Centos系统详解架构详解

CentOS 全面详解

一、CentOS 概述

CentOS（Community Enterprise Operating System）是基于 Red Hat Enterprise Linux（RHEL）源代码构建的免费开源操作系统，专注于稳定性、安全性和长期支持，广泛应用于服务器、云计算和企业级基础设施。其核心目标是提供与 RHEL 二进制兼容的系统，便于企业在不支付授权费用的情况下使用 RHEL 的成熟生态。

二、历史与版本演进

1. 起源

◦ 由 CentOS 项目维护，始于 2004 年，最初作为 RHEL 的免费替代品。

◦ 2014 年红帽收购 CentOS 项目，2020 年宣布 CentOS 8 于 2021 年底停止维护，并主推滚动更新的 CentOS Stream 作为新社区版。

2. 主要版本

◦ CentOS 7（2014-2024）：长期支持（LTS）版本，采用 Systemd，内核 3.10，广泛用于企业服务器。

◦ CentOS 8（2019-2021）：内核 4.18，引入 DNF 作为默认包管理器，后因红帽战略调整提前终止支持。

◦ CentOS Stream：红帽主导的滚动更新版，作为 RHEL 的上游测试版，版本号与 RHEL 同步（如 Stream 9 对应 RHEL 9）。

3. 替代发行版

◦ 因 CentOS 8 停服，社区衍生出 Rocky Linux、AlmaLinux（均 100% 兼容 RHEL），以及 Oracle Linux（含额外驱动和云优化）。

