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Linux 操作系统简介

在本章中，您将了解 GNU/Linux 发行版。

目标：在本章中，您将学会如何

✔ 描述操作系统的功能和可能的架构。
✔ 回顾 UNIX 和 GNU/Linux 的历史。
✔ 为您的需求选择合适的 Linux 发行版。
✔ 解释自由和开源软件的理念。
✔ 了解 Shell 的用途。

🏁 概述、Linux、发行版

知识： ⭐
难度：⭐

阅读时间：10 分钟

什么是操作系统？

Linux、UNIX、BSD、Windows 和 MacOS 都是操作系统。

摘要

操作系统是一组管理计算机可用资源的程序。

作为资源管理的一部分，操作系统需要

  • 管理物理或虚拟内存。

    • 物理内存由 RAM 条和处理器缓存内存组成，用于程序执行。

    • 虚拟内存是硬盘上的一个位置（交换分区），它允许卸载物理内存并在计算机断电时保存系统的当前状态。

  • 拦截外设访问。软件很少能直接访问硬件（除非是出于特定需求的显卡）。

  • 为应用程序提供适当的任务管理。操作系统负责调度进程以占用处理器。

  • 保护文件免受未经授权的访问。

  • 收集有关正在使用或正在进行的程序的信息。

Operation of an operating system

UNIX - GNU/Linux 概论

历史

UNIX

  • 1964 - 1968：为麻省理工学院、贝尔实验室 (AT&T) 和通用电气开发了 MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service)。

  • 1969 - 1971：在贝尔（1969 年）和通用电气退出该项目后，两位开发人员 Ken Thompson 和 Dennis Ritchie（后来 Brian Kernighan 加入）认为 MULTICS 过于复杂，开始开发 UNIX (UNiplexed Information and Computing Service)。虽然它最初是用汇编语言创建的，但 UNIX 的创建者最终开发了 B 语言，然后是 C 语言（1971 年），并完全重写了 UNIX。由于它是在 1970 年开发的，UNIX/Linux 系统的开始时间（纪元）被设定在 1970 年 1 月 1 日。

C 语言至今仍是最流行的编程语言之一。作为一种接近硬件的低级语言，它允许将操作系统适配到任何拥有 C 编译器的机器架构。

UNIX 是一个开放且不断发展的操作系统，在计算历史中发挥了重要作用。它是许多其他系统（如 Linux、BSD、MacOS 等）的基础。

UNIX 至今仍具相关性（HP-UX、AIX、Solaris 等）。

GNU 项目

  • 1984：Richard Matthew Stallman 发起了 GNU (GNU's Not Unix) 项目，旨在建立一个自由且开放的 Unix 系统，其中最重要的工具包括：gcc 编译器、bash Shell、Emacs 编辑器等。GNU 是一个类 Unix 操作系统。GNU 的开发始于 1984 年 1 月，被称为 GNU 项目。GNU 的许多程序都是在 GNU 项目的名义下发布的；我们称之为 GNU 包。

  • 1990：GNU 的内核 GNU Hurd 于 1990 年启动（在 Linux 启动之前）。

MINIX

  • 1987：Andrew S. Tanenbaum 开发了 MINIX，一个简化的 UNIX，用于以简单的方式教授操作系统。Tanenbaum 先生提供了他操作系统的源代码。

Linux

  • 1991：芬兰学生Linus Torvalds 创建了一个在他个人电脑上运行的操作系统，并将其命名为 Linux。他在 Usenet 讨论论坛上发布了他的第一个版本，称为 0.02，其他开发人员帮助他改进了他的系统。Linux 这个词是创始人名字 Linus 和 UNIX 的文字游戏。

  • 1993：Debian 发行版创建。Debian 是一个非商业性的、社区驱动的发行版。最初是为了在服务器上使用而开发的，它非常适合此角色；然而，它是一个通用的系统，也可用于个人电脑。Debian 是许多其他发行版（如 Mint 或 Ubuntu）的基础。

  • 1994：由 Red Hat 公司创建了商业发行版 Red Hat，该公司是 GNU/Linux 操作系统的领先发行商。Red Hat 支持社区版本 Fedora，直到最近还支持免费发行版 CentOS。

