一、认识计算机
（一）计算机的定义
计算机（Computer）：俗称电脑，是一种能接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对海量数据进行自动、高速地处理，然后把处理结果输出的现代化智能电子设备
（二）计算机的组成部分
计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两大部分组成
（三）计算机发展历史
| 进化阶段 | 时间段 | 规模 |
|---|---|---|
| 第一代计算机 | 1946-1957 | 电子管时代 |
| 第二代计算机 | 1958-1964 | 晶体管时代 |
| 第三代计算机 | 1965-1970 | 集成电路时代 |
| 第四代计算机 | 1971以后 | 大规模集成电路时代 |
（四）世界上第一台计算机
1946年,世界上第一台计算机ENIAC(electronic numerical integrator and calculator)在美国宾州大学诞生，是美国奥伯丁武器试验场为了满足计算弹道需要而研制成的。使用了17468只电子管，占地170平方米,重达30吨，耗电174千瓦，耗资40多万美元。每秒可进行5000次加法或减法运算
（五）计算机按规模划分
1、巨型计算机
应用于国防尖端技术和现代科学计算中。巨型机的运算速度可达每秒百万亿次以上，“天河一号”为我国首台千万亿次超级计算机
2、大型计算机
具有较高的运算速度，每秒可以执行几千万条指令，而且有较大的存储空间。往往用于科学计算、数据处理或作为网络服务器使用，如：IBM z13 mainframe
3、小型计算机
规模较小、结构简单、运行环境要求较低，一般应用于工业自动控制、测量仪器、医疗设备中的数据采集等方面
4、微型计算机
中央处理器（CPU）采用微处理器芯片，体积小巧轻便，广泛用于商业、服务业、工厂的自动控制、办公自动化以及大众化的信息处理
二、冯·诺依曼体系结构
电子计算机的问世，奠基人是英国科学家艾兰· 图灵（Alan Turing）和美籍匈牙利科学家冯· 诺依曼（John Von· Neumann）。图灵的贡献是建立了图灵机的理论模型，奠定了人工智能的基础。而冯· 诺依曼则是首先提出了计算机体系结构的设想。
由五大部件构成：运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
（一）运算器
运算器是计算机中执行各种算术和逻辑运算操作的部件。运算器的基本操作包括加、减、乘、除四则运算，与、或、非、异或等逻辑操作，以及移位、比较和传送等操作，亦称算术逻辑部件（ALU）。
（二）控制器
控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的”决策机构”，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。
运算器和控制器统称中央处理器，也叫做CPU。中央处理器是电脑的心脏。
（三）存储器
存储器分为内存和外存。
内存是电脑的记忆部件，用于存放电脑运行中的原始数据、中间结果以及指示电脑工作的程序。
内存可以分为随机访问存储器和只读存储器，前者允许数据的读取与写入，磁盘中的程序必须被调入内存后才能运行，中央处理器可直接访问内存，与内存交换数据。电脑断电后，随机访问存储器里的信息就会丢失。后者的信息只能读出，不能随意写入，即使断电也不会丢失。
外存就像笔记本一样，用来存放一些需要长期保存的程序或数据，断电后也不会丢失，容量比较大，但存取速度慢。当电脑要执行外存里的程序，处理外存中的数据时，需要先把外存里的数据读入内存，然后中央处理器才能进行处理。外存储器包括硬盘、光盘和优盘。
（四）输入设备
输入设备是向计算机输入数据和信息的设备。是计算机与用户或其他设备通信的桥梁。输入设备是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。
键盘，鼠标，摄像头，扫描仪等都属于输入设备。
（五）输出设备
输出设备是计算机硬件系统的终端设备，用于接收计算机数据的输出显示、打印、声音、控制外围设备操作等。也是把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表现出来。常见的输出设备有显示器、打印机等。
三、认识服务器
（一）服务器的定义
服务器Server是计算机的一种，是网络中为客户端计算机提供各种服务的高性能的计算机，服务器在网络操作系统的控制下，将与其相连的硬盘、磁带、打印机及昂贵的专用通讯设备提供给网络上的客户站点共享，也能为网络用户提供集中计算、信息发布及数据管理等服务
