网企业甚至传统企业（例如：银行和电信），除了数据安全外，还需要业务有持续运行的能力，这对linux运维人员来说，增加了更高的要求。
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企业业务服务效率高（用户体验好）
企业一切工作的最终目的都是给用户提供高效、舒心的服务，如果网站打开很慢，用户的使用体验就会很差，这样的企业是没有任何生命力的。因此，linux运维人员需要不断的优化网站业务，让用户能够高效的访问网站，这是决定linux运维人员是否能拿高薪的必备条件。
三、运维的平时工作内容
1.日常服务器的维护，紧急故障的处理
2. 代码上线，gitlab + jenkins，shell脚本
3.项目：备份，迁移，升级，rsync
4.日常服务器监控，zabbix
5.梳理总结文档，画图
6.领导的其他事情
四、服务器的相关介绍
又称伺服器，提供计算和存储的服务，功能搭建网站所使用的。服务器的构成和通用的计算机结构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。
简单来讲：服务器就是一台特殊的电脑，它的配置更高，设备更贵更好，主要用在企业的后台为用户提供各种业务服务。
在网络情况下，备份服务器，数据库库服务器，前端服务器，文件服务器。
服务器的功能：搭建网站（互联网企业常见应用）等应用服务所使用的机器，相对于其他台式机或笔记本电脑来说，他更加的稳定和可靠。其硬件有7*24小时持续运行的能力。
图-互联网主流服务器外观
1.服务器的尺寸
所使用的笔记本电脑的显示器可以按照屏幕大小分为14英寸、15.6英寸等，同样，服务器也是有尺寸的，这个尺寸一般用来描述服务器的高度，即U（unit）。
根据高度来计算的，单位u（unit）,1u=4.445cm=1.75英寸
常用服务器的大小： 1u 、2u 、4u等
2.服务器的分类
- 机架式服务器
机架式服务器的外形看来不像计算机，而像"抽屉"（如下图所示），有1U、2U、4U等规格。机架式服务器一般安装在标准的19英寸机柜里面。这种类型是我们工作中使用最多的服务器类型。
图-机架式服务器
- 刀片式服务器
刀片式服务器的外观类似一个箱子里摆放整齐的书（如下图所示）。
刀片式服务器是指在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元，实现高可用和高密度。每一块"刀片"实际上就是一块系统主板。它们可以通过"板载"硬盘启动自己的操作系统，如Windows NT/2000、Linux等，类似于一个个独立的服务器，在这种模式下，每一块母板独立运行自己的系统，服务于指定的不同用户群，相互之间没有关联，因此相较于机架式服务器和机柜式服务器，单片母板的性能较低。不过，管理员可以使用系统软件将这些母板集合成一个服务器集群。在集群模式下，所有的母板可以连接起来提供高速的网络环境，并同时共享资源，为相同的用户群服务。在集群中插入新的"刀片"，就可以提高整体性能。而由于每块"刀片"都是热插拔的，所以，系统可以轻松地进行替换，并且将维护时间减少到最小。
刀片式服务器如下图所示：
- 塔式服务器
塔式服务器（Tower Server）应该是最容易理解的一种服务器结构类型。因为它的外形以及结构都跟立式PC差不多（如下图所示），当然，由于服务器的主板扩展性较强、插槽也多出一堆，所以个头比普通主板大一些，因此塔式服务器的主机机箱也比标准的ATX机箱要大，一般都会预留足够的内部空间以便日后进行硬盘和电源的冗余扩展。但这种类型服务器也有不少局限性，比如，在需要采用多台服务器同时工作，以满足较高的服务器应用需求时，由于其个体比较大，占用空间多，也不方便管理，便显得很不适合使用。
塔式服务器如下图所示：
3.服务器的常见品牌
- DELL（戴尔） 互联网公司应用最广
- HP惠普 部分互联网公司在用
- IBM 较高大上的服务器，有些传统企业在用，百度也在用。
- 浪潮 国产，传统企业、学校用，总部在山东济南
- 联想 国产，部分企业在用。
- 航天联志 国产，部分企业在用。
- 华为 国产，部分企业在用。
4.云服务器
云服务器(Elastic Compute Service, ECS)是一种简单高效、安全可靠、处理能力可弹性伸缩的计算服务。其管理方式比物理服务器更简单高效。用户无需提前购买硬件，即可迅速创建或释放任意多台云服务器。
简单理解就是：根据用户的需求，进行按量分配。
互联网公司常用的云服务器的品牌如下：
