鲲鹏智能计算导论 课件 第4章 鲲鹏openEuler操作系统

第4章

鲲鹏openEuler操作系统鲲鹏智能计算导论4.1鲲鹏软件生态4.2操作系统与openEuler4.3openEuler基础操作学习要点4.1.1 ARM服务器与授权体系复杂指令集计算机早期的CPU全部是CISC体系结构，其设计目的是用最少的机器语言指令来完成所需的计算任务。这种结构会提高CPU的复杂性和对CPU工艺的要求，但对于编译器的开发十分有利。精简指令集计算机RISC体系结构要求软件来指定各个操作步骤。这种架构可以降低CPU的复杂性，同时允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU，但对于编译器的设计有更高要求。对比项复杂指令集计算机精简指令集计算机指令系统复杂精简存储器操作控制指令多控制简单程序编程效率高需要大内存空间，不易设计CPU芯片电路功能强、面积大、能耗高面积小、能耗低设计周期长短应用范围通用机专用机4.1.1 ARM服务器与授权体系ARM架构能支持16位、32位、64位多种指令集，能很好地兼容从IoT、终端到云端的各类应用场景采用精简指令集的ARM架构，有着占用芯片面积小、能耗低、集成度更高的特点ARM架构的指令集还具有指令长度固定，寻址方式灵活、简单，执行效率高的特点ARM架构的CPU核数通常较多，具备更好的并发性能对于复杂运算，RISC需要通过多条指令组合完成，因此这类应用的处理效率偏低，从而导致应用生态与CISC架构有着一定的差距。4.1.1 ARM服务器与授权体系ARM包含3种含义：一家公司、一种技术和一类微处理器。ARM公司授权体系包括架构/指令集授权、处理器授权和处理器优化包（ProcessorOptimizationPack，POP）授权。其中，架构/指令集授权可以使用户按照所授权的架构和指令集（如ARMv8）自行编写代码、设计芯片。ARM目前在全球拥有大约1000个授权合作、320家伙伴，但是购买架构/指令集授权的厂家不超过20家，我国华为、飞腾和华芯通（高通）获得了架构/指令集授权。华为的鲲鹏处理器就是基于ARM架构设计并制造的。目前，使用ARM架构生产的芯片有鲲鹏920等。使用ARM处理器的服务器称为ARM服务器，目前华为主要的ARM服务器有TaiShan200服务器。4.1.2 鲲鹏通用计算平台软件生态在鲲鹏开源基础软件中，openEuler操作系统吸引全球开源贡献者共同构建一个创新、有活力的操作系统平台，为其他应用提供高效、稳定的操作系统环境。openGauss数据库采用木兰宽松许可证v2发行，深度融合华为在数据库领域多年的经验，结合企业级场景需求，持续构建领域内的竞争力特性。openGauss数据库具有以下特点。高性能高安全全开放易运维openLooKeng数据虚拟化引擎提供统一SQL接口，具备跨云数据源/数据中心分析能力，以及面向交互式、批、流等融合查询能力。openLooKeng数据虚拟化引擎增强了前置调度、跨源索引、动态过滤、跨源协同、水平拓展等能力，具有以下重要特点。极简的数据分析体验灵活、易扩展高可靠性4.1.2 鲲鹏通用计算平台软件生态大数据场景在大数据场景中，鲲鹏多核高并发架构能够有效匹配大数据负载应用特征，提高大数据应用任务并发度，以获得更好的处理性能。分布式存储场景ARM原生场景数据库场景云平台在分布式存储场景中，鲲鹏多核高并发架构天然适配分布式存储软件，通过将软件管理平面与数据平面分别绑定至足够多的CPU核心上，能够避免相互干扰，使资源匹配更精准、合理，提供高效的存算分离服务。在ARM原生场景中，目前移动端超过90%的应用基于ARM架构原生开发，鲲鹏处理器具备端云同构优势，与原生应用100%兼容，可提供更高的上云效率。在数据库场景中，通过软硬件协同优化提升效率。例如，应用RoCE和NUMA技术缩短CPU访问外部网络与内存的路径，通过多核调度算法管理高并发访问时CPU内核之间的协同问题，提升系统性能。在云平台方面，结合鲲鹏多核结构特点，在虚拟化层面通过对多核调度进行优化，大幅降低虚拟化软件的CPU访问时延，降低业务对CPU的占用率，从而提升云服务整体性能。4.1鲲鹏软件生态4.2操作系统与openEuler4.3openEuler基础操作学习要点4.2.1 操作系统的基本概念操作系统的发展历程手动操作系统通过手动的方式，管理硬件与程序之间的交互。准确地说，这个阶段没有具体的操作系统的概念，数据存放在纸带或者卡片上，并且程序执行是串行的，一个程序执行完成后，才能执行下一个程序。