1.2 安装 Linux

预计阅读时间：23 分钟

学习目标

学完本章后，你将能够：

• 选择最适合自己的 Linux 安装方式（虚拟机/WSL2/双系统/云服务器）
• 在 VirtualBox 中完成 Ubuntu LTS 的完整安装
• 理解引导加载程序（GRUB）和分区方案的基本概念
• 完成安装后的必要系统配置（更新、增强功能、中文输入）
• 区分 UEFI 和 BIOS 两种启动模式及各自适用场景

核心知识

• ISO 镜像——光盘镜像文件，包含安装操作系统的完整数据。后缀通常是 .iso
• 虚拟机——在现有操作系统（宿主机）内通过软件模拟出一台完整计算机，运行另一个操作系统（客户机）
• WSL2（Windows Subsystem for Linux 2）——Windows 内置的 Linux 运行环境，基于轻量级虚拟机
• GRUB（Grand Unified Bootloader）——Linux 最常用的引导加载程序，负责在开机时选择并加载操作系统
• UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）——现代计算机的固件接口标准，取代传统 BIOS
• 分区（Partition）——将一块物理硬盘划分成多个逻辑区域，每个区域可以安装不同系统或存放不同类型的数据
• ext4——Linux 最广泛使用的日志文件系统，是 ext3 的继任者
• LTS（Long Term Support）——长期支持版，Ubuntu LTS 提供 5 年安全更新和补丁

知识关联

• 前置知识：1.1：Linux 是什么 学习的操作系统概念（内核、发行版）是选择安装方式的理论基础
• 后续影响：安装完成后，1.3：第一次进入命令行 将带你进入命令行，1.4：基本文件操作命令 开始学习文件操作——建议在本机完成安装后再进入后续章节
• 配套技术：分区的概念在 2.9：Git 版本控制「磁盘管理」中会进一步展开，本章只需理解基本分区布局
• 在整个体系中的位置：安装是实践的第一步。没有 Linux 环境，后续所有命令和操作都无法实验

原理讲解

1. 安装的本质——在硬盘上部署操作系统

安装操作系统本质上做三件事：

1. 将内核和系统文件复制到硬盘——从安装介质（ISO 镜像）上读取文件，写入目标硬盘的指定分区
2. 安装引导加载程序（Bootloader）——在硬盘的主引导记录（MBR）或 EFI 系统分区中写入一段小程序，告诉计算机如何在开机时找到并启动操作系统
3. 初始化系统配置——设置时区、语言、键盘布局、创建用户账户和密码

不同安装方式最大的区别在于：把操作系统安装在"真实的物理机"上，还是"软件模拟的虚拟机"内。

2. 四种安装方式对比

3. 虚拟化原理——在一台电脑里"模拟"另一台电脑

虚拟机（Virtual Machine）的核心是 Hypervisor（虚拟机管理程序）。它运行在宿主机操作系统之上，为每个客户机（Guest OS）模拟出 CPU、内存、磁盘、网卡等硬件资源。

虚拟机工作流程：

• CPU 虚拟化：Hypervisor 拦截客户机的 CPU 指令，通过硬件辅助虚拟化技术（Intel VT-x / AMD-V）让客户机的大部分指令直接运行在物理 CPU 上
• 内存虚拟化：Hypervisor 维护客户机的"伪物理地址"到宿主机物理地址的映射表
• 磁盘虚拟化：客户机的磁盘空间以文件形式存储在宿主机硬盘上——例如 VirtualBox 的 .vdi 文件、VMware 的 .vmdk 文件
• 虚拟网卡：Hypervisor 为客户机提供虚拟网卡，通过 NAT 或桥接模式访问外部网络

这就是为什么你能在 Windows 内运行 Linux，且两者互不干扰——虚拟机提供了完美的隔离沙箱。

4. WSL2 架构——Windows 上的轻量 Linux

WSL2 与传统的虚拟机不同：它使用微软自研的轻量级虚拟机，运行一个经过优化的 Linux 内核（由微软维护的 microsoft/WSL2-Linux-Kernel）。

关键特性：

• 启动极快：WSL2 虚拟机在需要时几乎瞬时启动，无需等待 BIOS 启动过程
• 内存动态分配：不像固定虚拟机占用预定内存，WSL2 根据 Linux 进程需求动态分配并回收内存
• 文件系统互操作：通过 /mnt/c/ 访问 Windows 的 C 盘，通过 \\wsl$\Ubuntu\ 从 Windows 访问 Linux 文件
• 没有完整桌面：WSL2 天生是无头系统（仅终端）——虽然可以安装桌面环境，但这并非设计初衷

