Linux基礎(chǔ)教程第1章操作系統(tǒng)概述課件

Linux基礎(chǔ)教程（1）

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程系列教材湯荷美董淵李莉程志銳編著Linux基礎(chǔ)教程（1）

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育總目錄第1部分Linux操作系統(tǒng) 第1章操作系統(tǒng)概述 第2章處理機(jī)管理 第3章存儲(chǔ)管理 第4章調(diào)度 第5章設(shè)備 第6章文件系統(tǒng)總目錄第1部分Linux操作系統(tǒng)第2部分操作系統(tǒng)命令及shell編程 第7章Linux基本命令 第8章使用vi編輯文件 第9章shell編程第3部分系統(tǒng)管理 第10章Linux系統(tǒng)軟件的獲取和安裝 第11章賬號(hào)管理 第12章文件系統(tǒng)管理 第13章TCP/IP網(wǎng)絡(luò)管理 第14章備份與恢復(fù) 第15章XWindow及Genie應(yīng)用程序第2部分操作系統(tǒng)命令及shell編程第1部分Linux操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2操作系統(tǒng)接口1.3操作系統(tǒng)功能1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5Linux操作系統(tǒng)介紹1.6Linux的內(nèi)核特征1.7Linux的發(fā)展及展望1.8小結(jié)習(xí)題第1部分Linux操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述1操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)軟件。軟件系統(tǒng)中操作系統(tǒng)是所有軟件的核心。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制、管理計(jì)算機(jī)的所有軟件、硬件資源，是惟一直接和硬件系統(tǒng)打交道的軟件，是整個(gè)軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，同時(shí)還為計(jì)算機(jī)用戶提供良好的界面。因此，操作系統(tǒng)直接面對(duì)所有硬件、軟件和用戶，它是協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各組成部分之間、人機(jī)之間關(guān)系的重要軟件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)軟件。軟件系統(tǒng)中操作系統(tǒng)是所有Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不斷完善的操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)高效、穩(wěn)定，適應(yīng)多種硬件平臺(tái)，而最具有魅力的是它遵循GPL（GNUGeneralPublicLicense，GNU通用公共許可證，見(jiàn)附錄），整個(gè)系統(tǒng)的源代碼可以自由獲取，并且在GPL許可的范圍內(nèi)自由修改、傳播，這就為學(xué)習(xí)、應(yīng)用、開發(fā)操作系統(tǒng)及其他軟件提供了良好的基礎(chǔ)和較高的起點(diǎn)。本章首先介紹操作系統(tǒng)的概念、功能及其結(jié)構(gòu)，接著介紹Linux系統(tǒng)的基本特征、發(fā)展現(xiàn)狀，并以此為基礎(chǔ)，討論現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一般特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不斷完善1.1操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1操作系統(tǒng)概念一種非形式的定義如下：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它是這樣一些程序模塊的集合——它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與用戶之間起到接口作用。1.1操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介普通用戶使用操作系統(tǒng)，是把操作系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)資源管理者，通過(guò)系統(tǒng)提供的系統(tǒng)命令和界面操作等工具，以某種易于理解的方式完成系統(tǒng)管理功能，有效地控制各種硬件資源，組織自己的數(shù)據(jù)，完成自己的工作并和其他人共享資源。對(duì)于程序員來(lái)講，操作系統(tǒng)提供了一個(gè)與計(jì)算機(jī)硬件等價(jià)的擴(kuò)展或虛擬的計(jì)算平臺(tái)。操作系統(tǒng)提供給程序員的工具除了系統(tǒng)命令、界面操作之外，還有系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用抽象了許多硬件細(xì)節(jié)，程序可以以某種統(tǒng)一的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，程序員可以避開許多具體的硬件細(xì)節(jié)，提高程序開發(fā)效率，改善程序移植特性。普通用戶使用操作系統(tǒng)，是把操作系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)資源管理者，通過(guò)系整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以認(rèn)為是按照一定規(guī)則分層構(gòu)建的，我們可以使用圖1.1來(lái)示意性地描述這種層次結(jié)構(gòu)。圖1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以認(rèn)為是按照一定規(guī)則分層構(gòu)建的，我們可以使用1.1.2操作系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介操作系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，圍繞著如何提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的利用率和改善用戶界面的友好性而形成，發(fā)展和不斷成熟完善的。隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度越來(lái)越快，其高速的數(shù)據(jù)處理與低速的手工操作之間的矛盾日益突出，傳統(tǒng)的手工操作是系統(tǒng)的最大制約因素，昂貴的計(jì)算機(jī)硬件資源得不到有效的利用。一個(gè)重要的技術(shù)是批處理，專門的操作人員把用戶提交的任務(wù)按照一定的類別、順序組織起來(lái)，形成作業(yè)序列，這些作業(yè)成批地在專門的監(jiān)督程序控制之下自動(dòng)執(zhí)行。這里的監(jiān)督程序就是操作系統(tǒng)的雛形。1.1.2操作系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介最初的批處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中仍然只有一個(gè)程序在運(yùn)行，總體系統(tǒng)的效率仍然沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。解決這個(gè)問(wèn)題的措施稱為多道技術(shù)。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)使得在內(nèi)存中有多個(gè)程序，保證系統(tǒng)的處理器總是處于工作狀態(tài)，極大地提高了系統(tǒng)的利用率。多道技術(shù)開始使用在批處理系統(tǒng)中，稱為多道批處理系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)效率高，但是，在脫機(jī)批處理情況下，高效帶來(lái)的問(wèn)題是用戶對(duì)自己作業(yè)的控制程度降低。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的方案是分時(shí)技術(shù)。分時(shí)系統(tǒng)把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成時(shí)間片，按照時(shí)間片輪流把處理機(jī)分配給每一個(gè)聯(lián)機(jī)用戶。由于每一個(gè)時(shí)間片很短，宏觀上來(lái)看，所有用戶同時(shí)操作計(jì)算機(jī)，各自獨(dú)立控制自己的作業(yè)。最初的批處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中仍然只有一個(gè)程序在運(yùn)行，總體與分時(shí)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，還有一種實(shí)時(shí)(realtime)操作系統(tǒng)，控制計(jì)算機(jī)對(duì)外來(lái)信息進(jìn)行快速處理，要求系統(tǒng)在允許的時(shí)間范圍之內(nèi)做出響應(yīng)。同時(shí)具有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理功能，或者其中兩種以上功能的系統(tǒng)，稱為通用操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)就是具有內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)功能的多用戶分時(shí)系統(tǒng)。它兼有多道批處理和分時(shí)處理功能，是一個(gè)典型的通用處理系統(tǒng)。一方面強(qiáng)調(diào)分布式計(jì)算和處理，另一方面強(qiáng)調(diào)物理上跨越不同的主機(jī)系統(tǒng)、邏輯上緊密耦合構(gòu)成統(tǒng)一完整的操作系統(tǒng)平臺(tái)，這樣的系統(tǒng)就是分布式操作系統(tǒng)(distributedoperatingsystem)。這是當(dāng)前操作系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。與分時(shí)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，還有一種實(shí)時(shí)(realtime)操作系統(tǒng)當(dāng)前，計(jì)算機(jī)微型化和專業(yè)化趨勢(shì)已成事實(shí)。這兩種發(fā)展趨勢(shì)都產(chǎn)生了一個(gè)共同的需求，即嵌入式軟件。嵌入式軟件也需要操作系統(tǒng)平臺(tái)的支持，這樣的操作系統(tǒng)就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式軟件系統(tǒng)的規(guī)模小，相應(yīng)地，其操作系統(tǒng)的規(guī)模也小。嵌入式軟件的應(yīng)用平臺(tái)之一是各種電器，這樣的系統(tǒng)面向普通家庭和個(gè)人用戶，由于快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，使得家用電器的市場(chǎng)比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)市場(chǎng)大很多。因此，嵌入式軟件可能成為21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的支柱之一，嵌入式操作系統(tǒng)也必將成為軟件廠商爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)，成為操作系統(tǒng)發(fā)展的另一個(gè)熱門方向。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)微型化和專業(yè)化趨勢(shì)已成事實(shí)。這兩種發(fā)展趨勢(shì)都產(chǎn)生1.2操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)在整個(gè)軟件系統(tǒng)中處于中心地位，負(fù)責(zé)控制、管理計(jì)算機(jī)的所有軟件、硬件資源，它屏蔽了很多具體的硬件細(xì)節(jié)，對(duì)計(jì)算機(jī)用戶提供統(tǒng)一、良好的界面（或稱為接口，interface）。