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计算机与 AI 编程基础 · 0232 分钟

操作系统与 Linux

从重装系统开始,给自己的程序找一个家

电脑并不是天生就会运行 Windows 的。你可以给它安装另一套基础软件,让同样的硬件以另一种方式工作。这一章先弄清重装改变了什么,再认识 Linux 的家族,最后在不碰真实磁盘的演练里走完一次安装。真正动手时,先从虚拟机开始。

读完你能
说清如何连接硬件、应用与使用者。
分辨 Linux 内核、发行版、桌面环境和安装镜像。
区分制作启动 U 盘与安装系统时的两次磁盘写入。
为自己的设备选一条安全路线,并让 AI 在明确边界内协助。

带点状下划线的词可以点击查看解释;说明卡片可跳到对应知识小节。

02.01

重装系统,究竟重装了什么?

重装不是换 CPU,也不是给电脑安装一个新主题。它把一套新的及其启动所需文件写到指定磁盘上。硬件可以不变,但管理文件、运行应用和连接设备的基础环境会改变。

文件会不会丢,取决于安装时选择的磁盘、分区和操作方式。‘保留文件’不是自动保证;‘擦除磁盘’通常会删除所选磁盘上的分区和数据。不能靠一句‘AI 说没事’代替备份与目标核对。

本章不要求你抹掉日常使用的电脑。先在浏览器演练,再创建一台:新系统装进专用虚拟磁盘文件,不需要替换宿主系统,也不需要准备 U 盘。

放到生活里

同一台备用电脑原来运行 Windows,装入 Linux 后硬件仍是那些硬件,但 Windows 专用应用未必还能直接运行。重装也不会自动增加内存或修好损坏的硬盘。

带走这一点 · 重装替换的是运行环境;先明确写入哪块磁盘、哪些数据必须保留。

02.02

特殊的软件:向下管硬件,向上提供能力

操作系统也是软件,但它承担公共管理职责:安排使用 CPU,分配和隔离内存,组织文件,处理设备输入输出,并检查访问权限。应用不用各写一套键盘、磁盘和网卡的管理程序。

是核心管理部分,帮助系统与具体设备协作。系统还配有命令行工具、服务和其他组件。桌面和窗口是与系统交互的一种方式,不是操作系统的全部。

可以把关系想成‘应用 → 系统提供的接口 → 内核与驱动 → 硬件’。这是一张简化地图,不代表所有操作都严格经过同一路径;例如硬件加速、缓存和固件还会参与实际工作。

放到生活里

当编辑器保存 notes.txt 时,它请求系统写文件。系统检查权限、找到文件所在位置,再通过设备驱动完成写入。编辑器不必知道硬盘内部如何控制闪存。

带走这一点 · 内核不是桌面;操作系统提供可复用的资源管理和访问边界。

动手验证原理

安装前演练:两次写盘,一次正确启动

这是一台虚构的 x86_64 备用 PC。先准备 U 盘,再选择系统磁盘。选错时会给出原因,不会改写任何真实设备。

试一试 · 匹配镜像、确认 U 盘与系统盘的不同用途,安装后移除介质并从新系统启动。
安全演练 · 不访问真实磁盘

场景:一台 x86_64 备用 PC、一个安装 U 盘、一块专用空白练习盘。日常资料盘必须保持原样。以下型号与容量均为虚构,不代表你的设备。

  • TRAVEL-USB · 32 GB制作安装介质,存放 ISO—
  • DAILY-SSD · 512 GB日常资料盘,有照片与文件,禁止清空资料保持不变
  • LAB-SSD · 64 GB专用空白练习盘,安装新系统—
  1. 准备启动 U 盘
  2. 选镜像,启动安装器
  3. 选择新系统的目标
  4. 移除介质,再重启
  5. 已从新系统启动

准备启动 U 盘

第一次写入:Ventoy 需要初始化 U 盘。选择介质并确认这个场景中的备份条件;不能用系统盘冒充 U 盘。

先观察三块设备的用途。准备 U 盘和安装系统,是两次需要分别确认的写入。

仅浏览器状态模拟;不会读取磁盘、下载镜像或执行安装。它不验证你实际设备的兼容性、备份或 Secure Boot 设置。

02.03

从一批作业,到每个人都能交互

早期计算机昂贵,准备程序、装入数据和切换作业需要大量人工操作。打孔卡是一种记录和输入介质,不是一门语言:卡上可以记录程序或数据,程序也可能来自机器码、汇编或高级语言。并不是‘当时人人都写汇编’。