什么时候选 WSL2？如果你是 Windows 用户，只需要命令行环境来学习 Linux 命令、写 Shell 脚本、或运行开发工具（如 Git、Docker、Node.js、Python），WSL2 是最快最方便的选择。

什么时候选完整虚拟机？如果你想学习系统管理（systemd、网络配置、用户管理）、桌面环境、文件系统结构、或做任何涉及内核配置的实验，请使用完整虚拟机。

5. 引导加载程序——计算机开机后的第一个程序

当你按下电源键，计算机执行以下流程：

1. 通电自检（POST）→ 固件初始化硬件
2. 固件（UEFI / BIOS）扫描启动设备，找到引导加载程序
3. 引导加载程序（如 GRUB）加载操作系统内核到内存
4. 内核初始化，启动第一个进程 init（在现代 Linux 中通常是 systemd）

GRUB（Grand Unified Bootloader） 是 Linux 世界最主流的引导加载程序。你可以用它来选择启动哪个操作系统（如果你安装了双系统）。GRUB 通常位于硬盘的前部区域。常见的 GRUB 配置文件路径：/boot/grub/grub.cfg。

6. UEFI vs BIOS——两种启动模式

现代计算机使用 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，统一可扩展固件接口）取代了传统的 BIOS（Basic Input/Output System，基本输入输出系统）。

Ubuntu 安装时如何处理？ 绝大多数现代电脑（2015 年后出厂）默认使用 UEFI 模式。Ubuntu 安装程序会自动检测并配置对应的引导方式。如果你的电脑开启了 Secure Boot，Ubuntu 也已支持（使用 Microsoft 签名的 Shim 引导程序）。

7. 分区方案与文件系统——把硬盘划分成功能区

分区就是把一块硬盘"切"成几个逻辑区域，类似于把一个大房间用隔断分成卧室、客厅、厨房。

推荐新手在虚拟机中使用 自动分区（使用整个虚拟磁盘），安装程序会创建必需的分区。但了解手动分区的概念有助于理解 Linux 文件系统结构：

ext4 是什么？ extended filesystem 的第 4 代。它是 Linux 最通用的文件系统，支持最大 1 EB 的卷大小和 16 TB 的单个文件，内置日志功能（崩溃后快速恢复数据）。

ext4 vs xfs vs btrfs——三种文件系统的设计取舍

为什么 ext4 是默认选择？ ext4 的优势不在于性能最强，而在于久经考验的稳定性和最广泛的兼容性。几乎所有 Linux 发行版的安装程序都默认 ext4，所有救援工具都支持它，20 年的生产部署证明了它的可靠性。对于新用户，ext4 是"不会出错"的选择。

8. 云服务器安装——真正"运维"视角的安装

云服务器（如阿里云 ECS、腾讯云 CVM、AWS EC2）的安装流程和本地虚拟机完全不同——你不再有"安装光盘"和"安装向导"，而是：

1. 选择镜像：云厂商提供预装好的系统镜像（Ubuntu 24.04、Rocky Linux 9、Debian 12 等），本质是"已安装好并打过快照"的系统
2. 选择规格：CPU/内存（如 2C4G）、系统盘大小（默认 40GB，建议 50GB+）、网络带宽
3. 选择网络：VPC、交换机、是否分配公网 IP——这些概念在第 61 章「云网络基础」中详细展开
4. 设置登录方式：密码或 SSH 密钥对（强烈推荐密钥对，云厂商生成私钥下载，公钥自动写入 ~/.ssh/authorized_keys）

创建完成后没有图形界面，你通过 SSH 远程登录：

# 本机终端执行（Windows 用 PowerShell 或 WSL）
ssh -i ~/.ssh/id_ed25519 root@47.xx.xx.xx
# 或指定用户：ssh -i key.pem ubuntu@47.xx.xx.xx（Ubuntu 镜像默认用户是 ubuntu）

# 首次登录后建议立即做：
apt update && apt upgrade -y          # Debian/Ubuntu 系
dnf update -y                         # Rocky/Alma 系
passwd                                # 修改 root 密码（如果用密码登录）

# 检查系统信息
uname -a && cat /etc/os-release

9. 双系统安装——进阶玩家的完整硬件体验

双系统（Dual Boot）适合已经有一台 Windows 电脑、且需要完整 Linux 硬件性能（游戏、GPU 直通、内核实验）的用户。安装要点：

• 先备份 Windows：双系统安装失败导致数据丢失是最常见的翻车事故。备份重要数据后，用 Windows 自带"磁盘管理"压缩出一个至少 60GB 的未分配空间（不要新建卷，保留未分配状态）
• 关闭快速启动：Windows 的"快速启动"会锁定 NTFS 分区，导致 Linux 无法挂载 Windows 分区。在 Windows 的电源选项中关闭"快速启动"
• 安装时选"其他选项"（手动分区）：在压缩出的未分配空间上创建 /（ext4）和 swap 即可，/home 可暂不分（后续用 LVM 扩展）
• GRUB 接管引导：Ubuntu 安装程序自动把 GRUB 写入 EFI 分区，开机出现 GRUB 菜单，可同时看到 Ubuntu 和 Windows Boot Manager 两个选项