本節(jié)介紹操作系統(tǒng)的接口界面，下一節(jié)主要介紹操作系統(tǒng)的管理功能。在計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)中，操作系統(tǒng)通過(guò)接口向上層用戶提供各種服務(wù)，而上層用戶通過(guò)操作系統(tǒng)接口來(lái)訪問(wèn)硬件。操作系統(tǒng)提供的接口可以根據(jù)服務(wù)對(duì)象的不同而劃分為兩類：一是程序級(jí)的接口，提供給程序員使用，即系統(tǒng)調(diào)用；二是作業(yè)級(jí)的接口，提供給用戶使用，即操作命令。1.2操作系統(tǒng)接口1.2.1程序員級(jí)接口系統(tǒng)調(diào)用是一組由操作系統(tǒng)提供的廣義指令。應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)操縱系統(tǒng)內(nèi)核中特定的函數(shù),當(dāng)應(yīng)用程序需要進(jìn)行文件訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)炔僮鲿r(shí)，必須通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成。程序員在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，涉及到系統(tǒng)資源，都必須使用系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)，系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給程序員的惟一接口。系統(tǒng)調(diào)用可以根據(jù)功能劃分為不同的類型。熟悉系統(tǒng)調(diào)用是一個(gè)優(yōu)秀程序員必備的條件。1.2.1程序員級(jí)接口1.2.2用戶級(jí)接口操作系統(tǒng)提供給用戶使用的接口是操作命令，用戶可以使用這些操作命令來(lái)組織和控制作業(yè)的執(zhí)行或者管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)的操作命令界面是在系統(tǒng)調(diào)用的基礎(chǔ)上開發(fā)而成的。操作系統(tǒng)發(fā)展的主要方向除了提高系統(tǒng)資源利用率之外，就是改善用戶界面友好性。圖形用戶界面是操縱命令界面發(fā)展的一個(gè)里程碑。圖形用戶界面，降低了計(jì)算機(jī)操作的門檻，千萬(wàn)個(gè)家庭成為計(jì)算機(jī)普及的對(duì)象。現(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)一般都同時(shí)提供圖形和文本用戶界面。Linux系統(tǒng)就是如此，文本界面是shell接口，圖形界面是XWindow系統(tǒng)。1.2.2用戶級(jí)接口1.3操作系統(tǒng)功能多用戶分時(shí)系統(tǒng)，按照其功能劃分為處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、信息管理（文件系統(tǒng)管理），對(duì)于現(xiàn)代流行的操作系統(tǒng)，還具有完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能。這些管理功能都是由操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的。1.3.1處理機(jī)管理作業(yè)、進(jìn)程需要適當(dāng)?shù)姆峙?、調(diào)度，以便協(xié)調(diào)相互關(guān)系，共享有限的處理機(jī)資源，這是處理機(jī)管理的主要內(nèi)容。處理機(jī)管理是操作系統(tǒng)管理功能的關(guān)鍵，操作系統(tǒng)功能的一個(gè)主要指標(biāo)即是提高處理機(jī)的使用率，讓處理機(jī)盡可能處于工作狀態(tài)。1.3操作系統(tǒng)功能1.3.2存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理的目標(biāo)是讓有限的物理內(nèi)存盡可能滿足應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的需求。存儲(chǔ)管理的內(nèi)容包括內(nèi)存的擴(kuò)充、分配、保護(hù)等。操作系統(tǒng)多采用了稱為“虛擬內(nèi)存”的內(nèi)存管理方式。內(nèi)存一般采用部分分配的辦法。通常，內(nèi)存中總是同時(shí)存放了多個(gè)正在運(yùn)行的程序?qū)嶓w，即進(jìn)程，在運(yùn)行的過(guò)程中，他們之間可能會(huì)使用到相同內(nèi)存位置的內(nèi)容，這種技術(shù)稱為內(nèi)存共享，這樣，可以提高內(nèi)存的利用率。但是，必須要確保各進(jìn)程所占據(jù)的內(nèi)存的獨(dú)立和完整性。1.3.2存儲(chǔ)管理1.3.3設(shè)備管理除了CPU和內(nèi)存之外，計(jì)算機(jī)的其他部件都統(tǒng)稱為外部設(shè)備。這些設(shè)備在操作系統(tǒng)的控制下協(xié)調(diào)工作，共同完成信息的輸入、存儲(chǔ)和輸出任務(wù)。操作系統(tǒng)要對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行管理。一方面，讓每一個(gè)設(shè)備盡可能發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)與CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換，提高外部設(shè)備的利用率。另一方面，隱蔽設(shè)備操作的具體細(xì)節(jié)，對(duì)用戶提供一個(gè)統(tǒng)一、友好的設(shè)備使用界面。和處理機(jī)及內(nèi)存相比，外部設(shè)備的速度要慢得多，而且性能差別大，類型品種多，因此，設(shè)備管理是一項(xiàng)復(fù)雜而又重要的工作。1.3.3設(shè)備管理1.3.4文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)在控制、管理硬件的同時(shí)，也必須管理好軟件資源。