day01计算机基础

计算机三层结构

软件开发流程

运维职责

1.软件724365运行 ==>监控

2.数据备份

3.优化

计算机组成

控制器 运算器 存储器 输入输出设备

cpu

控制和运算

存储器

存储器之内存

1.内存条相当于人脑的记忆功能，只能临时存放数据
2.内存里存放的都是电信号，断电数据则丢失，相当于人脑失去记忆
3.cpu是从内存中取出指令来运行的，运行指令产生的数据也会放入内存中，所以内存又称之为主存，因为程序运行过程中产生的数据都是先存放于内存中

存储器指硬盘

1.硬盘相当于人的本子，可以永久保存数据
2.磁盘里存放的是磁信号，固态硬盘里存放的电子，断电数据都不会丢失，相当于人把事物记录到本子上肯定不会忘记了
3.程序运行过程中产生的数据一定是先存放于内存中的，若想永久保存，必须由内存刷如硬盘

硬盘支架

硬盘接口

1、IDE 早期并口
2、SATA 串口
3、SCSI 小型机专用
4、SAS 串行连接的SCSI

区别

他们的主要区别在于价格、性能、用途以及支持的设备数量上
1、SATA 拥有较低的成本并满足个人用户的需要，
2、SCSI 和 SAS 则提供了更好的性能和更多设备支持，适合在商用环境中使用
3、并且，SAS 是目前唯一同时与 SATA 兼容的协议，可以在同一控制器上运行的两种硬盘类型。

PCI_E

1.M2接口，遵循的就是PCI-e协议，所以你也可以将m2接口称之了pci-e通道之类的接下来就是为源(也就是我们的固态磁盘)按照PCI-e协议定制一种接口，于是诞生了NVMe专为SSD硬盘准备的,NVMe是一种存储协议，专门为利用固态驱动器(SSD)的NAND闪存的性能而设计的。NVMe是在PCI-E的基础上进行设计和实现，

接口组合

硬盘及接口性能
1、硬盘:SSD(固态)>机械硬盘
2、硬盘接口:SAS> SATA
硬盘与接口的组合玩法
0、SSD硬盘+NVMe====》如果是SSD，还是建议用NVMe
1、SSD硬盘+SAS接口=》过去费钱的组合，性能不如0，但高于下述组合
2、SSD硬盘+SATA接口=》对速度要求比较高场景下的常规组合
3、机械硬盘+SAS接口=》对速度没有特殊要求场景下的常规组合
4、机械硬盘+SATA接口=》穷人套餐，对速度要求较低，通常用于企业内部应用

热数据和冷数据

据统计，高并发场景下，用户大量访问的仅仅只是那一小戳数据，比例大致为
25%的数据=》用户经常访问=》热数据
75%的数据=》用户不经常访问-》冷数据
针对这25%的核心数据，如果资金充裕，我们通常放在SSD+SAS盘上，一般常规的做法都是放在：15000转/分机械磁盘+SAS口上，比较经济实惠
其实我们暴露给外部用户的核心的业务都推荐使用：转速是15000转/分的机械磁盘+SAS口
一般内网应用或者数据备份才选择：7200或10000转/分的机械磁盘+SATA口

RAID

RAID技术的本质就是对硬盘做集群，将多块合并成为一块虚拟的大盘，可以带来好处
1、容量的增大
2、读写速度提升
3、防止单点故障

raid0

经过条带化处理，将数据分割成很多份，然后同时并行写入多个硬盘，以提高数据传输的速度。但如果其中一个硬盘发生故障，那么所有的数据都将无法恢复。

raid1

将两个或更多的磁盘镜像成一个单一的数据源，提供完全的冗余。如果其中一个硬盘故障，数据依然可以从其他硬盘上获取。

raid5

至少需要三个硬盘，其中一个硬盘会被用来存放用于数据恢复的校验信息。如果其中一个硬盘故障，数据可以从剩余的硬盘恢复。

raid10

将RAID 0和RAID 1结合起来，既实现数据冗余，也提高了数据传输速度。需要最少四个磁盘，其中任意一个硬盘故障，数据可以从其他硬盘恢复。

制作硬件RAID

raid技术有软件raid与硬件raid之分，考虑到性能，我们通常用硬件raid，这就需要使用raid卡了
有RAID卡后，一般磁盘就会插到RAID卡上，而不是直接插到主板上了

