Linux入门背景知识

1.Linux的概述

Linux是一种自由和开放源码的类UNIX操作系统。该操作系统的内核Linus Torvalds在1991年10月5日首次发布，在加上其他的软件之后，比如系统实用程序、应用程序、shell还有公用函数库等等，就构成了我们的Linux操作系统。严格来说，Linux是单指操作系统的内核，但是如今Linux常用来指基于Linux的完整操作系统，内核则改以Linux内核称之。通常情况下，Linux被打包成供个人计算机和服务器使用的Linux发行版，一些流行的主流Linux发布版，包括Debian（及其派生版本Ubuntu、Linux Mint还有国产的Deepin等等）、Fedora（及其相关版本Red Hat Enterprise Linux、CentOS）和openSUSE等。Linux发行版包含Linux内核和支撑内核的
实用程序和库，通常还带有大量可以满足各类需求的应用程序。
Linux最初仅仅支持英特尔x86架构的个人电脑。随着Linux的不断发展，当前的Linux已经被移植到更多的计算机硬件平台，远远超出其他任何操作系统。Linux可以运行在服务器和其他大型平台之上，如大型计算机和超级计算机。世界上500个最快的超级计算机90％以上运行Linux发行版或变种，包括最快的前10名超级电脑运行的都是基于Linux内核的操作系统。Linux也广泛应用在嵌入式系统上，如手机、平板电脑、路由器、电视和电子游戏机等。在移动设备上广泛使用的Android操作系统就是创建在Linux内核之上，另外苹果公司所使用的Mac OS X和iOS也是基于开源的类UNIX系统Darwin进行开发的。

2.Linux的历史

2.1unix操作系统

因为Linux是类Unix操作系统，所以在继续前进之前，有必要先了解一下Unix的历史：AT&T公司的贝尔实验室在70年代开发了Unix操作系统，它由Ken Thompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy等人开发（在开发Unix系统的过程当中，为增加Unix系统的可移植性，Ken Thompson和Dennis
Ritchie使用C语言重写了Unix）。Unix操作系统有AT&T System V （目前依然存活的基本上只有Sun公司的Solaris系列）和 Berkeley BSD两个大系列。当今的各种操作系统大多继承自Unix，Unix的历史基本上就是商业计算机的历史。
Unix的体系结构分为3层，从内到外依次是：内核–系统调用–应用层

1. 内核负责两个功能：控制计算机硬件资源；为其他程序运行提供环境
2. 系统调用就是内核的接口，应用程序可以通过系统调用来使用内核提供的功能。
3. Unix操作系统提供了shell来实现和用户之间的，shell是一个命令行解释器，它读取用户输入，然后执行命令。shell拥有很多版本，我们将介绍bash（Bourne-again shell），它位于/bin/bash，Linux和MacOS都可以使用bash。
4. 应用程序可以直接使用系统调用来调用内核的功能，但是因为系统调用往往设计得比较繁琐复杂，通常的Linux发行版中还对系统调用进行了一次封装，称为系统库。相对于系统调用而言，系统库的函数设计更加用户友好，所以应用程序通常也会使用系统库来使用内核提供的功能。

2.2POSIX标准和其他标准

在早期，各个发行厂商拿到Unix的内核授权以后，会根据本身硬件和客户需求来设计各自的系统调用和公用函数库，这样就导致了在各个发行版本上开发的程序不能跨越发行版本使用，并且产生大量的重复开发成本。为了减少这种开发成本，提升代码的可移植性，POSIX标准便应运而生。POSIX为各个系统调用和系统库的接口提供规范(IEEE 1003.1)，只需要进行少量甚至无需修改，遵守POSIX标准的代码就可以在不同的Unix发行版本的机器上使用。
之前我们在Windows的visual studio上所书写的C语言代码是具有良好的可移植性的，因为之前的所有代码都遵循ISO C标准。符合ISO C标准的C语言代码，可以在各个支持的平台上（包括且不限于Windows、Linux等）运行。

