第3章Linux系统介绍
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第3章Linux系统介绍
Tomge008 发表于6个月前
第3章Linux系统介绍
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1.1 学习的知识点

1     什么是操作系统?

2     什么是Linux?

3     Linux的起源

4     UNIX操作系统的革命

5     Linux的诞生

6     Linux的发展历程

7     Linux核心概念知识

8     Linux系统组成

9     Linux的特点

10   Linux的应用领域

 

2.1 具体内容

2.1.1 什么是操作系统?

如果被问到什么是操作系统,可能很多初学者都会一脸茫然。虽然我们都知道平时一直在用的Windows XP、Windows 7、Windows 8其实就是操作系统,却无法准确给出操作系统的定义,或者向提问者解释清楚什么是操作系统。

 

操作系统,英文名称为Operating System,简称OS,是计算机系统中必不可少的基础系统软件,它是应用程序运行及用户操作必备的基础环境支撑,是计算机系统的核心。

 

操作系统的作用是管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源,它除了直接管理计算机系统的各种硬件资源(如CPU、内存、磁盘等)以外,还会对系统资源供需的优先顺序进行管理。此外,操作系统还可以控制设备的输入、输出及操作网络与管理文件系统等事务。同时,它也负责对计算机系统中各类软件资源进行管理(例如各类应用软件的安装、运行环境设置等)。图1-1是操作系统与计算机硬件、软件之间的关系示意图。

一句话定义操作系统:没有操作系统计算机没法工作!!!

 

综上所述,可以给操作系统一个基本的定义:

 

操作系统是计算机系统中必不可少的基础系统软件,它的作用是管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源,合理地组织计算机系统的工作流程,以便有效地利用这些资源为使用者提供一个功能强大、使用方便的操作环境。它在计算机系统(硬件)与使用者之间起到接口的作用。

上面的定义听起来是不是有些复杂?那老男孩就来帮助大家更简单快速地理解什么是操作系统。操作系统就是处于用户与计算机系统硬件之间用于传递信息的系统程序软件。例如:操作系统会在接收到用户输入的信息后,将其传给计算机系统硬件核心进行处理,然后再把处理结果返回给使用者。图1-2是简单理解操作系统作用的示意图。

 

目前PC(Intel x86系列)上比较常见的操作系统有Windows、Linux、DOS、UNIX等。

 

2.1.2 什么是Linux

与大家熟知的Windows操作系统软件一样,Linux也是一个操作系统软件。但是与Windows不同的是,Linux是一套开放源代码程序的,并可以自由传播的UNIX操作系统软件(UNIX系统是Linux系统的前身,具备很多优秀特性)。其在设计之初,就是基于Intel x86系列CPU架构计算机的。它是一个基于POSIX[注释]的多用户、多任务并且支持多线程和多CPU的操作系统。

 

Linux是由世界各地成千上万的程序员设计和开发实现的。当初开发Linux系统的目的就是建立不受任何商业化软件版权制约的、全世界都能自由使用的类UNIX操作系统兼容产品。在过去的20年里,Linux系统主要被应用于服务器端、嵌入式开发和个人PC桌面3大领域,其中服务器端、领域是重中之重。

 

从上面的内容可以看出,Linux操作系统之所以如此流行,是因为它具有如下一些特点:

☑    是开放源代码的程序软件,可自由修改。

☑    UNIX系统兼容,具备几乎所有UNIX的优秀特性。

☑    可自由传播,无任何商业化版权制约。

☑    适合Intel等x86 CPU系列架构的计算机。

 

2.1.3 Linux的起源

2.1.3.1 UNIX的历史

说到Linux的起源,就不得不提到Linux之前的UNIX系统。UNIX系统于1969年在AT&T的贝尔实验室诞生,20世纪70年代它逐步盛行,这期间又产生了一个比较重要的分支,就是大约1977年诞生的BSD(Berkeley Software Distribution)系统。从BSD系统开始,各大厂商及商业公司根据自身公司的硬件架构,并以BSD系统为基础进行UNIX系统的研发,从而产生了各种版本的UNIX系统,例如:SUN公司的Solaris、IBM公司的AIX、HP公司的HP UNIX等。图1-3给出了UNIX系统诞生、发展的时间及版本分支介绍,供读者参考。