  • 1997：KDE 桌面环境创建。它基于 Qt 组件库和 C++ 开发语言。

  • 1999：GNOME 桌面环境创建。它基于 GTK+ 组件库。

  • 2002：Arch 发行版创建。其特点是提供滚动发布（持续更新）。

  • 2004：Canonical 公司（Mark Shuttleworth）创建了 Ubuntu。它基于 Debian，但包含自由软件和专有软件。

  • 2021：基于 Red Hat 发行版创建了 Rocky Linux。

信息

名称争议：尽管人们习惯于口头上称 Linux 为操作系统，但严格来说，Linux 只是一个内核。我们不能忘记 GNU 项目在开源事业上的开发和贡献，所以！我更喜欢称之为 GNU/Linux 操作系统。

市场份额

尽管 Linux 非常普遍，但对于普通大众来说，它仍然相对不为人知。Linux 隐藏在智能手机、电视、互联网盒子等设备中。世界上近70% 的网站都托管在 Linux 或 UNIX 服务器上！

Linux 装备了大约3% 的个人电脑，但超过82% 的智能手机。例如，Android 操作系统使用 Linux 内核。

自 2018 年以来，Linux 装备了 100% 的全球 500 强超级计算机。超级计算机是一种旨在在设计时利用已知技术（尤其是在计算速度方面）实现最高可能性能的计算机。

架构设计

  • 内核是第一个软件组件。

    • 它是 Linux 系统的核心。
    • 它管理系统的硬件资源。
    • 其他软件组件必须通过它来访问硬件。

  • Shell 是一个解释用户命令并确保其执行的实用程序。

    • 主要 Shell：Bourne shell, C shell, Korn shell, and Bourne-Again shell (bash)。

  • 应用程序是用户程序，包括但不限于

    • 互联网浏览器
    • 文字处理器
    • 电子表格

多任务

Linux 属于分时操作系统家族。它在多个程序之间分配处理时间，并对用户透明地在程序之间切换。这意味着

  • 同时执行多个程序。
  • 调度程序分配 CPU 时间。
  • 减少了因应用程序失败而引起的问题。
  • 运行程序过多时性能下降。

多用户

MULTICS 的目的是允许用户从多个终端（屏幕和键盘）在一台计算机上工作（当时计算机非常昂贵）。受到这个操作系统的启发，Linux 保留了同时独立与多个用户工作的能力，每个用户都有自己的用户账户，拥有内存空间以及对文件和软件的访问权限。

多处理器

Linux 可以与多处理器计算机或多核处理器协同工作。

跨平台

Linux 用一种高级语言编写，可以在编译时适应不同的平台。这使得它可以在以下设备上运行

  • 家用电脑（PC 和笔记本电脑）
  • 服务器（数据和应用程序）
  • 便携式计算机（智能手机和平板电脑）
  • 嵌入式系统（车载电脑）
  • 网络有源设备（路由器和交换机）
  • 家用电器（电视和冰箱）

开放

Linux 基于公认的标准，如POSIX、TCP/IP、NFS 和Samba，这些标准允许它与其他应用系统共享数据和服务。

UNIX/Linux 理念

  • 将一切视为文件。
  • 重视可移植性。
  • 做好一件事，并把它做好。
  • KISS：保持简单，愚蠢。
  • "UNIX 是一个简单的操作系统，但你需要成为一个天才才能理解它的简单性。" (Dennis Ritchie)
  • "Unix 是用户友好的。只是它并不随意对待用户。" (Steven King)

GNU/Linux 发行版

Linux 发行版是围绕 Linux 内核组装的一致的软件集合，可与必要的组件一起安装和管理（安装、删除、配置）。有社团或社区发行版（Debian、Rocky）和商业发行版（Red Hat、Ubuntu）。

每个发行版都提供一个或多个桌面环境，并提供一套预装软件和额外的软件库。配置选项（例如内核或服务选项）因发行版而异。

这一原则使得发行版能够迎合初学者（Ubuntu、Linux Mint...）或为高级用户提供完全可定制的（Gentoo、Arch）；发行版还可以更适合服务器（Debian、Red Hat）或工作站（Fedora）。

桌面环境

有很多图形环境，如GNOME、KDE、LXDE、XFCE 等。总有一款适合您，它们的人体工程学足以与微软或苹果系统相媲美。

那么，为什么对 Linux 的热情如此之低呢，尽管这个系统几乎没有病毒？这是否是因为许多编辑器（Adobe）和制造商（Nvidia）不参与自由游戏，并且不提供其软件或驱动程序的 GNU/Linux 版本？也许是对改变的恐惧，或者是在哪里购买 Linux 电脑的困难，或者 Linux 下发布的电子游戏太少。至少最后一个借口很快就会成为过去，随着 Steam 游戏引擎 for Linux 的出现。