三、核心特点

1. 稳定性与企业级支持

◦ 基于 RHEL 成熟代码，经过严格测试，适合长时间运行的关键业务。

◦ LTS 版本提供 10 年安全更新（如 CentOS 7 支持至 2024 年）。

2. 开源免费

◦ 无需授权费用，可自由使用、修改和分发，符合企业成本控制需求。

3. 强大的生态系统

◦ 支持主流云计算平台（AWS、Azure、阿里云）、容器化工具（Docker、Kubernetes）和数据库（MySQL、PostgreSQL）。

◦ 包管理工具 YUM/DNF 提供丰富软件源（如 EPEL、Remi）。

4. 安全性

◦ 内置 SELinux（安全增强型 Linux）强制访问控制，firewalld 防火墙，定期发布安全补丁。

◦ 支持内核实时更新（Live Patching）和固件验证。

5. 硬件兼容性

◦ 兼容 x86_64、ARM64（如 CentOS Stream 9 支持 Apple Silicon）等架构，适配企业级硬件设备。

四、安装与部署

1. 获取镜像

◦ 官方镜像源：CentOS Stream 下载，提供 DVD 安装版和最小网络安装版。

◦ 第三方镜像：阿里云、清华大学开源软件镜像站。

2. 安装步骤（以 CentOS Stream 9 为例）

◦ 引导：通过 USB 或光盘启动，选择 Install CentOS Stream。

◦ 语言与时区：选择简体中文或 English，设置时区（如 Asia/Shanghai）。

◦ 存储配置：

◦ 自动分区：适合新手，默认使用 XFS 文件系统。

◦ 手动分区：常见分区方案：

◦ /boot：200-500MB（存放内核和引导文件）

◦ /：根分区，建议 50GB 以上

◦ swap：内存 2 倍（适用于物理服务器，云服务器可忽略）

◦ LVM：推荐使用逻辑卷管理，便于后续扩容。

◦ 网络配置：启用 IPv4，手动设置静态 IP 或 DHCP，配置 DNS 服务器。

◦ 用户设置：创建管理员用户（非 root 登录更佳），设置 root 密码。

◦ 安装类型：

◦ 最小安装：仅基础组件，适合服务器（推荐）。

◦ 带 GUI 的服务器：包含 GNOME 桌面，适合图形化管理。

3. 初始化配置

◦ 首次登录后运行 sudo yum update 升级系统包。

◦ 禁用 SELinux（测试环境可选）：修改 /etc/selinux/config 为 SELINUX=permissive，重启生效。

◦ 配置国内镜像源：替换 /etc/yum.repos.d/ 下的官方源为阿里云或清华大学源，提升下载速度。

五、系统架构与核心组件

1. 包管理：YUM 与 DNF

◦ YUM（Yellowdog Updater, Modified）：CentOS 7 默认工具，用于安装、更新、删除软件包。
yum install httpd # 安装 Apache
yum update # 更新所有包
yum remove mysql # 删除 MySQL
◦ DNF（Dandified YUM）：CentOS 8/Stream 默认工具，性能更强，支持事务管理。
dnf search nginx # 搜索软件包
dnf upgrade # 升级系统
dnf clean all # 清理缓存
2. 初始化系统：Systemd

◦ 替代传统 SysVinit，支持并行启动服务，管理系统资源更高效。

◦ 常用命令：
systemctl start httpd # 启动服务
systemctl enable httpd # 设置开机自启
systemctl status httpd # 查看状态
systemctl list-units # 列出所有服务
3. 安全机制：SELinux

◦ 强制访问控制（MAC）系统，限制进程和文件的访问权限，防御恶意攻击。

◦ 模式：

◦ enforcing：强制模式（默认，严格执行策略）。

◦ permissive：宽容模式（仅日志记录违规，不阻止操作）。

◦ disabled：禁用（不推荐生产环境）。

◦ 查看状态：sestatus

◦ 临时修改：setenforce 0（切换至 permissive）

4. 文件系统结构

◦ /boot：存放内核、引导加载程序（GRUB）和启动文件。

◦ /etc：存储系统配置文件（如 network、yum.repos.d）。

◦ /var：存放动态数据（日志、邮件、网站内容）。

◦ /usr：用户程序和库文件（类似 Windows 的 Program Files）。

◦ /opt：第三方应用安装目录（如 Oracle、Tomcat）。

◦ /proc 和 /sys：虚拟文件系统，用于内核与用户空间通信。

六、网络配置与服务管理

1. 网络接口配置

◦ 静态 IP 设置（以 ens33 为例）：
vi /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-ens33
TYPE=Ethernet
BOOTPROTO=static
IPADDR=192.168.1.100
NETMASK=255.255.255.0
GATEWAY=192.168.1.1
DNS1=8.8.8.8
ONBOOT=yes
◦ 重启网络服务：systemctl restart network（CentOS 7）或 nmcli connection reload（CentOS 8/Stream）。

2. 防火墙管理

◦ CentOS 7：默认使用 iptables，需手动配置规则。
service iptables start # 启动防火墙
iptables -I INPUT -p tcp --dport 80 -j ACCEPT # 允许 80 端口
◦ CentOS 8/Stream：默认使用 firewalld，支持区域（zone）管理。
systemctl enable --now firewalld # 启用并启动
firewall-cmd --add-port=80/tcp --permanent # 永久开放 80 端口
firewall-cmd --reload # 重新加载配置
3. 常用网络服务

◦ HTTP/HTTPS：Apache（httpd）或 Nginx，配置文件位于 /etc/httpd/ 或 /etc/nginx/。

◦ SSH：OpenSSH 服务，默认端口 22，配置文件 /etc/ssh/sshd_config，支持密钥认证提升安全性。

◦ DNS：BIND 服务（named），或使用 systemd-resolved 管理本地 DNS。

七、系统管理与维护

1. 用户与权限管理

◦ 创建用户：useradd -m -s /bin/bash username（-m 创建家目录，-s 指定 shell）。

◦ 设置密码：passwd username。

◦ 权限控制：

◦ chmod：修改文件权限（如 chmod 755 /var/www/html）。

◦ chown：修改所有者（如 chown root:www-data /var/log/httpd）。

◦ sudo：赋予普通用户管理员权限，编辑 /etc/sudoers 配置。

2. 磁盘与存储管理

◦ 查看磁盘信息：fdisk -l 或 lsblk。

◦ 格式化分区：mkfs.xfs /dev/sdb1。

◦ 挂载分区：mount /dev/sdb1 /mnt/data，永久挂载需修改 /etc/fstab。

◦ LVM（逻辑卷管理）：
pvcreate /dev/sdb # 创建物理卷
vgcreate vg_data /dev/sdb # 创建卷组
lvcreate -L 50G -n lv_data vg_data # 创建逻辑卷
mkfs.xfs /dev/vg_data/lv_data
3. 日志管理