[图片]图1-3 UNIX诞生及版本分支发展简略图解

 

       在图1-3中可以看到,本书的“主人公”Linux系统诞生于1991年左右,可以说Linux是从UNIX发展而来的。

 

2.1.3.2 UNIX的5大优秀特性(了解)

细心的读者应该看到前文曾提到“类UNIX操作系统兼容产品”或“类UNIX操作系统软件”吧?可为什么都要开发类UNIX系统呢?那是因为UNIX是一个非常棒的操作系统,它很像一个非常聪明伶俐但不太听话的孩子,而开发者们在开发系统时,一方面想要继承它的“聪明伶俐”,另一方面又想改善它不听话的一面,故而会有如此考虑。

 

那么UNIX都有哪些“聪明伶俐”的特点呢?一起来看看吧。

☑    1.技术成熟,可靠性高

使用UNIX系统时,即使连续运行若干年也无需重启,它依然可以工作得非常好。毫不夸张地说,只要计算机硬件不坏,UNIX就很难出现问题。

 

☑    2.极强的可伸缩性

UNIX支持的CPU处理器体系架构非常多,包括Intel/AMD及HP-PA、MIPS、PowerPC、UltraSPARC、ALPHA等RISC芯片,以及SMP、MPP等技术。

 

☑    3.强大的网络功能

Internet互联最重要的协议TCP/IP就是在UNIX上开发和发展起来的。此外,UNIX还支持很多常用的网络通信协议,如NFS、DCE、IPX/SPX、SLIP、PPP等。

 

☑    4.强大的数据库支持能力

Oracle、DB2、Sybase、Informix等大型数据库,都把UNIX作为其主要的数据库开发和运行平台,一直到目前为止,依然如此。

 

☑    5.强大的开发功能

正是UNIX促使了C语言的诞生,并相互促进与发展,成为当时工程师的首选操作系统和开发环境。互联网早期有重大意义的软件新技术的出现几乎都在UNIX上,例如:TCP/IP、WWW、Java、XML等。在互联网早期具有重大意义的软件及新技术几乎都出现在UNIX上。

 

2.1.4 UNIX操作系统的革命

20世纪70年代中后期,由于各厂商及商业公司开发的UNIX及内置软件都是针对自己公司特定硬件的,因此在其他公司的硬件上基本上无法直接运行,而且当时没有人对开发基于x86架构CPU的系统感兴趣。另外,20世纪70年代末,UNIX又面临了突如其来地被AT&T回收版权等重大问题,特别是要求禁止对学生群体提供UNIX系统源代码,这一度引起当时UNIX业界的恐慌,也因此产生了商业纠纷。

 

UNIX面临版权回收,以及代码不开源等的问题,直接或间接导致了新的类UNIX系统的诞生,以及自由软件运动的建立和发展。

 

1984年,Richard Stallman发起了开发自由软件的运动,并成立了自由软件基金会(Free Software Foundation,FSF)和GNU项目。当时发起这个自由软件运动和创建GNU项目的目的其实很简单,就是想开发一个类似UNIX系统,并且是自由软件的完整操作系统,也就是要解决20世纪70年代末UNIX版权及软件源代码面临闭源的问题,这个系统叫做GNU操作系统。

 

也是在20世纪80年代初期,同样是由于之前的UNIX系统版权和源代码限制等问题,当时大学里教学UNIX系统的束缚很大。因此,一个大学的教授(名字为Andrew Tanenbaum,谭邦宁),大概于1984年开始着手编写新的用于教学的UNIX系统,目标是开发新UNIX系统,使其尽可能地与原有的UNIX系统兼容,并且可以运行于x86 PC平台,这个系统的名字为Minix。

 

老男孩补充:由于谭邦宁开发这个Minix系统的目的只是用于教学,因此,Minix系统的功能无法满足商用的需求,但是Minix的产生对于Linux的诞生是至关重要的影响。

 

