細(xì)說Linux

我們經(jīng)常糊涂地將Linux內(nèi)核與Linux操作系統(tǒng)區(qū)分開。對(duì) Redhat、CentOS和Ubuntu更加暈頭轉(zhuǎn)向。 今天，我們介紹Linux操作系統(tǒng)的相關(guān)概念、開發(fā)歷史和總體架構(gòu)。

什么是Linux及內(nèi)核

在1991年，有個(gè)名為Linus Torvalds的學(xué)生在互聯(lián)網(wǎng)上發(fā)布了一個(gè)名為Linux的操作系統(tǒng)。說它是操作系統(tǒng)是因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)核心硬件的管理。但是它有不能稱為一個(gè)真正的或者說可用于生產(chǎn)的操作系統(tǒng)，因?yàn)樗粚?shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的簡單管理(也就是實(shí)現(xiàn)了一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核)，卻沒有編譯工具等其它操作系統(tǒng)必備的工具集成到其中。

在Linux的早期，Linux這個(gè)名詞其實(shí)就是Linux操作系統(tǒng)內(nèi)核的簡稱。Linux內(nèi)核并非操作系統(tǒng)而是實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的管理，是操作系統(tǒng)的基座，通常包括如下幾個(gè)方面：

內(nèi)存管理進(jìn)程管理，其實(shí)就是對(duì)CPU的管理設(shè)備管理，例如鼠標(biāo)，鍵盤等文件管理，也就是對(duì)硬盤等存儲(chǔ)設(shè)備的管理，抽象為文件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以看作一個(gè)特例

由于Linux內(nèi)核開源且免費(fèi)的特點(diǎn)，越來越多的公司和個(gè)人參與到Linux內(nèi)核的開發(fā)當(dāng)中。而且很多開源項(xiàng)目也移植到Linux之上，這樣Linux逐漸豐滿起來。

慢慢的，很多公司在Linux內(nèi)核的基礎(chǔ)上增加了開發(fā)工具和應(yīng)用軟件，將Linux內(nèi)核和這些用戶態(tài)的軟件打包成為一個(gè)操作系統(tǒng)安裝鏡像，這個(gè)系統(tǒng)稱為Linux操作系統(tǒng)，或者稱為Linux發(fā)行版。這個(gè)Linux操作系統(tǒng)就好像Windows系統(tǒng)一樣，普通用戶可以使用它進(jìn)行日常工作。

Linux發(fā)行版很多，比如我們見的比較多的有Ubuntu、Redhat和Suse等等，非常之多。對(duì)于傳統(tǒng)概念，操作系統(tǒng)應(yīng)該是一個(gè)具備完整功能的系統(tǒng)，它不僅僅包括內(nèi)核，還要包括很多應(yīng)用軟件。因此，后來逐漸將Linux的含義由Linux轉(zhuǎn)換為Linux操作系統(tǒng)，而Linux的內(nèi)核則用"Linux內(nèi)核"作為稱呼，以便于進(jìn)行區(qū)分。

Linux操作系統(tǒng)及各種發(fā)行版

前面我們簡要的介紹了Linux操作系統(tǒng)、內(nèi)核和發(fā)行版。對(duì)于Linux操作系統(tǒng)來說，其本身是一個(gè)整體，包括Linux內(nèi)核、系統(tǒng)庫和系統(tǒng)程序，Linux內(nèi)核是其最基礎(chǔ)的部分，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源的管理，并且提供了使用這些硬件資源的通用接口。

自1991年發(fā)布LInux內(nèi)核來，很多公司加入其中，在內(nèi)核的基礎(chǔ)上構(gòu)建了自己的操作系統(tǒng)版本，比如Redhat、Debian和Suse等等。如圖2是從1991年到2007年間Linux發(fā)行版的演化情況(高清圖請(qǐng)私信， linuxtl)?？梢钥闯?，到2007年已經(jīng)有不少于20個(gè)發(fā)行版了。

Linux發(fā)行版很多，下面簡單的介紹比較流行的發(fā)行版。

Redhat發(fā)行版

Red HatLinux是由Red Hat公司發(fā)布的一個(gè)Linux發(fā)行版。Red Hat Linux可算是一個(gè)“中年”的Linux發(fā)布包，其1.0版本于1994年11月3日發(fā)布。Red Hat Linux應(yīng)該是業(yè)界應(yīng)用最多的操作系統(tǒng)了，很多其它發(fā)行版都是基于該發(fā)行版，例如CentOS和Oracle Linux等等。

CentOS發(fā)行版

CentOS發(fā)行版是一個(gè)Red Hat LInux的開源版本。它是來自于Red Hat Linux依照開放源代碼規(guī)定釋出的源代碼所編譯而成。由于Red Hat Linux本身是一個(gè)商業(yè)操作系統(tǒng)，因此很多企業(yè)在使用是存在諸多不便，這些企業(yè)就轉(zhuǎn)移到CentOS上來。