批处理把作业排队,驻留监控程序等早期系统软件复用装入、作业衔接和输入输出处理。随着机器与需求发展,内存管理、资源分配和错误处理逐渐成为公共能力。这个过程由多个系统推进,并非某天突然发明了完整操作系统。

分时让多个人通过终端交互地共享机器,CTSS 在 1961 年演示;Unix 从 1969 年开始发展。1991 年出现 Linux 内核,它与 GNU 工具及其他项目组合,形成许多完整系统。Linux 受 Unix 思想影响,但不是把 Unix 改了名字。

放到生活里

原来每做一批计算,都要人来装入下一个程序。后来让一个常驻软件安排下一项工作,再后来让多个使用者轮流获得计算资源——公共管理能力不断被抽出来复用。

带走这一点 · 操作系统的演进,是逐步把重复的机器管理工作交给软件。

02.04

为什么值得学 Linux,尤其是在 AI 时代?

严格来说,是内核的名字;日常说‘装 Linux’,通常指安装一套 Linux 发行版。它可以有图形桌面,也可以只提供命令行和服务。没有桌面,并不意味着系统没有启动。

Linux 的命令行、文本配置、日志和软件包工具,让很多操作容易记录、组合和自动化。这些特征很适合让 AI 辅助解释报错、生成脚本和部署程序。这里说的是工作方式的契合,不是 Linux 会让模型自动变聪明,也不是装好系统就能运行任意规模的模型。

Windows 是微软的商业专有操作系统;Linux 生态同时有社区发行版和商业产品。开源与收费不矛盾。开发者也使用 Windows 和 macOS,Windows 的 WSL 可以提供 Linux 环境,不必为了开始编程马上换系统。

选择取决于任务、硬件支持、常用软件和维护意愿。想做服务器、自动化或理解部署环境,Linux 很值得学;必须使用某些专业软件或游戏时,保留原系统、另开虚拟机可能更合适。它不是检验一个人是否‘专业’的身份标签。

放到生活里

你可以在 Windows 上写需求,在 Linux 虚拟机里验证脚本,再把网站部署到 Linux 服务器。学习的是跨环境确认路径、版本、权限和结果,而不是争论谁的桌面更高级。

带走这一点 · Linux 是很有价值的 AI 编程环境,但选择环境要服务于你的需求。

02.05

发行版家谱:同一个内核,不同的组合与维护

把 Linux 内核、工具、安装器和软件仓库组织成可安装、可更新的一套系统。它们不只是换壁纸:软件版本、默认配置、更新周期和支持方式都可能不同。‘源自同一家族’也不代表软件包可以随意混装。

Debian 是社区维护的发行版,有 stable、testing、unstable 等分支。Ubuntu 基于 Debian,拥有自己的发布与维护安排;Linux Mint 有基于 Ubuntu 的常规版本,也有直接基于 Debian 的 LMDE。Debian stable 重视可预期的维护,Ubuntu LTS 适合本课程统一初学环境。

Red Hat 家族可以先理解为 Fedora 探索较新的技术,CentOS Stream 汇集面向未来 RHEL 小版本的开发,RHEL 提供企业交付和维护。这是简化的技术流向,不代表每个软件包都依次经过这三个站点。

注意旧教程中的 CentOS Linux:它的官方更新已经终止,最后仍维护的 CentOS Linux 7 于 2024 年 6 月 30 日结束维护。CentOS Stream 仍是另一种定位的项目,不能把它当作旧 CentOS Linux 的普通续版,也不要为新练习安装已停止维护的旧镜像。

放到生活里

看到教程使用 apt,不代表所有 Linux 都使用 apt。Debian/Ubuntu 常见 apt,Fedora 系常见 dnf;先确认发行版,再选择它的包管理方式,不要机械复制另一家族的命令。

带走这一点 · 先认家族、版本和维护状态,再跟教程;不要把 Linux 当作一个固定安装包。

02.06

Arch、Gentoo、SUSE:选择不同,不是等级不同

Arch 是独立发行版,采用滚动更新,从较精简的基础按需配置,官方仓库主要提供二进制包。它适合愿意阅读文档、理解配置并持续维护的学习者;Manjaro 等基于 Arch,但有自己的安排,不应默认完全等同。