存储容量单位

1DB=1024NB； // DB(DoggaByte)
1NB=1024BB， // NB(NonaByte）
1BB=1024YB； // BB（BrontoByte）
1YB=1024ZB； // 尧字节 (YB，YottaByte)
1ZB=1024EB； // 泽字节(ZB，ZettaByte)
1EB=1024PB； // 艾字节(EB，ExaByte)
1PB=1024TB； // 拍字节(PB，PetaByte)
1TB=1024GB； // 太字节（TB，TeraByte）
1GB=1024MB； // 吉字节（GB，Gigabyte）
1MB=1024KB； // 兆字节（MB，MegaByte）
1KB=1024B // 千字节（KB，KiloByte）
1B=8bit // 字节（B，Byte）
小b：代表一个二进制位
大B：代表一个字节，8个二进制位才构成一个字节，即8b等于1B
市面上卖硬盘的都是按1000计算，号称500G硬盘=5001000B1000KB*1000MB

主板

1、北桥:连接高速设备，cpu、内存等，影响系统性能
2、南桥:连接低速设备，如磁盘、usb接口、音频设备、以及其他pci设备，南桥会产生大量的数据流

PCI插槽

也就是外设组件互连插槽，主要是用来连接各种外部设备和扩展卡的。
下面是一些常见的可以连接到PCI插槽的设备类型：
显卡：用于处理和输出图像到显示器的设备。
声卡：用于处理音频数据的设备。
网络卡：使得电脑可以连接到有线或无线网络的设备。
USB卡：提供额外的USB接口的设备。
硬盘控制器：使得电脑可以连接到IDE或SCSI硬盘的设备。
总的来说，电脑上的PCI插槽提供了一个连接和安装各种不同功能设备的接口，从而拓展电脑的功能和性能。

CMOS:

是一个存储设备，用于存放BIOS配置的内容、系统事件等

CMOS电池:

断电后给主板的CMOS供电

ROM：

“只读内存”存放计算机厂商写死计算机上主板上的一段核心程序=》BIOS

主板芯片组

主板芯片组是主板上最重要的部件，主板的功能主要取决于芯片组。芯片组负责管理CPU和内存、各种总线扩展以及外设的支持

BIOS芯片组

BIOS (basic input output system)芯片(CMOS芯片):负责主板通电后各部件自检，设置，保存，一切正常后才能启动操作系统。记录了电脑最基本的信息，是软件与硬件打交道的最基础的桥梁，没有它电脑就不能工作。

机箱

主板电源

1.服务器双电源模块
2.UPS
3.柴油发电机加油罐

风扇组

服务器分类

1.按尺寸
1U 2U
2.按外形
机架式 刀片式 塔式
3.按品牌
IBM dell
去IOE
小型机(高端定制服务器) 过时感念
云服务器

机房机柜服务器摆放

远程管理卡

服务器采购清单

计算机体系三层结构与优化

三大核心硬件

cpu 内存 硬盘

程序的运行和三大硬件的关系

1、程序最先存放与硬盘中，程序的运行会先把程序相关内容从硬盘读入内存-》称之为程序的加载或启动
2、然cpu从内存中读取指令来运行-》称之为程序的运行过程
所以，
若想加快程序的启动速度，应该换一块好硬盘+接口
若想能同时运行的程序数比较多，应该加内存

三层结构

应用程序
操作系统
计算机硬件(cpu、内存、硬盘)

优化思路

计算密集型软件和io密集型软件

计算密集型

优化cpu

io密集型

优化思路：核心就是围绕IO的优化，尽可能少地减少硬盘IO及网络IO，例如
1、针对读数据操作，能从内存读就不要从硬盘读，能从本地硬盘读就不要从网络读，永远就近访问
2、针对写数据操作，先在内存中攒一大波数据，然后再一次性刷入硬盘

四个层次优化

1、硬件优化
2、操作系统内核优化
3、应用程序优化
4、网络优化

buffer与cache

大家都说linux系统效率高，到底高在哪里呢?其中一个方面就是buffer与cache的设计
linux系统觉得我们日常内存都不会用满，所以它自作主张，会从free内存中借走一部分内存
这些借走的内存一部分用作buffer、一部分用作cache
buffer称之为缓冲区:linux系统会将要写入硬的数据先缓冲到buffer，然后一次性刷入硬盘，以此减少io次数
cache称之为高速缓存:linux系统会将硬盘读入内存的数据缓存到cache里，下次读的时候直接从cache取即可
cache空间可以随便清理，而buffer空间在清理之前最好先执行刷新命令

笔记

一 引入
什么是计算机？为何要有计算机？《模仿游戏》
计算机诞生的目的就是为了取代人力
说到底，计算机就是人类的奴隶

	银行行长------------------------------柜台人员
				  接收用户输入的账号
				  接收用户输入的密码
				  判断 输入的账号 等于 正确的账号 并且 输入的密码 等于 正确的密码:
					 告诉用户登录成功
				  否则：
					 告诉用户登录失败
				  