批处理操作系统多道程序操作系统分时操作系统实时操作系统在“批处理操作系统时代”，机器不是通过程序员去操作的，而是由操作员对任务进行组合，形成一个执行序列，再交给计算机进行批量处理，这种方式称为联机批处理。但是在程序I/O过程中，CPU处于停滞等待状态，并没有很好地利用计算能力，因此为了提高CPU利用率，就产生了脱机批处理。随着集成电路的诞生，硬件性能进一步提升，诞生了多道程序操作系统，即将多个独立作业同时加载到内存中，操作系统能根据一定的规则，调度这些作业在CPU上交替运行，以共享计算机资源。分时操作系统的核心思想是对CPU时间进行分割，分割后轮流交给应用程序使用，也就是说每个程序能够分配到一定的时间片，因为CPU计算很快且分割的时间很短，所以给用户的体验像独占了计算机资源一样。实时操作系统是能保证在一定时限内，完成特定功能的操作系统。实时操作系统可以满足一些实时性要求高的场景，如军事、航空、航天、高铁等领域。4.2.1 操作系统的基本概念操作系统的功能CPU管理内存管理设备管理文件管理用户接口12345CPU调度中断响应及管理作业恢复物理内存地址的分配与回收内存限制虚拟地址映射加速地址转换设备分配设备控制I/O缓冲区管理文件目录管理文件存储空间管理文件的读写命令接口API4.2.2 openEuler操作系统openEuler的前身是运行在华为通用服务器上的操作系统EulerOS。EulerOS是一款基于Linux内核（目前是基于Linux4.19的内核）的开源操作系统，支持x86和ARM等多种处理器架构。为推动EulerOS和鲲鹏生态的持续快速发展、繁荣国内和全球的计算产业，目前，EulerOS已被正式推送至开源社区，更名为openEuler。openEuler也是一个创新平台，鼓励任何人在该平台上提出新想法、开拓新思路、实践新方案。openEuler的产生创新版本LTS是openEuler的稳定版，主要用于企业等对业务稳定性要求高的服务器，如openEulerLTS20.03，通常每两年发布一个新版本。创新版本的内容较新，主要支撑Linux爱好者技术创新，如openEuler20.09，通常每半年发布一个新版本；长期支持（LTS）版本4.2.3 openEuler与鲲鹏处理器openEuler作为一种通用服务器操作系统，具有通用系统架构，其中包括内存管理子系统、进程管理子系统、进程调度子系统、进程间通信（InterprocessCommunication，IPC）、文件系统、网络子系统、设备管理子系统和虚拟化与容器子系统等。openEuler为充分发挥鲲鹏处理器的优势，在以下5个方面进行了增强。多核调度技术软硬件协同轻量级虚拟化指令级优化智能优化引擎12345openEuler已在内核中支持免锁优化、结构体细化、增强并发度、NUMA-AwareforI/O等特性，以增强内核层面的并发度，提升整体系统性能。提供了KAE插件，支撑鲲鹏硬件加速能力，通过和OpenSSL相结合，在业务零修改的情况下，显著提升了加/解密性能。iSulad轻量级容器全场景解决方案提供从云到端的容器管理能力，同时集成Kata开源方案，显著提升了容器隔离性。优化了OpenJDK内存回收、函数内联（Inline）化和弱内存序指令增强等方法，提升了运行时性能，还优化了GNU编译器（GCC），使代码在编译时能充分利用处理器流水线。增加了操作系统配置参数智能优化引擎A-tune。A-tune能动态识别业务场景，智能匹配对应系统模型，使应用运行在最佳系统配置下，提升业务性能。4.1鲲鹏软件生态4.2操作系统与openEuler4.3openEuler基础操作学习要点4.3.1 openEuler安装流程介绍准备安装环境01OPTIONopenEuler支持ARM架构和x86架构计算平台安装，但这两个平台的安装文件不相同。因此，需要针对不同安装环境下载相应的安装文件。可以从openEuler社区获取安装文件。选择安装方式02OPTIONopenEuler的安装方式和其他操作系统一样，支持各种类型的安装方式。通常在少量安装时，可采用U盘、光盘或虚拟光驱的方式安装；在批量安装时，可采用预启动执行环境（PrebootExecutionEnvironment，PXE）引导的方式安装。配置系统设置03OPTIONopenEuler在安装时需要配置系统设置参数，如安装语言、安装位置、软件安装版本、主机名、网络配置等（详细配置信息将在第10章中讲解）。