- 阿里云 适合人群：较广泛。
- 腾讯云 适合人群：游戏客户、开发者、APP用户等。
- 西部数码 适合人群：中小企业或个人用户，无需特别懂技术。
- AWS亚马逊 国外品牌
- 百度云、金山云、华为云、天翼云、ucloud、世纪互联、网宿科技、35互联、华夏名网等众多品牌。
5.服务器的常见型号
dell服务器：
| 主流应用时间段 | 1U的主流型号 | 2U的主流型号 |
|---|---|---|
| 2010年以前 | 1850、1950 | 2850、2950 |
| 2010-2013年 | R410、R610 | R710 |
| 2014-2016年 | R420、R430、R620、R630 | R720、R730 |
| 新产品 | R6415 | R740/R740xd/R7425 |
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销售：看服务器到官网，买服务器找销售。
部分产品图片
- Dell R720
加上盖子。
- Dell R6415
- Dell R740
- Dell R7425
Dell服务器部分型号的含义：
例：R720
R 代表的是机架式服务器
（T=塔式，M=刀片式）
7 代表路数，1-3是单路，4-7是双路，8可以说是双路也可以是四路，9是四路
2 代表是服务器的代数，0是十代，2代表第十二代。依次类推
0 代表CPU的品牌，0=Intel ,5=AMD
IBM服务器
| 1U服务器 | 3550/m3 3550/m5 |
|---|---|
| 2U服务器 | 3650 |
| 4U服务器 | 3850 |
| 8U服务器 | 3950 |
IBM服务器质量好，但价格贵，互联网公司不太常用，仅作了解即可
6. 服务器核心部件介绍
服务器的内部结构和台式机电脑大同小异，基本零部件和台式电脑一样，例如有CPU处理器、内存、磁盘。所不同的是，服务器可以容纳的CPU处理器数量更多，风扇也更多，可插拔的硬盘数量也可以多很多。下图为服务器的内部结构：
图-服务器内部结构
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电源
电源相当于人体的心脏，保障服务器的电力供应，如果要买服务器，请选择质量好的电源。
服务器电源就是指使用在服务器上的电源（POWER），它和PC（个人电脑）电源一样，都是一种开关电源。
服务器电源按照标准可以分为ATX电源和SSI电源两种。ATX电源使用较为普遍，主要用于台式机、工作站和低端服务器；而SSI电源是随着服务器技术的发展而产生的，适用于各种档次的服务器。
在生产环境当中，若是单个服务器核心业务，最好使用双电源，分别接机房A、B线路。如果集群（一堆机器做一件事）的情况下可以不使用双电源。除此之外，运维工作就不用过多考虑电源的其他问题了。
典型的电源图片如下图：
- CPU处理器
CPU处理器相当于人体的大脑，负责整个计算机的运算和控制，是服务器性能效率的最核心部件。（如下图所示）
图-服务器CPU外形示例**
CPU常见的种类分为精简指令集和复杂指令集两类：
精简指令集的CPU设计代表有Sun公司的Sparc系列和ARM系列等，这类CPU的设计特点是指令集精简，每个指令执行的时间很短，操作简单、效率高。
复杂指令集的设计代表有大家熟知的Intel志强系列（XEON）（应用广泛）和AMD系列（应用不多）等。这类CPU的设计特点是指令数量多，指令集复杂且执行的时间较长，但可以处理的事物更多、更丰富。目前我们所用的电脑和服务器都是使用这类的CPU。
Intel、AMD被称为x86架构的CPU，主要用于PC或Dell等常见品牌的系列服务器上。
服务器CPU的颗数，我们称为路数。例：Dell-R630双路1U服务器、Dell-R720双路2U服务器、Dell-R830四路2U服务器。
CPU一般通过频率（GHz）表示性能的好坏，频率越高速度越快，简单来说，CPU频率就是用来表示CPU每秒钟工作次数的，例如我用的电脑CPU是如下图所示：
企业级常见物理服务器配置：
一般企业里的服务器，CPU个（颗）数为2-4颗，单个（颗）CPU是四核，内存总量一般是16G-256G（32G，64G较常见）。
做虚拟化的宿主机（例如：应用虚拟化软件（VMware）、KVM的主机），CPU颗数可达4-8颗，内存总量一般是48G-128G，常规企业可以同时启动6-10个虚拟机，甚至更多，主要是根据业务需求决定虚拟机的配置大小的。