注意：
- Server/Client：一种角色
- 服务器：对外提供服务
- 客户端：请求别人提供帮助
（二）服务器按应用功能分类
- Web服务器
- Apache
- NginX
- 数据库服务器
- MySQL
- 文件服务器
- FTP
- SMB
- NFS
- 中间件应用服务器
- Tomcat（与Java相关）
- 日志服务器
- ELK
- 监控服务器
- Zabbix
- 程序版本控制服务器
- Git
- SVN
- Maven
- 虚拟机服务器
- KVM
- OpenStack
- Docker
- K8S
- LVS调度器
- HAproxy
- KeepAlived高可用性
- 尽可能避免“单点失败”：运维工程师职责
- 缓存服务器
- “Cache is king 缓存为王”：互联网黄金法则
- Varnish
- MemCache
- Redis
- 分布式文件系统
- Miglefs
- Fastdfs
- DNS 名字解析
- 批量部署管理
- Ansible
- Puppet
- 实现”运维自动化“
（三）服务器按外形分类
塔式服务器、机架式服务器、刀片式服务器
1、塔式Tower服务器
- 早期的服务器形式
- 外形以及结构和平时使用的立式PC差不多
- 机箱空间大，主板扩展性较强，插槽较多
- 预留了足够的内部空间以便日后进行硬盘和电源的冗余扩展。设计一般都考虑降噪
- 目前较少使用
2、机架式Rack服务器
- 按照统一标准设计，配合机柜统一使用
- 便于统计管理，高密度，节省空间
- 机架服务器的宽度为19英寸（48.26cm），高度以U为单位，如42U
- 1U=1.75英寸=44.45毫米，通常有1U，2U，3U，4U，5U，7U几种标准的服务器。机柜的尺寸也是采用通用的工业标准。1U（近似相当于5厘米）
- 现阶段销售数量最多的服务器
- 主流的规格：2U、4U
- 机箱尺寸比较小巧
- 在机柜中可以同时放置多台服务器
3、刀片式Blade服务器
- 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
- 更高的密度，集中管理，高性能，灵活扩展，按需配置
- 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
（二）服务器按照CPU体系架构分类
1、非x86服务器
使用RISC（精简指令集）或EPIC（并行指令代码）处理器，并且主要采用UNIX和其它专用操作系统的服务器，指令系统相对简单，它只要求硬件执行很有限且最常用的那部分执令，CPU主要有Compaq的Alpha、HP的PA-RISC、IBM的Power PC、MIPS的MIPS和SUN的Sparc、Intel研发的EPIC安腾处理器等。这种服务器价格昂贵，体系封闭，但是稳定性好，性能强，主要用在金融、电信等大型企业的核心系统
精简指令集
- 指令长度相同
- 单条指令覆盖80%功能
- 组合多条指令实现20%功能
2、x86服务器
又称CISC（复杂指令集）架构服务器，即通常所讲的PC服务器，它是基于PC机体系结构，使用Intel或其它兼容x86指令集的处理器芯片的服务器。目前主要为intel的Xeon E3，E5，E7系列，价格相对便宜、兼容性好、稳定性较差、安全性不算太高
复杂指令集
- 指令长度不同
- 单条指令实现100%功能
（三）服务器按照CPU个数分类
1颗CPU = 1路
- 4路及4路以上服务器（企业级服务器）
- 2路服务器（部门级服务器）
- 1路服务器（入门级服务器）
四、服务器硬件组成
（一）服务器CPU
1、什么是CPU？
CPU是Central Processing Unit的缩写，即中央处理器。由控制器和运算器构成，是整个计算机系统中最重要的部分
CPU = 运算器 + 控制器
2、服务器CPU公司
- Intel （服务器领域霸主）
- Xeon 至强
- Itanium 安腾
- AMD
- AlthlonMP
- IBM （小型机领域霸主）
- Power
3、服务器CPU性能指标
（1）主频
主频是CPU的时钟频率(CPU Clock Speed)，是CPU运算时的工作的频率（1秒内发生的同步脉冲数）的简称。单位是Hz。一般说来，主频越高，CPU的速度越快，由于内部结构不同，并非所有的时钟频率相同的CPU的性能都一样
主频：CPU自身的处理速度
主频 = 外频 x 倍频
（2）外频
系统总线的工作频率，CPU与外部（主板芯片组）交换数据、指令的工作时钟频率