	程序员------------------------------计算机
				  用编程语言把上述步骤翻译下来
				  

	
什么是编程语言？
	
	人-------------人类的语言---------------人
	人-------------编程语言---------------计算机
	
	
	
什么是编程?
	1、把想让计算机做事的步骤想清楚
	2、用一种计算机能听懂的语言（编程语言）把做事的步骤翻译下来
	
为何要编程？
	为了让计算机取代人力
	
什么是程序？
	程序就是一堆代码文件
	
	
ps：
	计算机硬件就是一堆废铁，计算机的运行全都受程序控制
	可以说程序是计算机硬件的灵魂
	硬件的以外的都叫软件
	
软件可以分为两大类
	1、操作系统：就是一个协调、管理、控制计算机硬件资源与应用软件资源的一个控制程序
	2、应用软件
	
	
	
计算机体系的三层结构
	
	应用程序
	操作系统（linux、windows，mac）
	硬件

上节课复习：
1、软件的开发流程
需求分析阶段：
1、PM产品经理：调研市场，需求分析，原型草图
2、PM召集所有相关技术人员开需求分析会：n次=》需求明确

	项目开发阶段：
		1、项目设计：
			UE与PM产品经理=》交互原型图
			UI根据原型图-》设计图
			FE=》前端设计
			RD=》后端技术设计
			QA=》测试用例设计
			OP=》运维架构设计

		2、项目开发
			前后端分头开发
			合并

	项目测试
		1、开发人员进行code review=》过一遍代码，审查一下
		2、开发人员自测=》改bug
		3、QA专业测试=》改bug

	项目上线：
		1、运维人员编写上线方案
		2、测试

	环境
		测试
		staging
		线上

2、服务的分类
	1、尺寸：1u=4.45cm
	2、外形：
		机架
		刀片：集群
		塔式

		小型机：高端定制

		ps：云主机
			阿里云
			腾讯云
			青云
			ucloud

一 计算机的硬件组成
计算机（电脑）====》人

大前提：计算机的所有组成都是模仿人的某一器官或者功能去设计的


五大组成部分：
	控制器：是计算机的指挥系统，负责控制所有其他硬件的运行-------------》大脑
	运算器：负责数学运算与逻辑运算---------------------------------》大脑
		控制器+运算器=》cpu中央处理器   

	存储器：存取数据
		内存：比如内存条----------------------------------------》大脑的记忆功能
			基于电存取数据，断电数据全部丢失
			用于临时保存数据，存取速度都快
		外存：比如磁盘------------------------------------------》本子
			基于磁存取数据，断电数据仍然存在
			用于永久保存数据，存取速度都慢
	输入设备
		键盘、鼠标
	输出设备
		显示器、打印机


总结1：
	人-------程序---------》计算机硬件
	人-------程序---------》cpu------》计算机其他硬件


总结2：程序的运行与计算机三大核心硬件cpu、内存、硬件的关系
	程序最先是存放于硬盘中的
	程序的运行需要先经历加载的过程：程序的代码/数据从硬盘读入内存
	然后cpu再从内存中读取指令来运行

	ps：
		安装软件都装到硬盘里，软件的运行都是把数据加载到内存中了
		所以说计算机硬盘的大小决定了能够安装的软件数目
		而计算机内存的大小决定了计算机能够同时运行的软件数目

二 cpu详解

取指----》解码(内存中读取的指令转换为cpu指令)----》运行

寄存器=》与cpu一样的材质制成，速度非常快，无延迟

cpu 32位-》只能运行32位的软件
cpu 64位-》既能运行32位的软件又能运行64位的软件

cpu具有向下兼容性


x86=》复杂指令集


x86-64（*****）

摩尔定律：18个月


cpu：2核4线程（****）

2核-》2个cpu核心

每个核内部有两条流水线=》2核有4条流水线

三 存储器详解
寄存器-》L1
高速缓存-》L2
内存
RAM=》可读可写内存
ROM=》只读内存，存取速度与内存一样，只能用于读，断电数据不丢失

	内存中存放都是cpu要运行的程序
	RAM=》qq、暴风影音、微信、爱奇艺视频
	ROM=》BIOS（Basic Input Output System基本的输入输出操作系统）



cpu                  cpu

ROM（BIOS系统）       RAM（windows系统）

CMOS(配置)           硬盘（windows系统）


硬盘
	机械硬盘
	固态硬盘

上节课复习：
1、计算机的分类
个人pc：
台式机
笔记本：断电后有电池续命

	服务器：最好一直开机运行着，不要宕机
		注意：对硬件的损耗巨大，极容易损坏，要做好硬件监控，防患于未然
		
		服务器的服务类：
			尺寸：1u、2u、4u
			外型：
				机架式
				刀片
				塔式
				云主机
				
				小型机=》高端定制（过时）
				
				
			品牌：dell、惠普、IBM
		
	计算机组成：
		cpu（控制器+运算器）
		存储器：
			内存：
				内存条：存取速度都快，断电数据丢失
			外存：
				机械磁盘：存取速度都慢，断电数据不丢失
				