◦ 系统日志：存储于 /var/log/，常见文件：

◦ messages：系统通用日志。

◦ secure：认证相关日志（如 SSH 登录）。

◦ yum.log：包管理日志。

◦ 日志查看工具：

◦ cat、tail -f：实时追踪日志。

◦ journalctl：查询 Systemd 日志（如 journalctl -u httpd）。

4. 系统更新与升级

◦ 常规更新：yum update 或 dnf update（更新所有包，不升级内核）。

◦ 内核升级：使用 yum install kernel 或第三方工具（如 yum-plugin-system-upgrade）。

◦ 版本升级（如 CentOS 7 到 8）：需谨慎，建议备份数据后使用官方工具或重新安装。

八、安全性最佳实践

1. 强化 SSH 安全

◦ 禁用 root 直接登录：修改 /etc/ssh/sshd_config 中的 PermitRootLogin no，重启服务。

◦ 使用 SSH 密钥认证：生成密钥对 ssh-keygen，将公钥存入 ~/.ssh/authorized_keys，权限设为 600。

◦ 限制登录尝试：安装 fail2ban，自动封禁频繁失败的 IP。

2. SELinux 策略优化

◦ 生产环境保持 enforcing 模式，通过 audit2allow 命令生成自定义策略修复权限问题。

◦ 示例：修复 Apache 访问自定义目录权限：
chcon -R -t httpd_sys_content_t /var/www/myapp # 临时修改标签
semanage fcontext -a -t httpd_sys_content_t "/var/www/myapp(/.*)?" # 永久生效
restorecon -Rv /var/www/myapp # 应用策略
3. 定期审计与备份

◦ 审计工具：auditd 监控系统调用，aide 检测文件篡改。

◦ 备份方案：使用 rsync 同步数据到远程服务器，或 tar 打包关键目录（如 /etc、/var/lib/mysql）。

4. 关闭不必要的服务

◦ 禁用默认不使用的服务：systemctl disable --now postfix（关闭邮件服务）。

◦ 检查开放端口：netstat -tunlp 或 ss -ltnp，确保仅暴露必要端口。

九、应用场景

1. 服务器基础设施

◦ Web 服务器（LAMP/LNMP 架构）、邮件服务器（Postfix）、文件服务器（Samba/NFS）。

◦ 云服务器镜像（如 AWS EC2、阿里云 ECS）的首选系统之一。

2. 容器化与虚拟化

◦ 支持 Docker、Podman 容器引擎，Kubernetes 集群节点的主流选择。

◦ 虚拟化平台（如 KVM）的宿主操作系统。

3. 数据库服务

◦ 运行 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等数据库，利用 CentOS 的稳定性保障数据安全。

4. 企业级开发环境

◦ 作为开发人员的本地虚拟机（如 VMware/VirtualBox）或远程开发服务器，提供一致的编译和测试环境。

十、替代方案与选择建议
发行版特点适用场景
CentOS Stream 红帽官方社区版，滚动更新，与 RHEL 同步，适合开发和测试环境。开发、CI/CD 流水线
Rocky Linux 由 CentOS 创始人创建，100% 兼容 RHEL，LTS 模式，社区活跃。企业生产环境（替代 CentOS 8）
AlmaLinux 由 CloudLinux 维护，兼容 RHEL，提供长期支持和商业服务选项。生产环境、付费支持需求
Oracle Linux 含 Oracle 自研驱动（如 ZFS），支持 Ksplice 热补丁，免费用于生产环境。 Oracle 数据库、云服务
RHEL 红帽官方版本，提供商业支持和认证，适合关键业务系统。需付费支持的企业场景