4.3.1 openEuler安装流程介绍进行安装04OPTION在安装过程中，需要对安装位置进行设置，主要是设置系统安装位置，选择系统安装的磁盘；同时，可采用自动或手动的模式设置系统安装分区。手动模式下可自行设置分区，包括采用普通分区、逻辑卷及精简模式逻辑卷。启动openEuler时建议设置以下两个分区。swap：交换分区，在内存空间不足时，用于置换内存中的脏数据。小内存情况下建议将其设置为内存大小的两倍；内存较大时，可以根据情况减少分配。/：根分区，Linux中一切从根分区开始。在根分区下，应设置以下两个路径。①/boot：系统引导程序。②/boot/efi：可扩展固件接口（EFI）固件要启动的引导器和应用程序。在安装过程中，可以对需要安装的软件包进行选择，openEuler20.03LTS目前支持以下3种软件安装方式。最小安装服务器虚拟化主机4.3.2 openEuler的基础操作类似于打开自己的计算机或者服务器直接连接显示器的方式。一个典型的Linux操作系统将运行6个虚拟控制台和一个图形控制台，openEuler目前暂未支持图形化界面，可以通过Ctrl+Alt+F[1-6]在6个虚拟控制台之间进行切换。默认情况下，openEuler支持远程登录，也可以通过修改配置将其设置为不能远程登录。可以通过PuTTY、Xshell等终端工具远程登录openEuler。openEuler安装完成后，需要登录才能使用。openEuler支持的登录方式有两种：本地登录和远程登录。本地登录远程登录4.3.2 openEuler的基础操作在安装操作系统时，系统会默认安装root用户，但需要在安装过程中对root用户密码进行设置。root是Linux操作系统中的一个特殊管理员，通常称为超级管理员，类似于Windows操作系统中的Administrator。root用户拥有最高权限，甚至可以无限破坏系统，因此需要加强root用户的使用安全。在生产型服务器中，除非必要，建议不要使用root用户。可以通过命令提示符了解当前是root用户还是普通用户。在UNIX或者Linux操作系统中，root用户命令提示符最后一般是#，普通用户一般是$。可以使用id命令查看当前用户名和UID。UID指的是用户的ID（UserID），一个UID标示了一个给定用户，UID是用户的唯一标示符，通过UID可以区分不同用户的类别（用户在登录系统时是通过UID来区分用户的，而不是通过用户名来区分）。可以使用useradd命令来创建用户，使用su-username命令切换用户，使用usermod命令对用户属性进行修改，使用userdel命令删除用户，使用passwd命令修改用户密码。4.3.2 openEuler的基础操作用户组是具有相同特性用户的逻辑集合，通过组的形式使具有相同特性的多个用户能够拥有相同权限，以便管理；每一个用户都拥有自己的私有组；同一组内的所有用户可以共享该组下的文件；每一个用户组都会被分配一个特有的ID，即组ID（GroupID，GID）。和UID类似，GID作为唯一标识符来标示系统中的一个用户组。可以通过命令id[option][user_name]来查看GID以及每个用户组下拥有的用户数量。可以使用groupadd命令来创建用户组，使用groupmod命令对用户组进行修改，使用groupdel命令删除用户组，使用gpasswd命令添加用户到组中或删除用户组中的用户。4.3.2 openEuler的基础操作openEuler涉及用户信息管理的文件有以下两个：/etc/passwd01OPTION用户账号信息文件，在这个文件中，保存着系统中所有用户的主要信息，每一行代表一个记录，每一行用户记录中定义了用户各方面的相关属性；/etc/shadow02OPTION用户账号信息加密文件（又被称为“影子文件”），用于存储系统中用户的密码信息，由于/etc/passwd文件允许所有用户读取，容易导致密码泄露，因此将密码信息从该文件中分离出来，单独放置在/etc/shadow文件中。4.3.2 openEuler的基础操作权限是操作系统用来限制对资源访问的一种机制，权限一般分为读、写、执行这3种。在Linux操作系统中，不同用户所处的地位不同，不同地位的用户拥有不同的权限等级。为了保证系统安全，Linux操作系统针对不同用户的权限制定了不同规则。在Linux操作系统中，每个文件或目录都有特定的访问权限、所属用户及所属组，通过这些规则可以限制什么用户、什么组可以对特定文件执行什么样的操作。可以使用ls--l命令将文件权限的详细信息呈现出来。例如：drwxr-xr-x.2rootr