2.1.5 Linux的诞生

Linux系统的诞生始于芬兰赫尔辛基大学的一位计算机系名为Linus Torvalds的学生。在大学期间,他接触到了学校的UNIX系统,但是当时的UNIX系统仅为一台主机,且对应了多个终端,使用时存在操作等待时间很长等一些问题,无法满足轻的Linus Torvalds的使用需求。因此他萌生了自己开发一个UNIX的想法。不久,他找到了前文提到的谭邦宁教授开发的用于教学的Minix操作系统,和我们现在一样,他把Minix安装到了他的I386个人计算机上。此后,Torvalds又陆续阅读了Minix系统的源代码,从Minix系统中学到了很多重要的系统核心程序设计理念和设计思想,从而逐步开始了Linux系统雏形的设计和开发。

Linux的标志和吉祥物为一只名字叫作Tux的企鹅——Torvalds’UNIX,如图1-4所示。

图1-4 企鹅Tux

 

2.1.6 Linux的发展历程

2.1.6.1   Linux的发展历程简介

1984年,Andrew S.Tanenbaum开发了用于教学的UNIX系统,命名为Minix。

1989年,Andrew S.Tanenbaum将Minix系统运行于x86的PC平台。

1990年,芬兰赫尔辛基大学学生Linus Torvalds首次接触Minix系统。

1991年,Linus Torvalds开始在Minix上编写各种驱动程序等操作系统内核组件。

1991年年底,Linus Torvalds公开了Linux内核源码0.02版(http://www.kernel.org),注意,这里公开的Linux内核源码并不是我们现在使用的Linux系统的全部,而仅仅是Linux内核(kernel)部分的代码。

1993年,Linux 1.0版发行,Linux转向GPL版权协议。

1994年,Linux的第一个商业发行版Slackware问世。

1996年,美国国家标准技术局的计算机系统实验室确认Linux版本1.2.13(由Open Linux公司打包)符合POSIX标准。

1999年,Linux的简体中文发行版问世。

2000年后,Linux系统日趋成熟,涌现大量基于Linux服务器平台的应用,并广泛应用于基于ARM技术的嵌入式系统中。

 

2.1.6.2   Linux发展历程中相关人物

我们一定要向前辈们致以深深的敬意,没有他们,就没有今天优秀的Linux系统(如图1-5所示)。

图1-5 Linux系统诞生发展过程中关键代表人物

 

2.1.7 Linux核心概念知识

2.1.7.1 自由软件与FSF

1.    自由软件

简单地理解,自由软件的核心就是没有商业化软件版权制约,源代码开放,可无约束自由传播。

注意:自由软件强调的是权利问题,而非是否免费的问题。大家一定要理解这个概念,自由软件中的自由是“言论自由”中的“自由”,而不是“免费啤酒”中的“免费”。

自由意味着freedom,而免费意味着free,这是完全不同的概念。例如:Red Hat Linux自由但不免费,CentOS Linux是自由且免费的。

自由软件关乎使用者运行、复制、发布、研究、修改和改进该软件的自由。更精确地说,自由软件赋予软件使用者四种自由:

☑    不论目的为何,有运行该软件的自由。

☑    有研究该软件如何运行,以及按需改写该软件的自由。当然,取得该软件源代码为达成此目的之前提。

☑    有重新发布拷贝的自由。

☑有改进该软件,以及向公众发布改进的自由,这样整个社群都可受惠。同样,取得该软件的源码为达成此目的之前提。

 

2.    FSF

FSF(Free Software Foundation)的中文意思是自由软件基金会,是Richard Stallman于1984年发起和创办的。FSF的主要项目是GNU项目。它的目的是建立可自由发布和可移植的类UNIX操作系统产品。GNU项目本身产生的主要软件包括:Emacs编辑软件、gcc编译软件、bash命令解释程序和编程语言,以及gawk(GNU’s awk)等。

 

2.1.7.2 GNU知识

GNU的全称为GNU’s not unix,意思是“GNU不是UNIX”。GNU计划又称革奴计划,是由Richard Stallman在1984年公开发起的,是FSF的主要项目。前面已经提到过,这个项目的目标是建立一套完全自由的和可移植的类UNIX操作系统。

 

GNU类UNIX操作系统是由一系列应用程序、系统库和开发工具构成的软件集合,并加上了用于资源分配和硬件管理的内核。

 