Red Hat和CentOS等操作系統(tǒng)發(fā)行版主要應(yīng)用在企業(yè)服務(wù)中，更多的應(yīng)用在服務(wù)端業(yè)務(wù)中，比如Web服務(wù)和云計(jì)算等等。

Ubuntu發(fā)行版

Ubuntu最早是一個(gè)基于Dibian的桌面版發(fā)行版。Ubuntu基本上可以代替Windows實(shí)現(xiàn)日常辦公，因?yàn)槠浒l(fā)行版中包含日常辦公常用的所有軟件，比如郵件客戶端，開源Office套件等等我們能想到的工具。而且這些工具都是免費(fèi)的。

下面是Ubuntu桌面版的一個(gè)桌面截圖，可以看出其跟Windows或則MacOS很像，美觀度也是很贊的。

Ubuntu發(fā)展很快，目前除了桌面版外還有服務(wù)版和云計(jì)算版等其它版本，幾乎涵蓋了所有的應(yīng)用領(lǐng)域。

Suse發(fā)行版

Suse是德國 SuSE Linux AG公司發(fā)行維護(hù)的Linux發(fā)行版，是屬于此公司的注冊(cè)商標(biāo)。第一個(gè)版本出現(xiàn)在1994年年初，也是比較早的發(fā)行版之一。2004年這家公司被Novell公司收購。

我們只介紹了比較主流的發(fā)行版。Linux的發(fā)行版還很多，很難全部介紹。最后我們總結(jié)一下幾個(gè)關(guān)鍵發(fā)行版的時(shí)間線以及Linux社區(qū)的比較重要的幾個(gè)大事件，具體如圖所示。當(dāng)然，這里面不僅僅包括Linux操作系統(tǒng)本身，還包括編譯器和Git版本控制工具等等。

Linux操作系統(tǒng)整體架構(gòu)

前面我們介紹了操作系統(tǒng)不僅僅包含內(nèi)核，內(nèi)核只是操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源的管理。操作系統(tǒng)的組件通常包括如下幾部分：

操作系統(tǒng)內(nèi)核系統(tǒng)庫系統(tǒng)工具集基于上述關(guān)鍵組件，用戶可以使用該操作系統(tǒng)，或者基于該操作系統(tǒng)開發(fā)自己的應(yīng)用程序。如圖4為Linux操作系統(tǒng)架構(gòu)簡圖。從這張圖中我們可以看出操作系統(tǒng)與硬件及應(yīng)用軟件間的關(guān)系。下面我們分別介紹一下各部分含義和作用。

Linux內(nèi)核(Kernel)

內(nèi)核時(shí)操作系統(tǒng)最核心，最基礎(chǔ)的部分。它實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的管理，并且對(duì)上層提供接口。這里的接口包括開發(fā)接口和管理接口等等。通常來說有兩者類型的操作系統(tǒng)內(nèi)核，它們是微內(nèi)核和宏內(nèi)核。

微內(nèi)核，正如其名字一樣，它只包含最基礎(chǔ)的功能特性。在微內(nèi)核操作系統(tǒng)中只提供了非常簡單的軟件，包括內(nèi)存管理，進(jìn)程管理和進(jìn)程通信等等特性。

宏內(nèi)核，宏內(nèi)核不僅僅提供內(nèi)存管理、進(jìn)程管理和通信的特性，還包含很多驅(qū)動(dòng)程序。而且，這些驅(qū)動(dòng)程序通常是可以動(dòng)態(tài)的加載和卸載。

系統(tǒng)庫

操作系統(tǒng)不能自嗨，其最重要的是為上層提供抽象的接口，這樣開發(fā)人員才能開發(fā)應(yīng)用程序，從而利用計(jì)算機(jī)資源。其中系統(tǒng)庫就是操作系統(tǒng)提供的抽象接口，也就是開發(fā)接口或者系統(tǒng)API。類似的接口很多，比如訪問文件系統(tǒng)的API，網(wǎng)絡(luò)套接字API或者進(jìn)程管理API等等。

系統(tǒng)程序(工具集)

系統(tǒng)工具集其實(shí)就是操作系統(tǒng)自帶的一些軟件。這些軟件主要實(shí)現(xiàn)對(duì)操作系統(tǒng)的管理和監(jiān)控等功能。比如對(duì)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的查看(ifconfig)，磁盤格式化和磁盤負(fù)載監(jiān)控等等。類似的工具很多，本文不再贅述。

上面只是簡單的介紹了一下Linux操作系統(tǒng)的幾個(gè)核心組件，其實(shí)Linux的整體架構(gòu)要復(fù)雜的多。單純從Linux內(nèi)核的角度，它要管理CPU、內(nèi)存、網(wǎng)卡、硬盤和輸入輸出等設(shè)備，因此內(nèi)核本身分為進(jìn)程調(diào)度，內(nèi)存管理，虛擬文件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接口等4個(gè)核心子系統(tǒng)。