GNOME Desktop

GNOME 3 桌面环境不再使用桌面概念，而是使用 GNOME Shell（不要与命令行 Shell 混淆）。它兼作桌面、仪表板、通知区域和窗口选择器。GNOME 桌面环境基于GTK+ 组件库。

KDE Desktop

KDE 桌面环境基于Qt 组件库。它传统上推荐给熟悉 Windows 环境的用户。

Tux - The Linux mascot

自由 / 开源

Microsoft 或 Mac 操作系统的用户必须购买许可证才能使用该系统。该许可证有成本，尽管通常是透明的（许可证价格包含在计算机价格中）。

自由软件运动在GNU/Linux 世界中提供了大部分免费发行版。

自由不等于免费！

开源：源代码是公开的，因此可以在某些条件下进行查阅和修改。

自由软件必然是开源的，但反之则不然，因为开源软件与 GPL 许可证提供的自由是不同的。

GNU GPL (GNU 通用公共许可证)

GPL 保证了软件作者的知识产权，但允许第三方修改、重新分发或转售软件，前提是软件附带源代码。GPL 是源自GNU (GNU is Not UNIX) 项目的许可证，该项目在创建 Linux 的过程中发挥了重要作用。

它意味着

  • 为了任何目的运行程序的自由。
  • 研究程序工作原理并根据您的需求进行调整的自由。
  • 重新分发副本的自由。
  • 改进程序并将其改进发布以造福整个社区的自由。

另一方面，即使是 GPL 许可的产品也可以有成本。这不是产品本身，而是保证开发团队将继续对其进行开发、纠错，甚至为用户提供支持。

应用领域

Linux 发行版在以下方面表现出色：

  • 服务器：HTTP、电子邮件、群件、文件共享等。
  • 安全：网关、防火墙、路由器、代理等。
  • 中央计算机：银行、保险、工业等。
  • 嵌入式系统：路由器、互联网盒子、SmartTV 等。

Linux 是托管数据库或网站、或作为邮件服务器、DNS 或防火墙的合适选择。总之，Linux 几乎无所不能，这解释了特定发行版数量的原因。

Shell

概述

Shell，也称为命令行界面，允许用户向操作系统发送命令。由于图形界面的实现，它如今不太显眼，但在 Linux 系统上仍然是特权方式，因为并非所有 Linux 系统都有图形界面，并且其服务并不总是有设置界面。

它提供了一种真正的编程语言，包括经典的结构（循环、分支）和常见的构成（变量、参数传递、子程序）。它允许创建脚本来自动化某些操作（备份、用户创建、系统监控等）。

平台上或根据用户的偏好，有几种类型的 Shell 可供选择和配置。例如：

  • sh，POSIX 标准 Shell
  • csh，C 语言面向命令的 Shell
  • bash，Bourne-Again Shell，Linux Shell

功能

  • 命令执行（检查给定的命令并执行它）。
  • 输入/输出重定向（将数据返回到文件而不是写入屏幕）。
  • 连接进程（管理用户连接）。
  • 解释型编程语言（允许创建脚本）。
  • 环境变量（在运行期间访问特定于系统的​​信息）。

原理

Operating principle of the SHELL

检验您的知识

✔ 操作系统是一组用于管理计算机可用资源的程序

  • 正确
  • 错误

✔ 操作系统对于以下操作是必需的

  • 管理物理内存和虚拟内存
  • 允许直接访问外设
  • 将任务管理外包给处理器
  • 收集有关已使用或正在使用的程序的信息

✔ 在这些人物中，哪些人参与了 UNIX 的开发

  • Linus Torvalds
  • Ken Thompson
  • Lionel Richie
  • Brian Kernighan
  • Andrew Stuart Tanenbaum

✔ Linux 内核的创造者 Linus Torvalds 的原国籍是

  • 瑞典
  • 芬兰
  • 挪威
  • 佛兰德
  • 法国

✔ 以下哪个发行版是最古老的

  • Debian
  • Slackware
  • Red Hat
  • Arch

✔ Linux 内核是

  • 多任务
  • 多用户
  • 多处理器
  • 多核
  • 跨平台
  • 开放

✔ 自由软件是否一定是开源的？

  • 正确
  • 错误

✔ 开源软件是否一定是自由的？

  • 正确
  • 错误

✔ 以下哪个不是 Shell

  • Jason
  • Jason-Bourne shell (jbsh)
  • Bourne-Again shell (bash)
  • C shell (csh)
  • Korn shell (ksh)