但是GNU自己的内核Hurd仍在开发中,离实用还有一定的距离。因此,这个GNU系统并没有流行起来。现在的GNU系统通常是使用Linux系统的内核,加上GNU项目贡献的一些组件,以及其他相关程序组成的,这样的组合被称为GNU/Linux操作系统。

 

到1991年Linux内核发布的时候,GNU项目已经完成了除系统内核之外的各种必备软件的开发。在Linus Torvalds和其他开发人员的努力下,GNU项目的部分组件又运行到了Linux内核之上,例如:GNU项目里的Emacs、gcc、bash、gawk等,至今都是Linux系统中很重要的基础软件。

 

2.1.7.3 GPL知识

1.    GPL

 

GPL全称为General Public License,中文名为通用公共许可,是一个最著名的开源许可协议,开源社区最著名的Linux内核就是在GPL许可下发布的。GPL许可是由自由软件基金会创建的。

 

1984年,Richard Stallman发起开发自由软件的运动后不久,在其他人的协作下他创立了通用公共许可证(GPL),这对推动自由软件的发展起到至关重要的作用,那么,这个GPL到底是什么意思呢?

 

简单地理解,GPL许可的核心是保证任何人有共享和修改自由软件的自由,任何人有权取得、修改和重新发布自由软件的源代码权利,但都必须同时给出具体更改的源代码。

 

虽然整个Linux内核是基于GNU通用公共许可的,但是Linux内核并不是GNU计划的一部分,这一点请读者不要混淆。

 

2.    LGPL

 

LGPL(Lesser General Public License)相对于GPL较为宽松,允许不公开全部源代码,为基于Linux平台开发商业软件提供了更广阔的空间。对于该知识点,本书仅提及一下,有兴趣的读者可到网上查询相关信息。

 

2.1.8 Linux系统组成

Linux操作系统的核心为Linus Torvalds开发的kernel,Linux内核之上的组件分为几部分:一部分是GNU组件,如Emacs、gcc、bash、gawk等;另一些重要组成部分则来自于加利福尼亚大学伯克利分校的BSD UNIX项目和麻省理工学院的X Windows系统项目,以及在这之后成千上万的程序员开发的应用程序等(见表1-1)。正是Linux内核与GNU项目、BSD UNIX及MIT的X11(X Windows)的结合,才使得整个Linux操作系统很快形成,并得到了发展,进而组成了今天优秀的Linux系统。

Linux操作系统=Linux内核+GNU软件及系统软件+必要的应用程序

 

2.1.8.1   Linux系统组成

 

Linux操作系统的核心为Linus Torvalds开发的kernel,Linux内核之上的组件分为几部分:一部分是GNU组件,如Emacs、gcc、bash、gawk等;另一些重要组成部分则来自于加利福尼亚大学伯克利分校的BSD UNIX项目和麻省理工学院的X Windows系统项目,以及在这之后成千上万的程序员开发的应用程序等(见表1-1)。正是Linux内核与GNU项目、BSD UNIX及MIT的X11(X Windows)的结合,才使得整个Linux操作系统很快形成,并得到了发展,进而组成了今天优秀的Linux系统。

 

Linux操作系统=Linux内核+GNU软件及系统软件+必要的应用程序

Linux系统的核心组成原理示意图参照图1-1。

 

2.1.9 Linux的特点

2.1.9.1 Linux为什么受欢迎

Linux系统之所以受到广大计算机爱好者的喜爱,主要原因有两个:

 

1)    Linux属于自由软件,用户不用支付任何费用就可以获得系统和系统的源代码,并且可根据自己的需要对源代码进行必要的修改,无偿使用,无约束地自由传播。

 

 2)    Linux具有UNIX的全部优秀特性,任何使用UNIX操作系统或想要学习UNIX操作系统的人,都可以通过学习Linux来了解UNIX,同样可以获得UNIX中的几乎所有优秀功能,并且Linux系统更开放,社区开发和全世界的使用者也更活跃。

 

2.1.9.2 Linux更多特点介绍

       还记得前文对Linux操作系统特性的小结么?除了那些特点以外,其实Linux还具有如下一些特点:

       可以说Linux是UNIX在PC上的克隆版,仿UNIX内核构建,几乎与UNIX指令集向下完全兼容。

       是一个完善的支持多用户、多任务、多进程、多CPU的系统。

       具有很高的系统稳定性与可靠性。

       具有很高的系统安全性。

       有完善的网络服务,支持HTTP、FTP、SMTP、POP、SAMBA、SNMP、DNS、DHCP、SSH、TELNET等。

       是基于GNU许可,自由开放的系统。

       有大量第三方免费应用程序。

       得到了众多业界厂商支持,如IBM、Oracle、Intel、HP、MOTO、Google等。

       有完善的大型数据库平台,包括Oracle、DB/2、Sybase、MySQL、PostgreSQL等。

       有完善的图形用户界面,包括GNOME、KDE等。

       有完善的开发平台,包括C/C++、Java、Perl等,支持各类图形界面API,如GTK+、QT等。

 

2.1.10 Linux的应用领域

2.1.10.1 IT服务器Linux系统应用领域

       如今的IT服务器领域是Linux、UNIX、Windows三分天下,Linux系统可谓后起之秀,特别是最近几年来,服务器端Linux操作系统不断地扩大市场份额,每年增长势头迅猛,并且开始对Windows及UNIX服务器市场的地位构成严重威胁。

 

       Linux作为企业级服务器的应用十分广泛,利用Linux系统可以为企业构架WWW服务器、数据库服务器、负载均衡服务器、邮件服务器、DNS服务器、代理服务器(透明网关)、路由器等,不但使企业降低了运营成本,同时还获得了Linux系统带来的高稳定性和高可靠性,且无须考虑商业软件的版权问题。

 

       随着Linux在服务器领域的广泛应用,近几年来,该系统已经渗透到电信、金融、政府、教育、银行、石油等各个行业,同时各大硬件厂商也相继支持Linux操作系统。这一切表明,Linux在服务器市场前景光明。同时,大型、超大型互联网企业(百度、新浪、淘宝等)都在使用Linux系统作为其服务器端的程序运行平台,全球及国内排名前十的网站使用的几乎都是Linux系统,Linux已经逐步渗透到各个领域的企业里。

 

2.1.10.2 嵌入式Linux系统应用领域

       由于Linux系统开放源代码,功能强大、可靠、稳定性强、灵活,而且具有极大的伸缩性,再加上它广泛支持大量的微处理器体系结构、硬件设备、图形支持和通信协议,因此,在嵌入式应用的领域里,从因特网设备(路由器、交换机、防火墙、负载均衡器等)到专用的控制系统(自动售货机、手机、PDA、各种家用电器等),Linux操作系统都有很广阔的应用市场。特别是经过这几年的发展,它已经成功地跻身于主流嵌入式开发平台。例如,在智能手机领域,Android Linux已经在智能手机开发平台牢牢地占据了一席之地。嵌入式系统是另一个应用领域,不是本书讨论的主要话题,读者若对此感兴趣,可参考相关文章和书籍。

 

2.1.10.3 个人桌面Linux应用领域

       所谓个人桌面系统,其实就是我们在办公室使用的个人计算机系统,例如:Windows XP、Windows 7、MAC等。Linux系统在这方面的支持也已经非常好了,完全可以满足日常的办公及家用需求,例如:

       ·浏览器上网浏览(例如:Firefox浏览器)。

       ·办公室软件(Open Office,兼容微软Office软件)处理数据。

       ·收发电子邮件(例如:ThunderBird软件)。

       ·实时通信(例如:QQ等)。

       ·文字编辑(例如:vi、vim、emac)。

       ·多媒体应用。

       虽然Linux个人桌面系统的支持已经很广泛了,但是在当前的桌面市场份额还远远无法与Windows系统竞争,这其中的最大障碍可能不在于Linux桌面系统产品本身,而在于用户的使用观念、操作习惯和应用技能,以及曾经在Windows上开发的软件的移植问题。

3.1 企业案例

3.1.1 主流系统

我们熟知的大型、超大型互联网企业(百度、新浪、淘宝等)都使用Linux系统作为其服务器端的程序运行平台,全球及国内排名前十的网站使用的主流系统几乎都是Linux系统。

 

4.1 总结

       介绍Linux的由来与其背景,只是需要进行了解即可,在脑中有一个关于Linux的脉络。

标签: Linux; linux基础
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