Linux Essentials: 4.2 Verständnis von Computer-Hardware

Dieser Beitrag ist eine Zusammnefassung meiner Notizen für das Kapitel 4.2 der Lernmaterialien des LPI für das Linux Essentials Zertifikat. Wir tauchen in die Hardware ein! 🤖

Einführung

• Hardware
  • verarbeite Befehle der Software
  • stellt die Speicherung und
  • wird für Ein- und Ausgabe von Daten/Informationen genutzt
• Linux stellt Schnittstellen für Software den Zugriff auf die Hardeware bereit

Netzteile

• Netzteile normalisieren Spannungen in einen bestimmten Toleranzbereich damit Hardware stabil laufen kann
• Server-Netzteile nutzen im Vergleich zu normalen Desktops mehrere Strommquellen zur Ausfallssicherung
• Durch die Nutzung von Strom ensteht Wärme die mit Kühlkörpern und Verntilatoren abgeführt wird, da Wärme die Leistungsfähigkeit von Komponenten wie CPU reduziert

Hauptplatine (Motherboard)

• Hardwarekomponenten werden auf dem Motherboard mit einaander verbunden
• Platinen haben genormte größen (z. B. für verschiedenen Gehäusegrößen)
• Verbindeungen haben Standards und Formfaktoren
• Firmware stuert beim Einschalten des Systems (Stromzufuhr) die Konfiguration und intitialisierung der Hardware
  • Ursprüngliche Frimware war BIOS (Basic Input/Output System)
    • Verantwortlich für das Identifizieren, Laden und Übertragen des Betriebs an das Betriebssystem
  • EFI (Extensible Firmware Interface) -> UEFI (Unified Extensible Frimaware Interface)
    • Standardisierung der Firmware auf Grund von wachsender Hardware und Funktionsumfängen
    • Fast auf allen neuen Sysemen ist UEFI der Standard auch wenn viele noch immer von BIOS im Kontext der Frirmware sprechen

Systemspeicher

• Systemspeicher (RAM = Random Access Memory) enthält Daten und Programmcoder der aktuelle laufenden Anwendung
  • Referenzen- und Formangaben wie DIMM, SIMM oder DDR
• Einzelne Speichermodule ( 2 – 64 GB) die auf dem Motherboard verlötet oder eingesteckt werden
  • 4 GB für viele Anwendungen der Minimum
  • 16 GB als guter Standard für Workingstations
  • 128 – 256 GB im Servereinsatz um Benutzerlast effizient zu unterstützen
• Linux kümmert sich um die Zuweisung und Freigabe des Speichers für Anwendungen
• Nutzung des Swap Space (Festplatte) als Auslagerung der Daten, wenn eine Anwendung mehr Speicher braucht als vorhanden ist
• Systeme ohne dedizierten Videospeicher nutzen einen teil des Systemspeichers, des den effektiven Speicher reduziert

Übersicht des Verfügbaren und verwendeten Speichers mit dem dem Befehl free

$ free -m

Eine übersicht auf meinem Fujitsu Lifebook sieht so aus:

Die shared und buff/cache Angaben, die das System nutzt. Jedoch kann die Angabe unter available für Anwendungen genutzt werden.

Prozessoren

• Es gibt verschiedene Arten von Prozessoren:
  • CPU (Central Processing Unit) verarbeitet die binären ( 1 & 0) Befehle der Software
  • GPU (Graphica Processing Unit)

• CPU-Architekture ist ein Hinweis auf die Anweisung, die der Prozessor untertützt
  • Unterschied bei den Herstellern (AMD/Intel) in Bauart, Leistung und Stromverbrauch
  • Verwendung in Distros um Mindestanweisungen anzugeben, die für den Betrieb benötigt werden
• i386 (Verweist auf den 32-Bit-Befehlssatz, der dem Intel 80386 zugeordnet ist.)
• x86 (Verweist typischerweise auf die 32-Bit-Befehlssätze der 80386-Nachfolger, zum Beispiel 80486, 80586 und Pentium.)
• x64 / x86-64 (Referenzprozessoren, die sowohl die 32-Bit- als auch die 64-Bit-Anweisungen der x86-Familie unterstützen.)
• AMD (Verweist auf die x86-Unterstützung durch AMD-Prozessoren.)
• AMD64 (Verweist auf die x64-Unterstützung durch AMD-Prozessoren.)
• ARM (Verweist auf eine Reduced Instruction Set Computer (RISC) CPU, die nicht auf dem x86-Befehlssatz basiert und häufig von embedded, mobilen, Tablet- und batteriebetriebenen Geräten verwendet wird. Eine Version von Linux für ARM wird vom Raspberry Pi verwendet.)

Informationen zur CPU mit lscpu bestimmen

• Die Datei /proc/cpuinfo enthält informationen zu den Prozessoren des Systems
• Mit dem Befehl lscpu können diese, wie z. B. bei meinen Fujitsu Lifebook U939, sichtbar gemacht werden

andy@lifebook:~$ lscpu
Architecture:                x86_64
  CPU op-mode(s):            32-bit, 64-bit
  Address sizes:             39 bits physical, 48 bits virtual
  Byte Order:                Little Endian
CPU(s):                      8
  On-line CPU(s) list:       0-7
Vendor ID:                   GenuineIntel
  Model name:                Intel(R) Core(TM) i5-8265U CPU @ 1.60GHz
    CPU family:              6
    Model:                   142
    Thread(s) per core:      2
    Core(s) per socket:      4
    Socket(s):               1
    Stepping:                12
    CPU(s) scaling MHz:      21%
    CPU max MHz:             3900,0000
    CPU min MHz:             400,0000
...