操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)就是針對(duì)計(jì)算機(jī)的軟件資源而進(jìn)行的。文件系統(tǒng)主要提供以下服務(wù)：文件存取,使每個(gè)用戶能夠?qū)ψ约旱奈募M(jìn)行快速的訪問(wèn)、修改和存儲(chǔ)。文件共享,指提供某種手段，使存儲(chǔ)空間只保存一個(gè)副本,而所有授權(quán)用戶能夠共同訪問(wèn)這些文件。文件保護(hù),指提供保護(hù)系統(tǒng)資源防止非法使用的手段。1.3.4文件系統(tǒng)1.3.5網(wǎng)絡(luò)管理計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，現(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)一般都具有內(nèi)嵌的網(wǎng)絡(luò)功能，能夠在內(nèi)核級(jí)別控制、管理網(wǎng)絡(luò)。操作系統(tǒng)一般都提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等基本功能。內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)部分，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此，網(wǎng)絡(luò)管理也就集中在通信這部分。1.3.5網(wǎng)絡(luò)管理1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本節(jié)簡(jiǎn)單介紹操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，然后介紹操作系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中使用過(guò)的幾種主要的體系結(jié)構(gòu)。1.4.1操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以理解為是分層構(gòu)造的。從邏輯關(guān)系來(lái)理解，操作系統(tǒng)本身也可以用層次結(jié)構(gòu)來(lái)描述?？梢哉J(rèn)為至少有4層，從上到下依次為：面對(duì)用戶的外部接口，硬件無(wú)關(guān)的內(nèi)核部分，與硬件相關(guān)的內(nèi)核部分，面對(duì)硬件的外部接口。可以簡(jiǎn)單地用圖1.2來(lái)描述。這種層次結(jié)構(gòu)可以看作是操作系統(tǒng)縱向的結(jié)構(gòu)。1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2操作系統(tǒng)邏輯層次示意圖操作系統(tǒng)也可根據(jù)不同的管理功能劃分為功能模塊。一種簡(jiǎn)單的理解是，操作系統(tǒng)本身劃分為功能模塊，而每個(gè)模塊分層構(gòu)造，形成一個(gè)縱橫交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)。Linux基礎(chǔ)教程第1章操作系統(tǒng)概述課件1.4.2操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)軟件的體系結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)各部分軟件以及它們相互之間的關(guān)系,是軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置的一種抽象描述。軟件體系結(jié)構(gòu)定義各部分軟件系統(tǒng)的應(yīng)用界面規(guī)范及相互操作和數(shù)據(jù)通信的協(xié)議和限制。體系結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定、滿足應(yīng)用需求，同時(shí)具有適當(dāng)?shù)目蛇m應(yīng)性和可擴(kuò)充性。1.4.2操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.模塊結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)是將操作系統(tǒng)內(nèi)核按照功能劃分為一個(gè)個(gè)單獨(dú)的模塊，模塊之間相對(duì)獨(dú)立，只能通過(guò)預(yù)先規(guī)定好的接口方式來(lái)調(diào)用，它們共享數(shù)據(jù)，模塊是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基本單位。每一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整單獨(dú)的功能，所有模塊之間相互調(diào)用，共同構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)內(nèi)核。模塊結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是效率高。模塊式結(jié)構(gòu)中，操作系統(tǒng)的邏輯層次關(guān)系具體由調(diào)用層次關(guān)系來(lái)體現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題一是全局函數(shù)使用多，造成訪問(wèn)控制困難；二是結(jié)構(gòu)不夠清晰，系統(tǒng)的可理解性、可維護(hù)性和可移植性都比較差。1.模塊結(jié)構(gòu)2.層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)的方法把操作系統(tǒng)內(nèi)核按照一定的規(guī)則劃分為一系列相互依賴的層次，每個(gè)層次也可以分解為一系列更小的模塊，模塊負(fù)責(zé)完成一部分特定的功能，只能與相鄰的層次發(fā)生直接的聯(lián)系，所有這些層次的組合，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)。實(shí)際上，層次結(jié)構(gòu)可以理解為一種特殊的模塊式結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)可以大大方便系統(tǒng)的移植和擴(kuò)充。