如果安装后 GRUB 菜单丢失或只剩 Windows：

# 方案一：在 Windows 中用 EasyBCD 或 bcdedit 添加 GRUB 引导项
# 方案二：制作 Ubuntu 启动 U 盘，进入 "Try Ubuntu"，执行：
sudo mount /dev/nvme0n1p2 /mnt    # 挂载根分区（用 lsblk 确认实际分区号）
sudo mount /dev/nvme0n1p1 /mnt/boot/efi   # 挂载 EFI 分区
sudo chroot /mnt
grub-install --efi-directory=/boot/efi /dev/nvme0n1
update-grub
exit

示例代码

以下步骤假设你使用 Windows 或 macOS 作为宿主机：

Step 1：下载所需软件

1. VirtualBox：访问 virtualbox.org → Downloads → 选择对应操作系统的安装包
2. Ubuntu LTS ISO 镜像：访问 ubuntu.com/download → 选择 Ubuntu 24.04 LTS（LTS 版本 = 5 年长期支持）

Step 2：新建虚拟机

1. 打开 VirtualBox → 点击"新建（New）"
2. 名称：Ubuntu 学习；类型：Linux；版本：Ubuntu (64-bit)
3. 内存大小：4096 MB（4 GB）——如果你的宿主机有 8 GB 以上内存
4. 创建虚拟硬盘：VDI 格式 → 选择"动态分配（Dynamically Allocated）" → 大小 25 GB

Step 3：挂载 ISO 并启动

1. 选中新创建的虚拟机 → 点击"设置（Settings）" → 存储（Storage）
2. 在"控制器：IDE"下点击光盘图标 → 选择你的 Ubuntu ISO 文件
3. 网络（Network）→ 默认 NAT 模式即可（虚拟机可上网，但外部无法访问虚拟机）
4. 点击"启动（Start）"

Step 4：安装 Ubuntu

1. 启动后看到 GRUB 菜单 → 选择 Try or Install Ubuntu
2. 左侧语言列表选择 中文（简体） → 点击"安装 Ubuntu"
3. 键盘布局：Chinese → 选择 Chinese
4. 安装类型：选择"清除整个磁盘并安装 Ubuntu"（在虚拟机中安全，不会影响宿主机）→ 此时安装程序会自动完成分区
5. 时区：选择 Shanghai 或在你所在的时区点一下地图
6. 创建用户：输入你的姓名、计算机名（建议简洁，如 ubuntu-pc）、用户名（如 admin）、密码（务必记住！）
7. 等待安装完成 → 重启

Step 5：安装后系统配置

# 1. 更新系统（第一次必须做）
sudo apt update && sudo apt upgrade -y
# 输出: Hit:1 http://archive.ubuntu.com/ubuntu noble InRelease
# 输出: Reading package lists... Done
# 输出: 0 upgraded, 0 newly installed, 0 to remove

# 2. 安装 VirtualBox Guest Additions（增强功能）
#    在 VirtualBox 菜单：设备 → 安装增强功能
#    然后在虚拟机终端中：
sudo apt install build-essential dkms
# 输出: ... 42 newly installed ...
sudo mount /dev/cdrom /mnt
cd /mnt && sudo ./VBoxLinuxAdditions.run
# 输出: VirtualBox Guest Additions installer

# 3. 重启使增强功能生效
sudo reboot
# 输出: ...（虚拟机控制台重启，重新登录系统）

# 4. 安装中文输入法（可选）
sudo apt install ibus-libpinyin
# 输出: ... 15 newly installed ...
# 安装后重启或注销 → 设置 → 键盘 → 添加输入源 → 中文（智能拼音）

# 5. （可选）安装常用开发工具
# 注意：net-tools 包含 ifconfig、netstat 等已废弃命令，建议使用 ip、ss 等现代命令
sudo apt install -y curl wget vim git net-tools htop
# 输出: ... 20 newly installed ...

