操作系统基础与实践——基于OPENEULER平台

（1）本书面向云边端、物联网和人工智能应用等ICT时代的创新应用新需求，讲解了openEuler操作系统的基本原理、应用开发、服务器维护和嵌入式开发等基本内容，亦覆盖了面向数字基础设施的操作系统前沿新特性，理解操作系统的创新思路。 （2）本书是华为与高校作者合作完成，作者均具有长达25年的Linux系统科研实践经验和多年的产教融合教学经验，包括教育部-华为“智能基座”优秀教师等。华为方引入openEuler相关产品线的核心技术专家提供技术支持和技术评审。 （3）在操作系统应用中深度融入优秀的软件设计思维，结合openEuler的基础知识和实践内容，深入浅出的讲解“简单即是美”、“一个工具只做一件事”和“一切皆文件”等UNIX-like操作系统的优秀设计哲学。

本书围绕操作系统基础、UNIX设计思想和openEuler实践3个方面展开，并将理论知识、设计思想和应用实践紧密结合。本书内容涵盖绪论、操作系统初识、openEuler使用入门、操作系统原理与实践、openEuler开发环境、嵌入式操作系统开发、网络基础与管理、服务器操作系统管理，以及openEuler开源创新等。本书合理安排理论知识、精心设计操作实例，注重有机结合、循序深入，以帮助读者深入理解Linux优秀设计思想，灵活运用其高效系统功能，并从开源社区中更好地学习和成长。 本书适合作为高等院校计算机、自动化、电子测量等专业方向本科生和研究生学习操作系统的教材或参考书，也适合 Linux 系统开发和运维人员阅读，对从事计算机相关工作的专业人员具有参考价值。

郝家胜 哈尔滨工业大学获学士、硕士、博士毕业，美国宾夕法尼亚大学（UPenn）访问学者。中国计算机学会（CCF）会员、四川省计算机协会虚拟现实专委会委员、IEEE Transactions on Instrument & Measurement 和 COMPEL 等国际期刊审稿人。主持或作为主研参与科研课题20余项，其中国家自然科学基金等国家级项目4项（包括重点项目1项），研制了轮式移动机器人、四足机器人等智能系统以及钻井智能技术系统等，以第一作者在IEEE Trans. on Instrument & Measurement等期刊和 CDC（美国控制与决策）等国际学术会议发表论文20余篇，拥有国家发明专利授权12项。主要讲授漫谈人工智能（核心通识课程）、嵌入式系统设计（挑战性课程）和机器学习（研究生精品课程）等课程，主持华为教育部产学合作协同育人项目等多项省部级教改研究课题，指导本科生参加 2021年全国大学生冰壶人工智能挑战赛并获全国冠军，获华为云与计算“先锋教师”、华为昇腾专家（HAE）等称号，入选2022年度教育部-华为“智能基座”优秀教师奖励计划。 肖寅东 长期从事任意波形合成和集成电路测试相关研究工作，提出软件定义波形合成技术、测试向量合成指令设计方法、复杂向量合成优化调度算法、模拟/射频集成电路测试程序优化算法等一系列技术手段，解决测试系统向量合成速率、测试信号质量、单片测试效率等核心指标提升的难题。作为第一负责人主持国家级项目9项，其中重点项目4项，自然科学基金面上项目1项，项目经费共计4000余万元；发表学术论文20余篇，其中SCI检索论文10余篇；担任国际知名学术杂志《ISA Transaction》审稿人。获得授权美国发明专利1项，中国发明专利25项；获教育部技术发明奖一等奖1项（排名7）。研发全自主知识产权任意波形发生器、集成电路测试系统，技术水平达到国内领先水平，可完全替代行业高端仪器，满足各行业研发、生产单位迫切的测试需求。作为敏捷数字设计开发库SpinalHDL的主要贡献者，研究下一代软硬件结合的HDL描述语言及相关应用。 王培丞 高级实验师，电子科技大学学士、硕士，全国大学生智能汽车竞赛技术专家委员会委员，主要从事嵌入式系统设计、高速信号处理研究。近5年参与国家重大重点研发项目3项，荣获中国仪器仪表学会技术发明一等奖1项，发表高水平论文6篇，申请发明专利5项。电子科技大学智能汽车竞赛负责人，带队荣获全国大学生智能汽车竞赛国家级奖项20余项，省部级奖项40余项。四川省一流本科课程《智能循迹避障小车-项目式新生课程》负责人，承担省部级教改项目4项，校级教改项目3项。主讲综合课程设计（初阶、中阶、高阶）-智能车方向、通用电子测试技术实验等课程。 周文建 电子科技大学学士、硕士毕业。围绕电子测试仪器、复杂装备综合测试与健康管理领域国家重大需求开展研究工作，先后主持和参与多项装备发展部、军科委等国家级项目。参与形成了“多源异质信号可重构实时捕获关键技术”成果。 多年连续承担《微处理器系统结构》、《课程设计基础》、《嵌入式系统设计》等课程的教学工作，多次获得优秀评教。