把系統(tǒng)內(nèi)核劃分為嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)，為了滿足有序的層次調(diào)用關(guān)系，必然要犧牲部分靈活性和系統(tǒng)效率。2.層次結(jié)構(gòu)3.對(duì)象結(jié)構(gòu)對(duì)象也可以理解為一種特殊的模塊，它是由一組數(shù)據(jù)集以及定義在其上的操作集封裝而成。對(duì)象結(jié)構(gòu)方法中，操作系統(tǒng)內(nèi)核按照內(nèi)核對(duì)象實(shí)體組織，每個(gè)內(nèi)核對(duì)象實(shí)體都有自己的數(shù)據(jù)和操作，對(duì)象之間通過(guò)消息傳遞來(lái)協(xié)調(diào)工作。對(duì)象模塊具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，因此也具有很好的復(fù)用性能。對(duì)象模塊可以方便有效地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問(wèn)屬性，充分地隱藏信息，達(dá)到資源保護(hù)的目的。采用對(duì)象結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的開發(fā)難度降低，具有良好的擴(kuò)展性和移植性，同時(shí)有較好的安全功能。對(duì)象結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)內(nèi)核的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是效率低。，3.對(duì)象結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核基本屬于模塊結(jié)構(gòu)，而MS-DOS系統(tǒng)內(nèi)核采用的是層次結(jié)構(gòu)，WindowsNT/2000及Solaris則是典型的對(duì)象結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)內(nèi)核按照其運(yùn)行的情況可以分為：宏內(nèi)核與微內(nèi)核。前者也稱為單內(nèi)核，Linux系統(tǒng)屬于單內(nèi)核類型。對(duì)象結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)內(nèi)核通常是微內(nèi)核，例如，WindowsNT/2000系統(tǒng)就是微內(nèi)核。Linux內(nèi)核基本屬于模塊結(jié)構(gòu)，而MS-DOS系統(tǒng)內(nèi)核采用的1.5Linux操作系統(tǒng)介紹Linux系統(tǒng)有兩種不同的含義。從技術(shù)角度，Linux指的是由LinusTorvalds維護(hù)的開放源代碼UNIX類操作系統(tǒng)的內(nèi)核。然而，目前大多數(shù)人用它來(lái)表示以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)的整個(gè)操作系統(tǒng)。從這種意義講，Linux指的是開放源代碼的，包含內(nèi)核、系統(tǒng)工具、完整的開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用的UNIX類操作系統(tǒng)。1.5Linux操作系統(tǒng)介紹1.5.1Linux——自由操作系統(tǒng)Linux是一個(gè)UNIX操作系統(tǒng)的克隆，可以免費(fèi)使用，遵循GPL聲明，可以自由修改和傳播。Linux包含了人們希望操作系統(tǒng)擁有的所有功能特性，這些功能包括真正的多任務(wù)、虛擬內(nèi)存、世界上最快的TCP/IP驅(qū)動(dòng)程序、共享庫(kù)和多用戶支持。Linux現(xiàn)在是個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站上的UNIX類操作系統(tǒng)。它不僅繼承了UNIX的特征，而且在許多方面超過(guò)了UNIX。作為UNIX類操作系統(tǒng)，它具有下列基本特征：1.5.1Linux——自由操作系統(tǒng)

是真正的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)；是符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)；提供具有內(nèi)置安全措施的分層的文件系統(tǒng)；提供shell命令解釋程序和編程語(yǔ)言；提供強(qiáng)大的管理功能，包括遠(yuǎn)程管理功能；具有內(nèi)核的編程接口；具有圖形用戶接口；具有大量有用的實(shí)用程序和通信、聯(lián)網(wǎng)工具；具有面向屏幕的編緝軟件。是真正的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)；大量的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言已移植到Linux系統(tǒng)上，因而它是理想的應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)，而且，在Linux系統(tǒng)下開發(fā)的應(yīng)用程序具有很好的可移植性。同時(shí)，Linux還有許多獨(dú)到之處：(1)它的源代碼幾乎全部都是開放的。(2)它可以運(yùn)行在許多硬件平臺(tái)上。(3)它不僅可以運(yùn)行許多自由發(fā)布的應(yīng)用軟件，還可以運(yùn)行許多商品化的應(yīng)用軟件。(4)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。Linux系統(tǒng)的另一特征是它能充分發(fā)揮硬件的功能，因而它比其他操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率更高。因此，Linux將有廣泛的應(yīng)用前景。大量的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言已移植到Linux系統(tǒng)上，因而它是理想1.5.2UNIX、GNU與LinuxLinux是一種類UNIX系統(tǒng)，二者有相當(dāng)?shù)臏Y源，同時(shí)，Linux遵循GNU的GPL許可證，是自由軟件家族中的一員，因此，要了解Linux，就必須先了解他們?nèi)咧g的關(guān)系。