十一、优缺点总结

• 优点：

◦ 稳定性极强，适合长期运行的关键业务。

◦ 与 RHEL 二进制兼容，生态成熟，软件支持丰富。

◦ 社区和企业级文档齐全，便于故障排查。

• 缺点：

◦ 软件版本更新较慢（LTS 特性），需手动启用测试源获取新包。

◦ 桌面环境体验不如 Ubuntu 等发行版，主要面向服务器场景。

◦ CentOS 8 停服后，需迁移至 Stream 或替代发行版。

十二、学习资源

• 官方文档：CentOS Stream 文档（内容与 RHEL 高度重合）。

• 社区论坛：CentOS 论坛、Stack Overflow（标签 centos）。

• 书籍：《Linux 命令行与shell脚本编程大全》《Red Hat Linux 系统管理实战》。

• 在线课程：Red Hat 官方培训（RHCSA/RHCE）、Udemy 上的 CentOS 系统管理课程。

十三、总结

CentOS 凭借其与 RHEL 的兼容性、稳定性和免费特性，成为企业级 Linux 系统的标杆。尽管 CentOS 8 停止维护，但通过迁移至 CentOS Stream、Rocky Linux 等替代方案，仍能延续其在服务器领域的统治力。对于需要高可靠性、长生命周期支持的场景，CentOS 及其衍生版仍是首选之一。

CentOS 系统架构深度解析

一、内核架构与演进

CentOS 的核心是 Linux 内核，其版本与 RHEL 完全同步，确保稳定性与企业级支持。

• CentOS 7：基于 Linux 3.10 内核，长期维护至 2024 年，支持 x86_64、ARM 等架构，引入 Systemd 替代传统 SysVinit。

• CentOS 8：升级至 Linux 4.18 内核，支持 Btrfs 文件系统、KVM 虚拟化增强，并默认使用 DNF 包管理器。

• CentOS Stream 9：采用 Linux 5.14 内核，支持 Apple Silicon（ARM64）、eBPF 性能监控，以及 Live Patching 内核热更新。

关键特性：

• 模块化设计：支持动态加载内核模块（如驱动、文件系统），通过 lsmod 查看已加载模块。

• 安全增强：集成 SELinux（Security-Enhanced Linux）强制访问控制，默认处于 enforcing 模式。

• 性能优化：内核参数可通过 /etc/sysctl.conf 调整，例如优化网络连接数（net.core.somaxconn）或内存回收策略（vm.swappiness）。

二、文件系统与存储管理

CentOS 支持多种文件系统，满足不同场景需求：

• XFS：默认文件系统，适合大文件和高并发场景，支持在线扩容和元数据日志。

• Btrfs：现代写时复制（CoW）文件系统，支持 RAID 0/1/5/10、快照、压缩，CentOS 7 及以上默认支持。

• ZFS：需通过第三方库（如 zfs-on-linux）安装，提供数据校验、分层存储、跨设备冗余，适合企业级存储。

存储架构：

1. 传统分区：通过 fdisk 或 parted 手动分区，适合简单场景。

2. LVM（逻辑卷管理）：动态扩展存储空间，支持卷组（VG）、逻辑卷（LV）和快照。
# 创建 LVM 示例
pvcreate /dev/sdb # 物理卷
vgcreate vg_data /dev/sdb # 卷组
lvcreate -L 50G -n lv_data vg_data # 逻辑卷
mkfs.xfs /dev/vg_data/lv_data
3. Btrfs 跨设备存储：
# 创建跨设备 Btrfs 文件系统
mkfs.btrfs -d raid1 /dev/sdb /dev/sdc
三、初始化系统与服务管理

CentOS 7 及以上采用 Systemd 替代 SysVinit，实现并行启动和高效资源管理：

• 单元类型：

◦ Service：管理服务（如 httpd.service）。

◦ Socket：基于套接字的激活（如 sshd.socket）。

◦ Target：定义启动目标（如 multi-user.target 对应命令行模式）。

• 核心命令：
systemctl start httpd # 启动服务
systemctl enable --now firewalld # 开机自启并启动
systemctl status docker # 查看状态
systemctl list-units --type=service # 列出所有服务
• 日志管理：