外频：CPU与主板的通讯速度
超频：超外频
（3）倍频
倍频则是指CPU外频与主频相差的倍数
（4）高速缓存（cache）
高速交换的存储器。CPU缓存分为一级，二级，三级缓存，即L1，L2，L3
高速缓存：将刚刚访问过的数据放在缓冲区，方便CPU的再次访问
（5）内存总线速度(Memory-Bus Speed)
一般等同于CPU的外频，指CPU与二级(L2)高速缓存和内存之间的通信速度
（6）地址总线宽度
决定了CPU可以访问的物理地址空间
4、CPU类型
- x86
- X64（CISC）
- ARM（Acorn RISC Machine）
- m68000, m68k（moto）
- Power（IBM）
- Powerpc（apple,ibm,moto）
- Ultrasparc（Sun）
- Alpha（HP）
- 安腾（compaq）
5、微型计算机CPU的发展历史
（二）服务器主板
主板mainboard、系统板systemboard或母板motherboard，安装在机箱内，是计算机最基本的也是最重要的部件之一
主板一般为矩形电路板，上面安装了组成计算机的主要电路系统，一般有BIOS芯片、I/O控制芯片、键盘和面板控制开关接口、指示灯插接件、扩充插槽、主板及插卡的直流电源供电接插件等元件
（三）服务器内存
1、什么是内存？
内存是介于CPU 和外部存储之间，是CPU 对外部存储中程序与数据进行高速运算时存放程序指令、数据和中间结果的临时场所，它的物理实质就是一组具备数据输入输出和数据存储功能的高速集成电路
内存是CPU能直接寻址的存储空间，由半导体器件制成。
2、内存的特点
内存的特点是存取速度快
计算机中所有程序的运行都是在内存中进行的，因此内存的性能对计算机的影响非常大
3、内存与外存
外存：硬盘，U盘，软盘，光盘
内存和外存的区别：
- 内存断电后数据丢失
- 外存断电后数据可以保存
4、内存容量
该内存的存储容量，单位一般为“MB”或“GB”
5、内存带宽
- 内存带宽是指内存与北桥芯片之间的数据传输率
- 单通道内存节制器一般都是64-bit的，8个二进制位相当于1个字节，换算成字节是64/8=8，再乘以内存的运行频率，如果是DDR内存就要再乘以2
- 计算公式：内存带宽=内存总线频率×数据总线位数/8
| 型号 | 运行频率 | 带宽 |
|---|---|---|
| DDR2 667 | 333MHz | 333×2×64/8=5400MB/s=5.4GB/s |
| DDR2 800 | 400MHz | 400×2×64/8=6400MB/s=6.4GB/s |
6、服务器内存性能指标
（1）在线备用内存技术
- 当主内存或者是扩展内存中的内存出现多位错误时或者出现物理内存故障时，服务器仍继续运行
- 由备用内存接替出现故障内存的工作
- 备用的内存区域必须比其它区域的内存容量要大或相同
（2）内存镜像
- 镜像为系统在出现多位错或内存物理故障时提供数据保护功能，以保证系统仍能正常的运行
- 数据同时写入两个镜像的内存区域
- 从一个区域进行数据的读取
（四）服务器硬盘
1、机械硬盘结构
（1）存储介质（Media）——盘片
盘片的基板是金属或玻璃材质制成，为达到高密度高稳定的质量，基板要求表面光滑平整，不可有任何暇疵
（2）读写头（Read Write Head）——磁头
磁头是硬盘读取数据的关键部件，它的主要作用就是将存储在硬盘盘片上的磁信息转化为电信号向外传输
（3）马达（Spindle Motor & Voice Coil Motor ）
马达上装有一至多片盘片，以7200，10000，15000 RPM等定速旋转，为保持其平衡不可抖动，所以其质量要求严谨，不产生高温躁音
2、硬盘基本参数
（1）容量
容量是硬盘最主要的参数。单位有MB、GB、TB
（2）转速
转速是指硬盘盘片每分钟转动的圈数，单位为rpm。现在硬盘的转速已经达到10000rpm，15000rpm
（3）传输速率
传输速率(Data Transfer Rate) 。硬盘的数据传输率是指硬盘读写数据的速度，单位为兆字节每秒（MB/s）
（4）缓存
硬盘缓存的目的是为了解决系统前后级读写速度不匹配的问题，以提高硬盘的读写速度
3、硬盘接口类型
- IDE接口：硬盘接口规范，采用ATA技术规范
- SCSI接口：应用于小型机上的高速数据传输技术
- SATA接口：Serial ATA，提高传输速率，支持热插拔
- SAS接口：Serial Attached SCSI，兼容SATA
目前主流的硬盘接口为SATA和SAS接口
4、服务器的性能短板