1.Linux與UNIX系統(tǒng)Linux的源頭要追溯到最早的UNIX。UNIX系統(tǒng)正式發(fā)表于1974年,到1975年的第6版中，引入了多道技術(shù)。1980年，Bell實(shí)驗(yàn)室公布了VAX11/780系統(tǒng)平臺(tái)的32位操作系統(tǒng)UNIX32V。1.5.2UNIX、GNU與Linux一個(gè)可以運(yùn)行UNIX程序的系統(tǒng)就是UNIX。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，UNIX從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)并成為了操作系統(tǒng)的主流。直到今天，UNIX系統(tǒng)以其穩(wěn)定、高效的性能在服務(wù)器高端市場(chǎng)中依然占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。很多公司也開發(fā)了用于PC的UNIX。UNIX是一個(gè)簡(jiǎn)單卻非常優(yōu)秀的操作系統(tǒng)模型。Linux系統(tǒng)最初以UNIX為原型，以實(shí)現(xiàn)POSIX標(biāo)準(zhǔn)作為其目標(biāo)，到2000年為止，Linux核心從0.01版發(fā)展為2.4版。Linux具有穩(wěn)定高效的處理性能，擁有穩(wěn)定龐大的用戶群體，得到眾多廠商有力的支持，成為操作系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)。Linux在低端服務(wù)器市場(chǎng)上已經(jīng)對(duì)WindowsNT/2000造成了極大的壓力。一個(gè)可以運(yùn)行UNIX程序的系統(tǒng)就是UNIX。2.自由軟件運(yùn)動(dòng)與LinuxLinux只是自由軟件家族中的一員，是其中最具影響的成員之一。在計(jì)算機(jī)工業(yè)發(fā)展的初期，軟件只是硬件的附屬品。但是，公司很快認(rèn)識(shí)到軟件的價(jià)值，對(duì)軟件實(shí)施了版權(quán)控制，并限制源代碼的發(fā)布。RichardStallman在其他人的協(xié)作下創(chuàng)作了通用公共許可證（GeneralPublicLicense，GPL）。GPL保證任何人有共享和修改自由軟件的自由，任何人有權(quán)取得、修改和重新發(fā)布自由軟件的源代碼，并且規(guī)定在不增加附加費(fèi)用的條件下得到源代碼。2.自由軟件運(yùn)動(dòng)與Linux3.Linux的歷史Linux可以說(shuō)完全是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的產(chǎn)物，它是在互聯(lián)網(wǎng)上產(chǎn)生、發(fā)展和不斷壯大起來(lái)的。Linus在自己的PC上，利用Tanenbaum教授自行設(shè)計(jì)的微型UNIX操作系統(tǒng)MINIX為開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了屬于他自己的第一個(gè)程序。Linus說(shuō)剛開始的時(shí)候他根本沒(méi)有想到要編寫一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核?！坝谑俏矣植坏貌粚懸粋€(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)程序，然后是一個(gè)文件系統(tǒng)。而一旦當(dāng)你有了任務(wù)切換器、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之后，你當(dāng)然就擁有了一個(gè)UNIX”或者至少是它的一個(gè)內(nèi)核。Linux就以這樣一種極其古怪但也極其自然的方式問(wèn)世了。3.Linux的歷史Linus并沒(méi)有在MINIX新聞組中公布它。他只是在赫爾辛基技術(shù)大學(xué)的一臺(tái)FTP服務(wù)器上發(fā)了一則消息，說(shuō)用戶可以下載Linux的公開版本。到1992年1月止，全世界大約只有100個(gè)左右的人在使用Linux。1993年，Linus的第一個(gè)“產(chǎn)品”版Linux1.0問(wèn)世的時(shí)候，是按完全自由發(fā)行版權(quán)進(jìn)行發(fā)行的。Linux與GPL的結(jié)合，使許多軟件開發(fā)人員相信這是一個(gè)有前途的項(xiàng)目，開始參與內(nèi)核的開發(fā)工作，并將GNU項(xiàng)目的C庫(kù)、gcc、Emacs、bash等很快移植到Linux內(nèi)核上來(lái)。Linus并沒(méi)有在MINIX新聞組中公布它。他只是在赫爾商業(yè)軟件公司的加盟也使大多數(shù)Linux的普通用戶吃了定心丸。Linux從一開始就主要是在一些軟件行業(yè)中的高手之間流行的，并且很快就在全球范圍內(nèi)集結(jié)了一大批職業(yè)的和業(yè)余的技術(shù)專家，形成了一個(gè)數(shù)量龐大而且非常熱心的支持者群體。他們能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)很快地響應(yīng)使用者所遇到的任何問(wèn)題。

1997年，Linux支持者群體在眾多的軟件公司中一舉勝出，榮獲了美國(guó)《InfoWorld》雜志的最佳技術(shù)支持獎(jiǎng)，而這一獎(jiǎng)項(xiàng)原本只是為商業(yè)公司而設(shè)立的。Linux核心的版本發(fā)展情況見(jiàn)表1.1。該表摘自參考文獻(xiàn)［2］，表中最后一項(xiàng)，程序行數(shù)（LinesofCode，LOC）包含了Linux可應(yīng)用于如x86、PPC、SPARC等所有平臺(tái)的程序代碼。商業(yè)軟件公司的加盟也使大多數(shù)Linux的普通用戶吃了定心

表1.1Linux核心發(fā)展情況（截止1998年）年份

使用者數(shù)量

版本大?。↙OC)199110.0110k

19921k0.9640k199320k0.99100k1994100k1.0170k1995500k1.2250k