Gentoo 以 Portage、源码构建和细致定制为特色,采用滚动更新,也提供官方预编译二进制包。它适合深入理解构建和系统配置;不是‘所有软件都必须手工编译’,也不能保证编译出来一定更快。

SUSE Linux Enterprise 是企业产品;openSUSE 是社区发行版体系,Leap 采用定期发行,Tumbleweed 采用滚动更新。它们与企业产品有技术联系,但不是同一个产品换个下载地址。

定期发行会有明确的版本与支持周期,滚动发行持续推进软件版本;两者都需要维护,都可能出问题。第一遍建议选仍受支持、符合设备要求的 Ubuntu LTS,完成安装和验收,再用另一台虚拟机比较其他发行版。不要把同时折腾六种系统当作入门前提。

放到生活里

你的目标是先运行一个小网站,就先选文档熟悉、仍有安全更新的系统;你的目标是研究编译选项,再去试 Gentoo。发行版是不同路线,不是新手到高手的必经排名。

带走这一点 · 第一次选择是降低学习变量;之后再根据兴趣探索不同维护模式。

02.07

第一遍真安装:先用虚拟机

虚拟机是在现有系统里运行的一台‘软件电脑’。宿主机提供资源,客户系统装在新建的虚拟磁盘里。它适合练习安装和恢复,但隔离并非绝对;先不打开共享目录、物理磁盘直通或不必要的设备共享,也不要把密码和重要文件放进去。

第一步,确认设备型号、CPU 架构、可用内存与磁盘空间,按虚拟机软件的官方支持范围选择版本。Apple Silicon Mac 可以参考 UTM 的 Linux 虚拟化指引选择 ARM64 镜像;Intel/AMD 的常见 64 位 PC 通常选 amd64/x86_64。ARM64 不等于可以直接给 Apple Silicon 裸机安装任意 Linux。

第二步,新建 Linux 虚拟机,按所选发行版当前最低要求分配资源,同时给宿主机留足余量。创建一块新的、专用的虚拟磁盘,挂载官方安装 ISO 并启动;不要选择现有物理磁盘。UTM 的旧版示例可能从 Server 镜像开始,没有桌面是正常差异。

第三步,按安装器完成语言、键盘、账户和目标磁盘选择。只有确认目标是这块新建虚拟磁盘时,才在其中执行整盘安装。安装完成后弹出虚拟光驱中的 ISO,再重启进入新系统。第一次不做双系统、不手工改分区,可以少处理许多与学习目标无关的风险。

放到生活里

你创建一个名叫 linux-practice 的虚拟机,它的磁盘是宿主机上的一个专用文件。安装器里擦除这个虚拟磁盘,不是要求你擦除宿主机的系统盘;一旦界面和预期不一致就停下。

带走这一点 · 虚拟机不需要 Ventoy;先确认‘新建虚拟磁盘’,再安装。

02.08

ISO、架构与校验:下载对的安装材料

是一种安装介质的映像文件,不是给现有系统安装的普通应用。先从发行版官网确认仍受支持的版本、桌面或服务器用途,以及设备架构;amd64 也用于兼容的 Intel 64 位处理器,并不只属于 AMD。

按发行版的官方方法核对下载文件的 SHA256,并在需要时验证校验文件的签名与可信公钥。哈希相同说明文件与那个校验值匹配;如果镜像和校验值都来自不可信的同一帖子,并不能因此证明发布者身份。

虚拟机通常直接挂载 ISO;实体 PC 则需要准备可启动介质。把 ISO 复制到一个普通 U 盘里,通常不会让它自动可启动。可以按发行版文档写入启动盘,或者先把 U 盘准备成 Ventoy 介质,再复制镜像。

放到生活里

电脑是 x86_64,却下载了 ARM64 镜像:即使文件完整,也不是合适的原生安装材料。先匹配目标设备与镜像,不要遇到启动失败就反复擦盘重做。

带走这一点 · 来源可信、版本在维护、架构匹配、校验通过,缺一项都先别继续。

02.09

Ventoy:一只 U 盘,选择多个安装镜像

是制作多镜像启动介质的工具,不是装到电脑里日常办公的 Linux 桌面系统。它先为 U 盘建立启动环境,之后可以复制多个受支持的 ISO,在启动菜单里选择。并不是所有镜像与硬件组合都保证能启动。