如果CPU有每秒处理1000个服务请求的能力，各种总线的负载能力能达到500个，但网卡只能接受200个请求，而硬盘只能负担150个的话，那这台服务器得处理能力只能是150个请求/秒，有85%的处理器计算能力浪费了
在计算机系统当中，硬盘的读写速率已经成为影响系统性能进一步提高的瓶颈
解决方案：将机械硬盘更换为固态硬盘
5、SSD硬盘
SSD(Solid State Disk)泛指使用NAND Flash组成的固态硬盘。
其特别之处在于没有机械结构，以区块写入和抹除的方式作读写的功能，因此在读写的效率上，非常依赖读写技术上的设计SSD读写存取速度快，性能稳定，防震性高，发热低，耐低温，电耗低，无噪音。因为没有机械部分，所以长时间使用也出现故障几率也较小。
缺点:价格高，容量小，在普通硬盘前毫无性价比优势
（五）阵列卡
1、RAID卡的作用
- 用来实现RAID的建立和重建，检测和修复多位错误，错误磁盘自动检测等功能。RAID芯片使CPU的资源得以释放
- 阵列卡把若干硬盘驱动器按照一定要求组成一个整体、由阵列控制器管理的系统。
- 阵列卡用来提高磁盘子系统的性能及可靠性
2、阵列卡参数
- 支持的RAID级别
- 阵列卡缓存
- 电池保护
（六）服务器电源
- 支持服务器的电力负载
- 支持冗余，防止电源故障
- 故障预警和防止
- 故障之前的预防性维护
- 保证服务器持续运行
- 电源子系统包括
- 智能电源和风扇
- 冗余电源和风扇
（七）显卡
服务器都在主板上集成了显卡，但是显存容量不高，一般为16M或32M
GPU：Graphic Processing Unit，即“图形处理器”
（八）服务器网卡
服务器都在主板上集成了网卡，传输速率为1Gbps，即千兆网卡
特殊应用需要高端网卡，如光纤网卡，Infiniband网卡等，传输速率能达到10Gbps、20Gbps，即万兆网卡
（九）热插拔技术
称为热交换技术（Hot Swap），允许在不关机的状态下更换故障热插拔设备
常见的热插拔设备：硬盘，电源，PCI设备，风扇等
热插拔硬盘技术与RAID技术配合起来，可以使服务器在不关机的状态下恢复故障硬盘上的数据，同时并不影响网络用户对数据的使用
（十）机柜
机架式服务器-服务器放置在机柜中
通常使用的机柜是42U（约2米高）机柜（1U=44.45mm）
（十一）机架及其配件
1、机架式1U 键盘TFT显示器
2、KVM：Keyboard Video Mouse
3、PDU：Power Distribution Unit
五、存储网络
（一）什么是存储？
用于存放数据信息的设备和介质，是计算机系统的外部存储，数据可安全存放，长期驻留
（二）存储的三种形态
1、传统的存储
2、磁盘阵列
3、存储网络
| 存储网络 | 英文全称 | 中文含义 |
|---|---|---|
| DAS | Direct Attached Storage | 直接连接存储 |
| NAS | Network Attached Storage | 网络连接存储 |
| SAN | Storage Area Networks | 存储区域网络 |
（三）DAS
1、定义
直接存储(Direct Attached Storage)。
存储设备与主机的紧密相连
2、特点
- 管理成本较低，实施简单
- 储时直接依附在服务器上，因此存储共享受到限制
- CPU必须同时完成磁盘存取和应用运行的双重任务，所以不利于CPU的指令周期的优化，增加系统负担
（四）NAS
1、定义
网络连接存储(Network Attached Storage)
通过局域网在多个文件服务器之间实现了互联，基于文件的协议（NFS、SMB/CIFS ），实现文件共享
2、特点
- 集中管理数据，从而释放带宽、提高性能
- 可提供跨平台文件共享功能
- 可靠性较差，适用于局域网或较小的网络
（五）SAN
1、定义
存储区域网络(Storage Area Networks，SAN)
利用高速的光纤网络链接服务器与存储设备，基于SCSI，IP，ATM等多种高级协议，实现存储共享
2、特点
- 服务器跟储存装置两者各司其职
- 利用光纤信道来传输数据﹐以达到一个服务器与储存装置之间多对多的高效能、高稳定度的存储环境
- 实施复杂，管理成本高
（六）三种存储网络形态对比
文章归类：[I. Basics] 第1章 Linux初体验
文章标题：[I. Basics] 1.1 计算机基础
作者：林永峰
撰写日期：2018年6月14日
遵循的开源协议：GPL
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