19961.5M2.0400k19973.5M2.1800k19987.5M2.1.1101.5M表1.1Linux核心發(fā)展情況當(dāng)Linux走向成熟時(shí)，一些人開始建立軟件包來(lái)簡(jiǎn)化新用戶安裝和使用Linux的方法。這些軟件包稱為L(zhǎng)inux發(fā)布或Linux發(fā)行版本。在早期眾多的Linux發(fā)行版本中，最有影響的要數(shù)Slackware發(fā)布。Linux文檔項(xiàng)目（LDP）是圍繞Slackware發(fā)布寫成的。目前，RedHat發(fā)行版本的安裝更容易，應(yīng)用軟件更多，已成為最流行的Linux發(fā)行版本，2000年秋天已經(jīng)發(fā)行了7.0版本；而Caldera則致力于Linux的商業(yè)應(yīng)用，它的發(fā)展速度也很快。中文化的Linux發(fā)行版本也有很多，國(guó)內(nèi)自主建立的如BluePointLinux、FlagLinux、XtermLinux以及美國(guó)的XLinux、TurboLinux等。當(dāng)Linux走向成熟時(shí)，一些人開始建立軟件包來(lái)簡(jiǎn)化新用戶安裝每種發(fā)行版本都有各自的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)，但它們都提供相對(duì)完整的應(yīng)用軟件及幫助文檔，都使用相同的內(nèi)核和開發(fā)工具，大家都使用同一個(gè)名稱——Linux系統(tǒng)。每種發(fā)行版本都有各自的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)，但它們都提供相對(duì)完整的應(yīng)用1.6Linux的內(nèi)核特征Linux操作系統(tǒng)的核心穩(wěn)定而高效，以獨(dú)占的方式執(zhí)行最底層任務(wù)，保證其他程序的正常運(yùn)行。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，具有獨(dú)特的性質(zhì)。本節(jié)試圖從操作系統(tǒng)接口、功能及內(nèi)核結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面來(lái)展示Linux核心的特征。1.6.1接口特色按照POSIX標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)可以運(yùn)行UNIX程序的系統(tǒng)就是UNIX。Linux系統(tǒng)提供和一般UNIX系統(tǒng)相同的標(biāo)準(zhǔn)界面，包括程序級(jí)的和用戶級(jí)的，因此也是一個(gè)UNIX系統(tǒng)，一般，大家稱之為類UNIX系統(tǒng)，以區(qū)別于其他傳統(tǒng)意義上的UNIX系統(tǒng)。1.6Linux的內(nèi)核特征在程序級(jí)，Linux系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的UNIX函數(shù)庫(kù)，一個(gè)在Linux下開發(fā)的應(yīng)用程序，可以幾乎不經(jīng)過(guò)任何改動(dòng)就可以在其他UNIX系統(tǒng)下編譯執(zhí)行，完成同樣的功能。Linux系統(tǒng)對(duì)用戶同時(shí)提供圖形和文本用戶界面，文本界面是shell接口，圖形界面是XWindow系統(tǒng)。UNIX下的基本命令，在Linux下功能和使用方式都完全相同。而最早在UNIX平臺(tái)開發(fā)的圖形用戶界面XWindow系統(tǒng)，在Linux系統(tǒng)下運(yùn)行良好并可以展示與其他版本UNIX系統(tǒng)下相同甚至更好的效果。在程序級(jí)，Linux系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的UNIX函數(shù)庫(kù)，一個(gè)在Li更為可喜的是，在XWindow系統(tǒng)基礎(chǔ)上，自由軟件開發(fā)者們?yōu)長(zhǎng)inux開發(fā)了不少種類的桌面系統(tǒng)，在這樣的環(huán)境下，用戶幾乎可以不再需要傳統(tǒng)的文本用戶界面，所有的操作都可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)完成。這樣的系統(tǒng)有方便快捷的KDE（KDesktopEnvironment），基于CORBA組件技術(shù)，具有圖形功能的GNOME（GNU’sNetworkObjectModelEnvironment）等等，它們都遵循GPL，都處在高速發(fā)展階段，相信他們的功能會(huì)更加完善。桌面系統(tǒng)的發(fā)展，基于桌面系統(tǒng)的辦公、家用軟件的發(fā)展，將會(huì)使Linux操作系統(tǒng)的用戶界面更加友好，Linux系統(tǒng)針對(duì)辦公用戶及普通家庭的普及工作也將具有更明顯的競(jìng)爭(zhēng)力和更美好的前景。更為可喜的是，在XWindow系統(tǒng)基礎(chǔ)上，自由軟件開發(fā)者們?yōu)?.6.2功能特色Linux核心最早運(yùn)行在Intel80386系列PC機(jī)上，現(xiàn)在，它也可以運(yùn)行在Apple系列、DECAlpha系列、MIPS和Motorola68000系列的計(jì)算機(jī)上，同時(shí)，一些改進(jìn)的嵌入式Linux核心還可以運(yùn)行于手機(jī)、家電等設(shè)備上。從Linux2.0開始，它不僅支持單處理器的機(jī)器，還能支持對(duì)稱多處理器（SMP）的機(jī)器，實(shí)現(xiàn)真正的多任務(wù)工作。Linux系統(tǒng)可以支持多種硬件設(shè)備。Linux系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)和Windows系統(tǒng)相比要簡(jiǎn)單得多。最初的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，都是由自由軟件開發(fā)者們提供的，隨著Linux系統(tǒng)的普及，越來(lái)越多的硬件1.6.2功能特色