以 Windows 图形界面为例:从 Ventoy 官方入口下载、解压、打开 Ventoy2Disk,核对设备型号与容量,只选择准备好的 U 盘。首次 Install 会格式化该 U 盘,先备份并验证可恢复;不要为了‘找不到设备’就打开显示所有磁盘后盲选内置硬盘。

初始化完成后,把已核验的 ISO 复制到 Ventoy 数据分区,再安全弹出。以后加入另一个镜像通常只需复制文件,不需要重新初始化 U 盘。制作介质与把操作系统装到电脑磁盘,是两个不同阶段。

中的 Secure Boot 涉及启动信任。Ventoy 的支持与密钥登记、版本及机器固件有关,能启动也不等于所有镜像都经过完整验证。遇到提示先核对官方说明,不要默认关掉 Secure Boot、随意登记未知密钥或改动磁盘控制器模式;加密设备还要先准备恢复密钥。

放到生活里

32 GB U 盘装好了 Ventoy,里面可以放 Ubuntu 与 Debian 的 ISO。开机从 U 盘选择镜像进入安装器;之后选择的安装目标应该是预先准备的系统磁盘,而不是把 U 盘和系统盘混为一谈。

带走这一点 · 第一次写 Ventoy 会影响 U 盘;安装系统时还要再次核对另一块目标磁盘。

02.10

备用 PC 上安装:每一步都有停下来的条件

准备:本路线只面向允许重装的备用、兼容的 PC 与专用目标磁盘。先把重要数据备份到另一介质,抽查能恢复,保存原系统安装方式和加密恢复密钥。公司设备先遵守管理要求;日常主力机或需要双系统时,先停在虚拟机路线,不在本入门流程中现场调整原分区。

启动:插入启动 U 盘,按该机型手册打开一次性启动菜单,选择对应的 UEFI USB 项。若镜像提供试用模式,可先检查显示、键盘和网络;试用不要求安装,但不要主动挂载或改写原来的磁盘。失败时先查架构、镜像和固件说明,不用反复点击安装。

安装:在安装器中选语言、键盘与账户,仔细核对目标磁盘的型号、容量和已有分区。是磁盘上的逻辑区域,组织其中的文件。只有目标确实是允许清空的专用磁盘时才选整盘安装;最后的写入摘要仍需再读一遍。出现 BitLocker、RST 或目标不明的提示,停下来查官方步骤,不临时猜测设置。

收尾:等待安装器完成,按提示移除 U 盘再重启;虚拟机则弹出 ISO。进入安装到磁盘上的系统后登录,检查网络和设备,再通过系统更新工具安装更新。不要用‘已经看到一次桌面’替代验收,那也可能只是安装介质的试用桌面。

放到生活里

安装器出现两个磁盘:有日常文件的 512 GB SSD,以及专用于本次练习的空白 64 GB SSD。容量只是线索,还应核对型号与用途;辨认不清时正确动作是取消,不是让 AI 猜一个设备名。

带走这一点 · 没有把目标和恢复办法讲清楚,就还没到点击最终写入的时候。

02.11

第一次启动后:证明它真的装好了

先做一个小而明确的验收:不连接安装介质也能启动;登录自己的账户;检查网络与需要的设备;在个人文件夹里保存一个练习文件,然后重启确认仍在。这个文件保留测试配合‘移除安装介质后启动’,比只看一张桌面截图更有说服力。

可以打开终端,分别运行只读命令 cat /etc/os-release 查看发行版、uname -m 查看运行环境架构、pwd 查看当前位置。先让 AI 解释输出与命令,再决定下一步;这些检查不需要为了显得专业而加 sudo。

重启又出现安装菜单,先检查 U 盘或 ISO 是否仍被优先启动,不要立刻重新安装。没有网络就先查虚拟网卡或实体设备支持;没有图形界面则先核对是否选择了 Server 镜像。记录现象能缩小问题范围,而不是把所有情况都叫‘Linux 装坏了’。

