操作系统概述及发展史、Linux内核、发行版及应用领域

一、 操作系统（Operation System，OS）

裸机：没有安装操作系统的计算机

• 如果想在 裸机 上运行自己所编写的程序，就必须用机器语言书写程序
• 如果计算机上安装了操作系统，就可以在操作系统上安装支持的高级语言环境，用高级语言开发程序

操作系统作为接口示意图

1.1 操作系统的作用

• 是现代计算机系统中 最基本和最重要 的系统软件
• 是 配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩展
• 主要作用是管理好硬件设备，并为用户和应用程序提供一个简单的接口，以便于使用
• 而其他的诸如编译程序、数据库管理系统，以及大量的应用软件，都直接依赖于操作系统的支持

 1.2 不同应用领域的主流操作系统

• 桌面操作系统
  • Windows 系列：用户群体大
  • macOS：适合于开发人员
  • Linux：应用软件少
• 服务器操作系统
  • Linux：安全、稳定、免费，占有率高
  • Windows Server：付费，占有率低
• 嵌入式操作系统：Linux
• 移动设备操作系统：iOS，Android（基于 Linux）

1.3 虚拟机

虚拟机（Virtual Machine）：指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔离环境中的完整计算机系统

• 虚拟系统通过生成现有操作系统的全新虚拟镜像，具有真实操作系统完全一样的功能
• 进入虚拟系统后，所有操作都是在这个全新的独立的虚拟系统里面进行，可以独立安装运行软件，保存数据，拥有自己的独立桌面，不会对真正的系统产生任何影响
• 而且能够在现有系统与虚拟镜像之间灵活切换的一类操作系统

 二、OS发展史

2.1 Unix

1965 年之前的时候，电脑并不像现在一样普遍，它可不是一般人能碰的起的，除非是军事或者学院的研究机构，而且当时大型主机至多能提供30台终端（30个键盘、显示器)，连接一台电脑

为了解决数量不够用的问题

• 1965 年左后由 贝尔实验室 加入了 麻省理工学院 以及 通用电气 合作的计划 —— 该计划要建立一套 多使用者(multi－user)、多任务(multi－processor)、多层次(multi－level) 的 MULTICS 操作系统，想让大型主机支持 300 台终端
• 1969 年前后这个项目进度缓慢，资金短缺，贝尔实验室退出了研究
• 1969 年从这个项目中退出的 Ken Thompson 当时在实验室无聊时，为了让一台空闲的电脑上能够运行 "星际旅行（Space Travel）" 游戏，在 8 月份左右趁着其妻子探亲的时间，用了 1 个月的时间，使用汇编写出了 Unix 操作系统的原型
• 1970 年，美国贝尔实验室的 Ken Thompson，以 BCPL 语言为基础，设计出很简单且很接近硬件的 B 语言（取BCPL的首字母），并且他用 B 语言 写了第一个 UNIX 操作系统
• 1971 年，同样酷爱 "星际旅行（Space Travel）" 的 Dennis M.Ritchie 为了能早点儿玩上游戏，加入了 Thompson 的开发项目，合作开发 UNIX，他的主要工作是改造 B 语言，因为B 语言 的跨平台性较差
• 1972 年，Dennis M.Ritchie 在 B 语言 的基础上最终设计出了一种新的语言，他取了 BCPL 的第二个字母作为这种语言的名字，这就是 C 语言
• 1973 年初，C 语言的主体完成，Thompson 和 Ritchie 迫不及待地开始用它完全重写了现在大名鼎鼎的 Unix 操作系统

2.2 Minix

• 因为 AT&T（通用电气） 的政策改变，在 Version 7 Unix 推出之后，发布新的使用条款，将 UNIX 源代码私有化，在大学中不能再使用 UNIX 源代码
• Andrew S. Tanenbaum（塔能鲍姆） 教授为了能 在课堂上教授学生操作系统运作的细节，决定在不使用任何 AT&T 的源代码前提下，自行开发与 UNIX 兼容的操作系统，以避免版权上的争议
• 以 小型 UNIX（mini-UNIX）之意，将它称为 MINIX