Step 6：安装后验证清单

# 一条命令验证"系统可用"
echo "=== 内核 ==="; uname -r
echo "=== 发行版 ==="; grep PRETTY_NAME /etc/os-release
echo "=== 磁盘分区 ==="; lsblk
echo "=== 内存 ==="; free -h
echo "=== 网络 ==="; ip addr show | grep -E "inet .*(eth|ens|enp)"
echo "=== 包管理器 ==="; apt list --installed 2>/dev/null | wc -l
# 输出: 内核 6.8.0-31-generic / Ubuntu 24.04.1 LTS / 磁盘 sda1 /
# 内存 3.8Gi total / 网络 10.0.2.15/24 / 已安装 1800+ 包

# 创建第一个练习用的普通用户（如果安装时用了用户名 admin，跳过）
sudo useradd -m -s /bin/bash student
sudo passwd student

# 验证 sudo 权限
sudo -v && echo "sudo OK"

Step 7：快照练习——学会"后悔药"

快照是虚拟机的"存档"功能：把当前硬盘状态完整保存下来，任何时候都能一键回到存档点。强烈建议在刚装完系统的状态下拍摄第一个快照：

# VirtualBox 图形操作：选中虚拟机 → 右上角"≡" → 快照 → 拍摄快照
# 命名建议：base-刚装完系统（能看懂即可）

# 练习破坏与恢复：
# 1. 故意删除关键系统文件（在虚拟机内）
sudo rm -rf /etc/ssh
# 2. 重启发现 SSH 配置丢失
# 3. 回到快照：VirtualBox → 快照 → 右键 base → 恢复
# 4. 系统回到拍摄时的状态，一切完好

# 命令行方式（VBoxManage）：
VBoxManage snapshot "Ubuntu 学习" take "base-clean"
VBoxManage snapshot "Ubuntu 学习" restore "base-clean"

常见错误

最佳实践

为什么官方推荐使用 LTS 版本？

LTS（Long Term Support）版本的核心优势不只是"能用更久"，而是行为可预测性。在服务器和生产环境中，最大的风险不是"软件不够新"，而是"软件行为在两次更新之间发生了变化"。LTS 版本承诺：

• 5 年安全补丁：不会因为版本停止维护而暴露已知漏洞
• API/ABI 稳定：同一个 LTS 版本内，系统调用接口、库版本不会做破坏性变更，你的应用不会因为系统更新而崩溃
• 经过更充分测试：LTS 版本在发布前经历更长的测试周期，已知 bug 的修复也更保守（只修严重的，不追新特性）
• 第三方软件兼容：Docker、MySQL、Nginx 等主流软件都以 LTS 版本作为主要测试目标

非 LTS 版本（如 Ubuntu 24.10）每 6 个月发布一次，只维护 9 个月。它们的价值在于让开发者提前体验新特性，而非用于生产环境。

练习题

1. （概念）虚拟机和双系统有哪些本质区别？各自的优缺点是什么？
2. （概念）UEFI 和 BIOS 的关键区别有哪些？为什么现代计算机普遍使用 UEFI？
3. （实操）在 VirtualBox 中创建一台 Ubuntu 24.04 LTS 虚拟机，完成完整安装流程。记录安装过程中的每一步截图。
4. （实操）安装完成后在终端执行 uname -a、lsblk、free -h，对比 1.1：Linux 是什么 中你看到的输出是否一致。
5. （实操）使用 df -Th 命令查看当前的分区布局，识别每个分区的文件系统和挂载点。尝试在脑海中映射本章分区表中的概念。
6. （探究 🔍）在 VirtualBox 的设置中，尝试将网络模式从 NAT 改为桥接网卡。用 ip a 命令查看虚拟机的 IP 地址变化。思考 NAT 和桥接模式各自的应用场景。
7. （探究 🔍）如果你的 Windows 支持 WSL2，尝试在 WSL2 和 VirtualBox 虚拟机中都安装 Ubuntu。对比两者的启动时间、内存占用和命令执行速度。写一篇短文总结你的体验。

学习检查点

学完本章后，请检验自己是否掌握以下内容：

本章总结

安装 Linux 是所有后续学习的基础。本章介绍了四种安装方式——虚拟机（推荐新手首选）、WSL2（Windows 开发者友好）、双系统（完整物理体验）、云服务器（运维方向优先）。每种方式适应的场景不同，核心概念（虚拟机化、GRUB、UEFI、分区、ext4）是贯穿所有方式的通用知识。

安装完成后请务必完成三件事：① 执行 sudo apt update && sudo apt upgrade -y 补全安全补丁；② 拍摄一个虚拟硬盘快照作为"干净起点"；③ 用 Step 6 的验证清单确认系统健康。做好这三步，后续章节的每一次实验都有安全回退点——即使把系统搞坏，也只需要几分钟恢复。

核心概念速查：

下一步：安装完成后启动你的 Linux 系统，进入 1.3：第一次进入命令行「第一次进入命令行」，开始学习使用终端和 Shell。

延伸阅读