放到生活里

你拔掉 U 盘后能登录,找到刚才的 hello-linux.txt,发行版与架构也符合预期。这是一次可描述、可复查的成功;下一步才是在这个环境里运行自己的程序。

带走这一点 · 用启动来源、系统信息和文件保留来验收,不靠‘看起来好了’。

02.12

让 AI 当教练,不替你按下擦除键

给 AI 的上下文应该包含设备型号、架构、当前系统、目标发行版、安装路线、必须保留的数据与已有备份。让它先指出缺失信息,解释每步影响对象,再给出可验证的观察结果。不要提供密码、令牌或加密恢复密钥。

把协作分成‘解释 → 只读检查 → 计划 → 人工确认 → 小步执行 → 验收’。遇到管理员权限、分区、格式化或修改启动设置,要求单独标记风险和停止条件。AI 不会天然知道你哪块盘有家庭照片,设备名也可能随机器与连接顺序变化。

不要为了方便把未知来源的脚本直接交给管理员权限执行。先看来源、内容与适用版本,尽量用系统仓库和官方文档。即使在虚拟机里,也不要授权助手访问不必要的共享目录、凭据或宿主机物理磁盘。

放到生活里

比‘给我一条命令装 Linux’更好的请求是:‘先核对我这台机器是否适合虚拟机练习,不输出格式化命令。每次只给一步,并说明我看到什么才可以继续。’

带走这一点 · AI 提升理解与执行效率;边界、备份、授权与验收仍然需要你掌握。

换个情境,你会怎么判断?

AI 让你把 Linux 安装到 /dev/sda,你还没有核对磁盘,也没有验证备份。下一步应该是什么?

先选一个答案,再看解释。

把知识变成一段有用的需求

为你自己的电脑写一份 Linux 首次体验计划。目标是保留现有系统,在独立虚拟机里完成安装、重启和文件保留验收。信息不确定时明确写‘未知’,不猜型号或磁盘名。

先自己想,再按需打开提示。越往后,描述越完整,验收也越明确。

1 先想:我到底要改变什么?2 补齐:环境与风险边界3 收束:把成功写成可检查的结果4 参考答案,可以改成你的版本
让好奇心再走远一点拓展视野

带着本章的背景去问 AI。拓展是选学,不影响继续阅读。

从打孔卡、批处理、驻留监控程序、分时到 Unix 和 Linux,逐步解释复用的管理能力如何增加。区分输入介质、编程语言和操作系统,并给出可核对的历史资料。

参考答案,可以改成你的版本
我正在从零学习计算机与 AI 编程。本章学过:
操作系统与 Linux:说清操作系统如何连接硬件、应用与使用者。;分辨 Linux 内核、发行版、桌面环境和安装镜像。;区分制作启动 U 盘与安装系统时的两次磁盘写入。;为自己的设备选一条安全路线,并让 AI 在明确边界内协助。

从打孔卡、批处理、驻留监控程序、分时到 Unix 和 Linux,逐步解释复用的管理能力如何增加。区分输入介质、编程语言和操作系统,并给出可核对的历史资料。

请先确认我的理解,一次解释一个小问题,用具体例子并说明比喻的局限。讲完问一道情境题,根据我的回答继续。区分事实、推测和不确定内容;推荐可操作的验证方式。如果涉及具体工具,先确认版本,不要编造功能和资料。

完成这一章

标记各节已读,完成下方列出的必学活动后,即可记录本章完成。随时可以直接阅读下一章。

0/12 小节安装前演练:两次写盘,一次正确启动AI 让你把 Linux 安装到 /dev/sda,你还没有核对磁盘,也没有验证备份。下一步应该是什么?

继续查阅原始资料

正文是入门解释;下面的官方资料供你继续核对和深入。

Linux Mint:项目与发行基础Manjaro:与 Arch 的关系Ubuntu:桌面安装指南(界面与硬件要求以当前版本为准)Ubuntu:验证下载镜像UTM:Ubuntu 虚拟机示例(示例版本为 22.04)Ventoy:初次使用Ventoy:Secure Boot 支持及限制Microsoft:WSL 是什么Debian:发行分支Ubuntu 与 Debian 的关系Red Hat:CentOS Linux、Stream 与 RHELArch:项目介绍Gentoo:开发者解释源码与二进制的选择openSUSE:选择发行版计算机历史博物馆:软件与语言时间线

系统为程序提供运行环境。下一章把注意力放回程序本身:怎样把一个想法变成机器能执行的规则?