2.3 Linux

• 1991 年 林纳斯（Linus） 就读于赫尔辛基大学期间，对 Unix 产生浓厚兴趣，尝试着在Minix 上做一些开发工作
• 因为 Minix 只是教学使用，因此功能并不强，林纳斯 经常要用他的终端 仿真器（Terminal Emulator） 去访问大学主机上的新闻组和邮件，为了方便读写和下载文件，他自己编写了磁盘驱动程序和文件系统，这些在后来成为了 Linux 第一个内核的雏形，当时，他年仅 21 岁！
• 林纳斯 利用 GNU 的 bash 当做开发环境，gcc 当做编译工具，编写了 Linux 内核，一开始 Linux 并不能兼容 Unix
  • 即 Unix 上跑的应用程序不能在 Linux 上跑，即应用程序与内核之间的接口不一致
  • 一开始 Linux 只适用于 386，后来经过全世界的网友的帮助，最终能够兼容多种硬件

C 语言

• 在把 UNIX 移植到其他类型的计算机上使用时，C 语言强大的移植性（Portability）在此显现
  • 机器语言和汇编语言都不具有移植性，为 x86 开发的程序，不可能在 Alpha，SPARC 和 ARM 等机器上运行
• 而 C 语言程序则可以使用在任意架构的处理器上，只要那种架构的处理器具有对应的 C 语言编译器和库，然后将 C 源代码编译、连接成目标二进制文件之后即可运行

三、Linux 内核及发行版

3.1 Linux 内核版本

• 内核（kernel）是系统的心脏，是运行程序和管理像磁盘和打印机等硬件设备的核心程序，它提供了一个在裸设备与应用程序间的抽象层
• Linux 内核版本又分为 稳定版 和 开发版，两种版本是相互关联，相互循环
  • 稳定版：具有工业级强度，可以广泛地应用和部署。新的稳定版相对于较旧的只是修正一些 bug 或加入一些新的驱动程序
  • 开发版：由于要试验各种解决方案，所以变化很快
• 内核源码网址：The Linux Kernel Archives，所有来自全世界的对 Linux 源码的修改最终都会汇总到这个网站，由 Linus 领导的开源社区对其进行甄别和修改最终决定是否进入到 Linux 主线内核源码中

3.2 Linux 发行版本

• Linux 发行版（也被叫做 GNU/Linux 发行版）通常包含了包括桌面环境、办公套件、媒体播放器、数据库等应用软件

• 常见的发行版本如下：Ubuntu、Redhat、Fedora、openSUSE、Linux Mint、Debian、Manjaro、Mageia、CentOS、Arch

• 十大 Linux 服务器发行版排行榜：2016年十大Linux服务器发行版排行榜-linux服务器排行

在几乎每一份与 Linux 有关的榜单上，基于 Debian 的 Ubuntu 都占有一席之位。Canonical 的Ubuntu 胜过其他所有的 Linux 服务器发行版 ―― 从简单安装、出色的硬件发现，到世界级的商业支持，Ubuntu确立了难以企及的严格标准 

四、Linux 的应用领域

4.1 服务器领域

• Linux 在服务器领域的应用是其重要分支
• Linux 免费、稳定、高效等特点在这里得到了很好的体现
  • 早期因为维护、运行等原因同样受到了很大的限制
  • 近些年来 Linux 服务器市场得到了飞速的提升，尤其在一些高端领域尤为广泛

4.2 嵌入式领域

• 近些年来 Linux 在嵌入式领域的应用得到了飞速的提高
• Linux 运行稳定、对网络的良好支持性、低成本，且可以根据需要进行软件裁剪，内核最小可以达到几百 KB 等特点，使其近些年来在嵌入式领域的应用得到非常大的提高
• 主要应用：机顶盒、数字电视、网络电话、程控交换机、手机、PDA、等都是其应用领域，得到了 Google、三星、摩托罗拉、NEC 等公司的大力推广

4.3 个人桌面领域

• 此领域是传统 Linux 应用最薄弱的环节
• 传统 Linux 由于界面简单、操作复杂、应用软件少的缺点，一直被 Windows 所压制
• 近些年来随着 Ubuntu、Fedora 等优秀桌面环境的兴起，同时各大硬件厂商对其支持的加大，Linux 在个人桌面领域的占有率在逐渐的提高

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