◦ journalctl：统一查看 Systemd 日志（如 journalctl -u httpd）。

◦ rsyslog：传统日志系统，配置文件 /etc/rsyslog.conf。

四、包管理与软件生态

CentOS 依赖 RPM 包格式，通过 YUM/DNF 工具管理软件：

• YUM（CentOS 7）：
yum install nginx # 安装软件
yum update # 更新所有包
yum history # 查看安装历史
• DNF（CentOS 8/Stream）：
dnf search python3 # 搜索包
dnf upgrade # 升级系统
dnf copr enable @remi/php81 # 启用第三方源
• 核心仓库：

◦ BaseOS：基础系统包。

◦ AppStream：应用程序和工具（如 PHP、Python）。

◦ EPEL：Extra Packages for Enterprise Linux，提供额外软件。

五、网络架构与安全机制

1. 网络配置：

◦ CentOS 7：支持 network.service 和 NetworkManager，通过 /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-* 配置静态 IP。

◦ CentOS 8/Stream：仅支持 NetworkManager，使用 nmcli 命令管理：
nmcli connection add type ethernet con-name ens33 ifname ens33 ip4 192.168.1.100/24 gw4 192.168.1.1
nmcli connection up ens33
2. 防火墙：

◦ CentOS 7：默认使用 iptables，需手动编写规则。

◦ CentOS 8/Stream：默认使用 firewalld，支持区域（zone）管理：
firewall-cmd --add-port=80/tcp --permanent
firewall-cmd --reload
3. 安全增强：

◦ SELinux：强制访问控制，通过 sestatus 查看状态，setenforce 0 临时禁用。

◦ SSH 强化：禁用 root 登录、使用密钥认证、限制登录尝试（fail2ban）。

六、性能监控与优化

1. 实时监控工具：

◦ top/htop：查看进程和资源占用。

◦ dstat：整合 CPU、内存、I/O、网络统计。

◦ glances：交互式监控，支持远程访问。

2. 历史数据分析：

◦ sar：系统活动报告，记录 CPU、内存、I/O 等数据。

◦ netdata：实时性能监控，提供 Web 界面。

3. 内核调优：

◦ sysctl：调整内核参数（如 net.ipv4.tcp_max_tw_buckets）。

◦ perf：性能分析工具，定位热点函数。

七、系统服务与典型部署

1. Web 服务：

◦ Apache：配置文件 /etc/httpd/conf/httpd.conf，支持虚拟主机和反向代理。

◦ Nginx：配置文件 /etc/nginx/nginx.conf，适合高并发场景。

2. 数据库：

◦ MySQL/MariaDB：通过 yum install mariadb-server 安装，配置文件 /etc/my.cnf。

◦ PostgreSQL：使用 dnf module enable postgresql:14 启用模块，配置文件 /var/lib/pgsql/data/postgresql.conf。

3. 容器化：

◦ Docker：安装 docker-ce 包，支持镜像构建和容器管理。

◦ Kubernetes：通过 kubeadm 部署集群，需配置 crictl 与容器运行时交互。

八、版本差异与迁移建议
特性 CentOS 7 CentOS 8/Stream
内核版本 3.10 4.18（8）/5.14（Stream 9）
包管理器 YUM DNF
网络管理 network.service + NM 仅 NM
防火墙 iptables firewalld
文件系统支持 XFS、Btrfs XFS、Btrfs、ZFS（需第三方）
生命周期 2024 年终止支持 Stream 9 至 2029 年

迁移建议：

• CentOS 7 到 Stream 9：备份数据后，使用 dnf system-upgrade 工具升级，或重新安装。

• CentOS 8 到 Rocky Linux/AlmaLinux：替换软件源并执行 dnf distro-sync。

九、系统架构总结

CentOS 的系统架构以稳定性和兼容性为核心，通过 Linux 内核、Systemd、YUM/DNF 构建企业级生态。其分层设计（用户空间、内核、硬件抽象）支持灵活扩展，而 SELinux 和 firewalld 保障了安全性。对于不同场景，可通过 LVM、Btrfs 优化存储，或使用 Docker、Kubernetes 实现容器化部署。尽管 CentOS 8 已停止维护，但 Rocky Linux 和 AlmaLinux 提供了 100% 兼容的替代方案，延续了其企业级优势。