		输入设备
		输出设备
			
			
		三大核心硬件：
			cpu
			内存
			硬盘
			
	
		linux系统会把内存分为两种区域：
			buffer：缓冲区，攒一大波数据，再刷入硬盘
			cache：缓存，把硬盘的数据在内存中缓存好，cpu取的时候可以直接从内存取
	
	
		ps：
			1、x86-64
			2、2核4线程 物理层面2核，假的4核
				真4核>2核4线程>纯2核
	
	内核态与用户态：
		内核态——>操作系统正在控制硬件
		用户态-->应用程序正在运行
		


	cpu			              cpu
	ROM=>BIOS				  内存：windows
	CMOS=>存储BIOS配置数据     硬盘

今日内容
一：硬盘
机械磁盘
磁道
扇区：
硬盘的最小读写单位是一个扇区=》512Bytes
操作系统读写的最小单位是一个block块->8扇区的大小->4k
柱面
分区指的就是从一个柱面开始到另外一个柱面结束，中间所包含的所有盘片所对应的磁盘

	ps：
		buffer缓冲区-》大卡车
		操作系统的block块-》收纳箱
		硬盘的扇区-------->单个快递盒子
		
		大卡车里存放了n个收纳箱，每个收纳箱子里存放了8个快递盒子
		
		
		
	7200转/分
	
	120转/s
	
	转一圈花费的时间：0.008s
			平均延迟时间：转半圈花费的时间4ms
			平均寻道时间：5ms
	
	
	
固态硬盘：
	依赖电子存取数据

	
虚拟内存：swap分区

二：计算机启动过程
1、计算机加电
2、启动BIOS（计算机启动一定会先启动bios系统），扫描启动设备，从某一个启动设备中找到操作系统
3、读取启动设备的第一个扇区的大小（称之为主引导记录mbr）
446 bootloader=》grub程序
64分区信息
2结束标志位
4、grub程序负责将操作系统内核装载入内存，启动操作系统
5、操作系统会让BIOS去检测驱动程序

三：
网线：
橙白
橙
绿白
蓝
蓝白
绿
棕白
棕

千兆网卡-》双绞线
万兆网卡-》光纤

上节课复习：
1、硬盘本身的分类
机械磁盘
io时间=平均寻道时间+平均延迟时间

		buffer=》写缓冲区
		cache=》读缓存
	
		虚拟内存swap
	
	固态硬盘

	
内核态与用户态

一：硬盘接口
IDE并口
SATA串口
SCSI
SAS（SATA+SCSI）
光纤通道

SSD+SAS====》土豪
SSD+SATA===============》常规，对速度有特殊要求
机械磁盘+SAS===========》常规，比较核心业务使用，对速度要求常规
机械磁盘+SATA===》内部服务


多块硬盘要连接到RAID卡（阵列卡）上
然后制作raid

raid0
	至少1块盘

	容量：n块盘合在一起的总容量
	性能：理论上是n块盘合在一起的读写速度，实际上是要略低一些
	冗余性：不允许坏任何一块盘
	场合：追求读写性能，但是对数据安全性没有啥要求，例如集群服务器
	
	特点：追求速度，不考虑数据安全

raid1
	只能2块盘
	
	容量：1块盘的容量
	性能：几乎就是一块盘的读写速度
	冗余性：可以坏一块盘，另外一块盘有完整的数据
	场合：对数据安全性有要求，对速度读写速度没有特殊要求，例如服务器的系统盘
	
	
	特点：追求数据安全，不考虑速度
	

raid5（介于raid0与raid1之间，是一种折中的方案）
	至少3快盘，两两之间做奇偶校验-》异或运算，相同结果为0，不同结果为1


	容量：废掉1块盘的容量，等量盘的情况下，容量低于raid0
	性能：读写速度低于raid0，高于raid1
	冗余性：可以坏一块盘，其余两块盘可以通过奇偶校验推导出坏盘的数据
	场合：一般的场合都可以使用
	
raid10
	至少有4块盘

	raid1和raid0的整合的产物，兼顾了raid1的数据安全性与raid0的性能，但是成本大幅度提升
	通常用于数据库服务器



优化的基本原则
	1、针对读操作，数据能从内存取就不要从硬盘
	2、针对写操作，在内存中攒一波再写入硬盘

raid=》"硬盘的集群"

计算机体系三层结构及优化
操作系统的发展史
无操作系统 针孔卡片
批处理系统=》分时操作系统(多人通过连接设备连接到主机)=》unix=》linux