第 1章  绪论  1 1.1  操作系统与ICT时代  1 1.2  操作系统起源  2 1.2.1  Multics项目  2 1.2.2  UNIX诞生  2 1.3  操作系统发展  4 1.3.1  UNIX的繁荣与版权困境  4 1.3.2  桌面操作系统的崛起  5 1.3.3  GNU/Linux的开源创新  7 1.3.4  ICT时代操作系统的兴起  8 1.4  openEuler新生态  11 1.4.1  openEuler概览  11 1.4.2  openEuler社区  12 1.4.3  openEuler软件生态  13 1.5  本章小结  13 第 2章  操作系统初识  14 2.1  操作系统的基本组成  14 2.1.1  典型体系结构  14 2.1.2  系统内核和系统调用接口  15 2.1.3  应用程序  16 2.1.4  用户界面  21 2.2  主流操作系统简介  24 2.2.1  桌面操作系统  24 2.2.2  服务器操作系统  24 2.2.3  嵌入式操作系统  25 2.3  GNU/Linux的优秀特性  25 2.3.1  秉承UNIX设计哲学  26 2.3.2  自由与开放  27 2.3.3  可移植性  29 2.4  openEuler简介  29 2.4.1  系统架构  29 2.4.2  创新特色  30 2.4.3  开源贡献  31 2.5  体验openEuler  32 2.5.1  华为云ECS主机  32 2.5.2  VMware安装  32 2.5.3  Docker容器运行  32 2.6  本章小结  33 思考与实践  33 第3章  openEuler使用入门  34 3.1  交互界面  34 3.1.1  GUI  35 3.1.2  CLI  37 3.2  使用命令行  38 3.2.1  控制台和终端  38 3.2.2  登录系统  39 3.2.3  远程登录  40 3.2.4  使用命令  41 3.2.5  获取帮助  43 3.3  命令行基本操作  45 3.3.1  使用目录  46 3.3.2  查看文件  51 3.3.3  管理文件  56 3.3.4  查找文件  59 3.3.5  查看系统信息  62 3.3.6  管理系统  64 3.4  Shell：让命令行更强大  65 3.4.1  Bash简介  65 3.4.2  环境变量  66 3.4.3  通配符与自动补全  68 3.4.4  组合命令  69 3.4.5  重定向  70 3.4.6  管道  72 3.4.7  扩展命令  74 3.4.8  命令行编辑  76 3.5  用户与权限  76 3.5.1  用户模型  77 3.5.2  切换用户身份  77 3.5.3  权限模型  78 3.5.4  修改权限  79 3.5.5  修改属主  80 3.6  安装DDE桌面环境  80 3.7  本章小结  81 思考与实践  81 第4章  操作系统原理与实践  83 4.1  操作系统设计理念  83 4.2  文件管理  85 4.2.1  文件树  85 4.2.2  VFS  89 4.2.3  EulerFS简介  91 4.2.4  实例4-1：文件系统操作  91 4.3  内存管理  93 4.3.1  内存保护  93 4.3.2  虚拟内存管理  96 4.3.3  openEuler内存技术  97 4.3.4  实例4-2：内存信息分析  98 4.4  进程管理  99 4.4.1  并行化模型  100 4.4.2  进程创建  100 4.4.3  进程调度  102 4.4.4  进程间通信  103 4.4.5  线程抽象  104 4.4.6  openEuler进程技术  106 4.4.7  实例4-3：进程监控与进程管理  108 4.5  本章小结  110 思考与实践  111 第5章  openEuler开发 环境  112 5.1  文本处理  112 5.1.1  Vim编辑器  113 5.1.2  nano编辑器  118 5.1.3  文本搜索  119 5.1.4  文本替换与自动编辑  121 5.1.5  文本分析  123 5.1.6  文本格式化  124 5.1.7  使用Git管理版本  126 5.2  Shell脚本编程  127 5.2.1  猜数字小游戏  128 5.2.2  变量  129 5.2.3  表达式  131 5.2.4  分支结构  132 5.2.5  循环结构  133 5.2.6  函数  135 5.2.7  项目5-1：install-help命令  135 5.3  C/C++应用开发  136 5.3.1  my-nl小工具  136 5.3.2  编译与调试  137 5.3.3  Makefile构建  140 5.3.4  CMake构建  142 5.3.5  自动化测试  145 5.3.6  性能优化  146 5.3.7  项目5-2：my-utils工具箱  148 5.4  可移植性开发与Docker容器部署  148 5.4.1  POSIX可移植性  148 5.4.2  C/C++可移植性  150 5.4.3  Docker容器可移植性  151 5.4.4  openEuler多场景可移植性  154 5.4.5  项目5-3：my-utils跨平台构建  155 5.5  在开源社区中学习  155 5.5.1  Linux与开放源码  155 5.5.2  openEuler社区  156 5.6  本章小结  156 思考与实践  157 第6章  嵌入式操作系统开发  158 6.1  嵌入式操作系统简介  158 6.1.1  嵌入式系统软件体系  159 6.1.2  主要特点  160 6.1.3  常见嵌入式操作系统  160 6.2  嵌入式Linux  161 6.2.1  嵌入式Linux开发流程  162 6.2.2  实例6-1：嵌入式开发环境构建  