2.3开源运动兴起

1983年，Richard Stallman创立GNU计划，GNU的全名是Gnu’s Not Unix，它的目标就是开发出一个遵循GPL（即遵循GNU开源规范，满足这个规范的产品中，只要使用到GPL开源的代码，就必须将整个产品开源）的类Unix操作系统。在90年代初期，遵循GPL的库函数、编译器、调试工具和文本编辑器都已经开发完成，但是依然没有一个内核开发完成。当时，微内核构造的GNU Hurd正在开发中，但是进度极其缓慢。

2.4Linux诞生

由于Unix操作系统的各种优秀特性，它在市场上占据了庞大的份额。但是Unix操作系统是商业软件，使用它需要交纳昂贵的授权费用，这对个人用户以及科研院校十分不友好。一些类Unix系统，比如Minix，不支持任何类型的非学术领域使用，极大地限制了Unix系统的使用范围1990年，19岁大学生的Linus Torvalds开始在Minix上面学习操作系统相关课程。在1991年他在社区上提出要写出一个全新的开源的内核。1993年，宏内核构造的Linux内核面世，并且Linux内核的源代码遵循GNU的GPL。从此以后，广大的社区开发者便为新生的Linux内核积极贡献自己的力量。

2.4Linux操作系统成功原因

开源是Linux成功的核心原因。在Linus刚刚推出Linux内核的时候，它实际上只有不到1万行代码，实现了一个简单的内核。但是在开源社区（GNU）的推动之下，Linux开始迅速地发展起来，越来越多程序员开始为Linux系统贡献自己的力量另一方面，Linux系统也拥有良好的兼容性。Linux内核兼容POSIX标准，所以之前为其他Unix系统编写的旧程序可以无痛苦地转移到Linux操作系统上。除此以外，Linux操作系统也同时兼容System V和Berkeley BSD两大系列。

2.5Linux发行的版本

通常情况下，Linux被打包成供个人计算机和服务器使用的Linux发行版，一些流行的主流Linux发布版，包括Debian（及其派生版本Ubuntu、Linux Mint）、Fedora（及其相关版本Red Hat EnterpriseLinux、CentOS）和openSUSE等Linux发行版包含Linux内核和支撑内核的实用程序和系统库，通常还带有大量可以满足各类需求的应用程序。使用最多的是bash shell、GCC编译器、Vim文本编辑器和GDB程序调试器等等

2.6查看系统版本

Linux的内核代码可以在 https://www.kernel.org/上面进行查看

其中mainline代表着由Linus主导的主流开发版本。stable代表了稳定版本，longterm代表长期支持版本，linux-next代表着开发计划。
怎么查看自己操作系统的内核版本？打开shell，输入uname -a就可以查看内核版本。

$uname -a

在Ubuntu发行版中，在shell中输入cat /etc/issue 可以查看发行版的版本，版本信息当中的LTS字样是说明这个版本是长期支持版本的意思。

$cat /etc/issue

通常我们在机器上面应当部署稳定版本。当最新版本的内核的版本发布以后，开发人员也会对稳定版本发布补丁，让稳定版本也能使用最新的功能或者是修补一些安全漏洞。现有的机器，例如集群，就不需要消耗大量的时间和人力来重新安装系统，只需要安装上补丁就可以了。除了稳定版以外，在kernel.org上面还会提供开发版，上面会说明本期的开发计划和将要开发的功能。

参考资料

Linux内核的功能主要涉及这样几个方面：进程和进程调度、内存管理、文件系统管理和网络。硬件设备在使用的时候也会加载到内核里面。
可以参考书籍《深入理解LINUX内核》 （作者D.Bovet&M.Cesati，译者 陈莉君等）其他Linux参考书籍《Unix环境高级编程》《Linux_UNIX系统编程手册（两册）》