• Bei Prozessoren gibt es verschiedene Größen, die für die Einrichtung eines Betriebssystemumgebung wichtig sind:

Bitgröße

• Native Größe der von der CPU zu verarbeitenden Daten, als auch die Menge an Speicher auf die zugegriffen werden kann
  • 32-Bit (für Anwendungen, die <4 GB benötigen)
  • 64-Bit (für Anwendungen, die >4 GB benötigen)
    • 32-Bit Anwendungen können auch ausgeführt werden

Taktfrequenz

• Angaben in Mega- oder Gigahertz (MHz / GHz)
• Beinlfusst Systemreaktionszeit, Wartezeiten und Durchsatz

Chache

• CPU-Cache-Speicher ist auf dem CPU-Chip integriert
• Stellt schnellen Puffer zwischen CPU und Systemspeicher bereit
• Unterteilung in Schichten: L1, L2, L3 oder sogar L4
• Je höher der Wert desto besser

Kerne (Cores)

• Core = theoretische ein CPU
• MIt der Hyper-Threading Technology (HTT) einer einzelenen physischen CPU ist sind Verarbeitung von mehreren Anweisungen möglich (als wären es mehrere physische CPUs)
• Mehrere Kerne lohnen ich wenn auf ihnen Anwendungen laufen, die mehrere unabhängige Funktionsabläufe aufweisen (Video-Rendering, VM-Umgebungen etc.)

Speicher

• Dient als Aufbewarhung von Programmen und Daten
• Formen von Speicher
  • Primäre Speicher
    • Hard Disk Drives (HDDs) – bis 5 TB üblich
      • Physische Platten mit gagnetischen Materialien, beweglische Teile
    • Solid State Drives (SSDs) – bis 1 TB üblich
      • Speichern Daten in Mikrochips, keine beweglichen Bauteile
      • 3-10-fach höhere Kosten im Vergleich zu HDD
      • 3-5-fache Zugriffsgeschwindigkeit
      • Geringere Stromverbrauch
      • Zuverlässiger als HDD
  • Sekundäre Speicher
    • USB-Speichersticks
    • Optische Geräte (DVD)
• SCSI (Small Computer System Interface) oder SATA (Sarial AT Attachment) sind gänige Verbindungen zwischen Festplatte und Motherboard
• Firmware definiert in welcher Reihenfolge die Festplatten geladen werden
• RAID ( Redundant Array of Independent Disks) Speichersysteme dienen dem Speicherverlust
  • 1 RAID-Array besteht aus mehreren physischen Geräten, die doppelte Kopien von Informationen enthalten
  • Bei ausfall eines Geräts sind die Informationen trotzdem vorhanden
• Speichergeräte schreiben Daten in Blöcke von Bytes und werden damit auch als Blickdevices im System gelistet

Mit lslblk zur verfügung stehende Blockdevics auflisten

Eine Übersicht aus meinem Lifebook siehst du unten. Nicht wundern, ein paar der Partitionen, die keine Mountpoints aufweisen, gehören Windows 11, weil ich mein System im Dualboot fahre. Weil ich nur 8 GB RAM habe ist die SWAP-Partition fast 8 GB groß.

andy@lifebook:~$ lsblk
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
zram0       251:0    0   7,4G  0 disk [SWAP]
nvme0n1     259:0    0 931,5G  0 disk 
├─nvme0n1p1 259:1    0   100M  0 part /boot/efi
├─nvme0n1p2 259:2    0    16M  0 part 
├─nvme0n1p3 259:3    0 149,5G  0 part 
├─nvme0n1p4 259:4    0   658M  0 part 
├─nvme0n1p5 259:5    0     1G  0 part /boot
└─nvme0n1p6 259:6    0 780,3G  0 part /home
                                      
andy@lifebook:~$ _

Partitionen

• Partitionierung ist der Mechnismus der dem Betriebssystem sagt ob die Seicherplatte als eine einzige Sequenz von Speicherplätzen oder mehrere Sequenzen angesehen werden sollen
• Partitionen wirken dann quasi wie einzelne Geräte
• Gründe für Partitionierung:
  • Verwaltung des Speichers
  • Isolierung von Verschlüsselungen
  • Unterstützung mehrere Dateisysteme
    • Möglichekeit unter verschiedenen Betriebsystemen zu laufen (siehe die Anmerkung zum Dualboot weiter oben)
  • Linux erkennt ein Raw-Device, muss es zur Nutzung jedoch formatieren
    • Schreibung eines Dateisystems zur Vorbereitung von dateibezogenen Operationen
  • Einzelne Partitionen haben nicht die selbe Performance wie einzelne Physische Geräte
  • Partitionen lassen sich nicht für fehlertolerantes Design verwenden
    • Wenn eine Gerät ausfällt fallen alle Partitionen aus
• LVM (Logical Volume Manager) ist eine Softwarefunktion, die es möglich macht einzelne Partitionen und Festplatten als ein einzelnes Laufwerk zu nutzen

Peripheriegeräte

Fazit

Die Hardware des Futro S920 und meine RAM- und SSD-Upgrades