由于CPU长时间运行会发热，因此需要降温的设备，即CPU风扇或散热片（如下图所示），散热片主要是金属铜或者铝制的，目的就是将热量快速传导出去。
图-服务器CPU风扇
在企业级系统运维中，选择CPU硬件配置，以及监测和优化服务器系统CPU性能是运维人员的常见工作之一。CPU的优化是一个复杂的工作，需要长期的实践和反复观察。
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内存
内存（RAM）（如图所示）是服务器中的一个临时存储器，它只负责数据的中转而不能永久保存。若断电，则数据就会丢失。
作用：内存是CPU和磁盘之间的缓冲设备，一般程序运行的时候会被调度到内存中执行，服务器关闭或程序关闭之后，数据自动从内存中释放掉。
特点：内存的容量和处理速度直接决定了电脑数据传输的快慢。内存和CPU、硬盘一起并称为电脑的三大件。
图-内存条
程序、进程和守护进程的基本概念：
程序： c/php/java，代码文件，放在磁盘中的数据。
进程： 正在运行的各类程序，进程运行就是把程序放在内存里执行。
守护进程（daemon）： 持续保持运行着的程序。
五、企业案例：提升用户体验的网站解决方案
1.门户（大网站
）极端案例：大并发写入案例（例如：过年抢红包、淘宝的双十一、电商的促销活动）
首先会把用户的数据先写到内存，积累一定的量后，然后再定时或者定量的写入到磁盘（减轻磁盘的压力，减少磁盘I/O （Input/Output））中，最终还是会把数据加载到内存中再对外提供访问。目的还是减轻对磁盘的访问压力，相关流程图如下：
图-高并发企业业务写入流程图
- 这种状况的特点如下：
优点是写数据到内存时，性能高、速度快。
缺点是可能会丢失一部分在内存中还没有来得及存入到磁盘的数据。
- 解决数据不丢的方法：
①.在服务器主板上安装蓄电池，在断电后宕机前的瞬间把内存中的数据写回到磁盘。
②.使用UPS电池组不间断供电（持续供电10分钟，IDC数据中心机房-UPS 1小时）。 UPS（Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply），即不间断电源，是将蓄电池（多为铅酸免维护蓄电池）与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备。可以把它理解为充电宝。
③.选有双路电的机房，使用双电源、分别接不同路的电，以及将服务器放到不同的机柜，将企业的业务放置到不同的地区（异地）。
④.柴油发电机+油罐，一般机房会和附近的加油站签订紧急供油协议。
1.中小企业案例
对于并发访问（可以理解为同时访问数量）不是很大、数据量也不是特别大的网站，若是读多写少的业务，会先把数据写入到磁盘，然后再通过程序把写到磁盘的数据读入到内存里，再通过内存对外提供访问服务（如图所示）。绝大多数企业的业务逻辑中读请求（例如：浏览页面）是高于写请求（例如：写文章、发朋友圈）的。
图-中小企业访问量低的读写流程示意图
- 注意：由于99%的网站以及企业都是以读取为主，写入为辅的，读写比例一般可能大于10:1，所以并发写入一般都不是大问题。这里提到的把数据写入到内存，一般是由Memcache或Redis等高效的内存级别软件来实现的，各类关系型数据库一般也都有读写缓存的功能。
2.小结
看企业的具体的需求，然后选择对应的方案。
企业linux面试题：计算机操作系统中的buffer与cache有什么区别？
对于新手，可以参考如下说明来理解或解答。
①.缓冲区（buffer）
将数据写入到内存中，这个存放数据的内存空间在linux系统中一般被称为缓冲区（buffer），例如：写入到内存缓冲区，即写缓冲。
为了提高写操作性能，数据在写入最终介质或下一层级介质前，会合并放在缓冲区中。这样会增加数据持久写的延时，因为第一次写入缓冲区后，在向下写入数据之前，还要等待后续的写入，以便凑够数据或者定时写入到永久存储介质中。
②.缓存区（cache）
从内存里读取数据，这个存放数据的内存空间在linux系统中一般被称为缓存区（cache），例如：从内存读取，即读缓存。
操作系统用缓存来提高文件系统的读性能和内存分配性能，应用程序使用缓存也是为了提升读的访问效率。将经常访问的操作结果保存在缓存中可备随时使用，从而避免了总是执行读磁盘取数据等的一些操作，从而减轻了磁盘的压力。
图-缓冲与缓存对比
- 小提示：缓存无处不在，无论是电脑硬件、操作系统，还是企业网站集群及其他业务系统