163 6.3  Linux内核裁剪与开发  165 6.3.1  Linux内核简介  166 6.3.2  内核构建机制  168 6.3.3  实例6-2：内核编译与QEMU仿真  169 6.4  根文件系统开发  171 6.4.1  BusyBox简介  171 6.4.2  实例6-3：根文件系统编译与QEMU仿真  172 6.5  openEuler嵌入式操作系统  174 6.5.1  技术架构与主要特性  175 6.5.2  oebuild构建方法  176 6.5.3  实例6-4：openEuler嵌入式 操作系统QEMU构建与仿真  177 6.5.4  嵌入式ROS运行时  177 6.5.5  软实时特性  178 6.6  本章小结  179 思考与实践  180 第7章  网络基础与管理  181 7.1  TCP/IP网络模型  181 7.1.1  IP地址  183 7.1.2  端口  186 7.1.3  socket  186 7.1.4  socket编程接口  187 7.2  网络管理基础  189 7.2.1  基本概念  189 7.2.2  主机名  191 7.2.3  网络接口名  192 7.3  管理网络  193 7.3.1  网络管理工具  193 7.3.2  配置连接  197 7.3.3  ifcfg文件  198 7.3.4  配置路由  199 7.3.5  诊断网络  199 7.3.6  实例7-1：创建VLAN  201 7.4  网络防火墙  202 7.4.1  iptables  203 7.4.2  firewalld  205 7.4.3  实例7-2：配置firewalld  208 7.5  经典网络工具  209 7.5.1  SSH安全连接  209 7.5.2  wget文件下载  211 7.5.3  curl网络交互  211 7.5.4  tcpdump抓包  212 7.5.5  Netcat网络助手  213 7.5.6  Nmap探测器  214 7.6  本章小结  215 思考与实践  215 第8章  服务器操作系统 管理  216 8.1  典型服务器操作系统  216 8.1.1  Windows Server  217 8.1.2  主流Linux Server  217 8.1.3  兴起中的openEuler  218 8.2  用户和用户组  219 8.2.1  用户管理  220 8.2.2  用户组管理  221 8.2.3  实例8-1：批量添加用户  222 8.3  硬盘与逻辑卷  222 8.3.1  硬盘分区  223 8.3.2  MBR和GPT  223 8.3.3  实例8-2：分区创建与挂载  224 8.3.4  逻辑卷  226 8.3.5  实例8-3：逻辑卷创建与挂载  227 8.4  软件包  229 8.4.1  RPM包管理  231 8.4.2  DNF包管理  232 8.4.3  源码包管理  233 8.5  系统服务  234 8.5.1  systemd  235 8.5.2  systemctl  236 8.5.3  .service文件  236 8.5.4  SSH服务  237 8.5.5  实例8-4：安装LAMP组合  238 8.6  计划任务  239 8.6.1  单次任务  239 8.6.2  周期任务  240 8.7  系统安全  241 8.7.1  root权限  241 8.7.2  文件特殊权限机制  242 8.7.3  SELinux  244 8.7.4  日志系统  245 8.7.5  安全审计  250 8.8  系统管理与维护实例  251 8.8.1  实例8-5：使用Cockpit管理系统  251 8.8.2  实例8-6：WordPress博客建站  252 8.9  本章小结  255 思考与实践  256 第9章  openEuler开源创新  257 9.1  内核创新  257 9.1.1  SMT驱离优先级反转特性  258 9.1.2  CPU QoS优先级负载均衡特性  259 9.1.3  潮汐affinity特性  259 9.2  基础能力创新  260 9.2.1  iSulad轻量级容器引擎  260 9.2.2  StratoVirt虚拟化  262 9.2.3  Kmesh高性能服务管理工具  263 9.2.4  内核热升级  264 9.2.5  安全和可靠性  265 9.3  全场景使能创新  269 9.3.1  服务器  269 9.3.2  云计算  273 9.3.3  嵌入式  276 9.3.4  边缘计算  278 9.4  工具链创新  280 9.4.1  GCC for openEuler  280 9.4.2  Compass-CI测试平台  281 9.4.3  EulerLauncher  282 9.4.4  A-Ops智能运维  283 9.4.5  A-Tune智能调优引擎  285 9.5  行业应用案例  286 9.5.1  金融应用案例  286 9.5.2  能源应用案例  288 9.5.3  云计算应用案例  288 9.5.4  科研应用案例  289 9.6  本章小结  290 思考与实践  290