廠商也開始提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)，這對(duì)于廣大使用者無(wú)疑是又一個(gè)好消息。Linux采用多級(jí)分頁(yè)的存儲(chǔ)管理模式，具體的技術(shù)特征將在后面介紹。Linux自身使用的專用的文件系統(tǒng)為Ext2，可以提供方便有效的文件共享及保護(hù)機(jī)制。同時(shí)，它可以通過(guò)虛擬文件系統(tǒng)的技術(shù)，支持包括微軟系列操作系統(tǒng)所使用的Fat16、Fat32和NTFS等文件系統(tǒng)在內(nèi)的幾十種現(xiàn)有的文件系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)具有內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議棧，可以提供各種高效的網(wǎng)絡(luò)功能，包括基本的進(jìn)程間通訊、網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)等。廠商也開始提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)，這對(duì)于廣大使用者無(wú)疑是又一個(gè)1.6.3結(jié)構(gòu)特征Linux內(nèi)核基本采用模塊結(jié)構(gòu)，單內(nèi)核模式，這使得系統(tǒng)具有很高的運(yùn)行效率，但系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及可移植性受到一定的影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Linux使用了附加模塊技術(shù)。利用模塊技術(shù)，可以方便地在內(nèi)核中添加新的組件或卸載不再需要的內(nèi)核組件，而且這種裝載和卸載可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行。內(nèi)核模塊的引入也帶來(lái)了對(duì)系統(tǒng)性能、內(nèi)存利用和系統(tǒng)穩(wěn)定性的一些影響，可動(dòng)態(tài)裝卸的模塊需要系統(tǒng)增加額外的資源來(lái)記錄、管理，而裝入的內(nèi)核模塊和其他內(nèi)核部分一樣，具有相同的訪問(wèn)權(quán)限，差的內(nèi)核模塊會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至崩潰，一些惡意的內(nèi)核模塊可能對(duì)系統(tǒng)安全造成極大的威脅。1.6.3結(jié)構(gòu)特征總的來(lái)講，Linux內(nèi)核基本采用模塊式結(jié)構(gòu)構(gòu)造，同時(shí)加入動(dòng)態(tài)的模塊技術(shù)，在追求系統(tǒng)整體效率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核的動(dòng)態(tài)可伸縮性。這樣的結(jié)構(gòu)，給系統(tǒng)移植帶來(lái)一定的負(fù)面影響，但是，在廣大自由軟件愛(ài)好者們不懈的努力下，Linux系統(tǒng)仍然不斷地推出支持新硬件平臺(tái)的版本，Linux可以運(yùn)行的硬件平臺(tái)超過(guò)任何一種商業(yè)系統(tǒng)，具有較好的平臺(tái)適應(yīng)性?？偟膩?lái)講，Linux內(nèi)核基本采用模塊式結(jié)構(gòu)構(gòu)造，同時(shí)加入動(dòng)態(tài)1.7Linux的發(fā)展及展望1.7.1開發(fā)模式自由軟件的開發(fā)模式不同于以往任何一種軟件開發(fā)模式。軟件工程的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了軟件的工程化生產(chǎn)——在經(jīng)過(guò)詳細(xì)的需求分析之后，進(jìn)入設(shè)計(jì)階段，然后是實(shí)現(xiàn)、測(cè)試等等，整個(gè)過(guò)程有嚴(yán)格的工作流程、時(shí)間限制和質(zhì)量控制，程序員在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的作用，相當(dāng)于傳統(tǒng)工廠里流水線上的工人，只是按照“圖紙”完成某個(gè)零部件加工而已，這樣的開發(fā)模式強(qiáng)調(diào)的是統(tǒng)一規(guī)劃，集中管理。1.7Linux的發(fā)展及展望一大批分布于世界各地的軟件愛(ài)好者，以互聯(lián)網(wǎng)為紐帶，通過(guò)BBS、新聞組及電子郵件等現(xiàn)代通訊方式，同時(shí)參與一個(gè)軟件開發(fā)項(xiàng)目。一個(gè)初步工作的軟件雛形首先發(fā)布出來(lái)，然后大家同時(shí)開始工作，分別結(jié)合自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和需要，尋找軟件中的漏洞，提出改進(jìn)意見(jiàn)，發(fā)布在互聯(lián)網(wǎng)上，很快，另外的人也發(fā)現(xiàn)了漏洞，接著，有人又提出了改進(jìn)方案，給出了補(bǔ)丁，經(jīng)過(guò)這些人分頭修整，這個(gè)軟件好像滾雪球一樣，以很快的速度不斷完善。在這樣的開發(fā)模式中，程序員是獨(dú)立的實(shí)體，他們大多是用業(yè)余時(shí)間來(lái)為自由軟件服務(wù)的，沒(méi)有工作任務(wù)的壓力，他們創(chuàng)作性工作帶來(lái)的成就感是他們最大的動(dòng)力。這樣的開發(fā)模式稱為“巴扎”（Bazaar）模式一大批分布于世界各地的軟件愛(ài)好者，以互聯(lián)網(wǎng)為紐帶，通過(guò)BBS自由軟件的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的以公司為主體的封閉的軟件開發(fā)模式。采用了開放和協(xié)作的開發(fā)模式，無(wú)償提供源代碼，容許任何人取得、修改和重新發(fā)布自由軟件的源代碼。這種開發(fā)模式激發(fā)了世界各地的軟件開發(fā)人員的積極性和創(chuàng)造熱情，大量軟件開發(fā)人員投入到了自由軟件的開發(fā)中。軟件開發(fā)人員的集體智慧得到充分發(fā)揮，大大減少了不必要的重復(fù)勞動(dòng)，并使自由軟件的漏洞能得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和克服。任何一家公司都不可能投入如此強(qiáng)大的人力去開發(fā)和檢驗(yàn)商品化軟件。這種開發(fā)模式使自由軟件具有強(qiáng)大的生命力。Linux基礎(chǔ)教程第1章操作系統(tǒng)概述課件1.7.2內(nèi)核版本為了確?？此茻o(wú)序的市集開發(fā)過(guò)程能夠有序地進(jìn)行，自由軟件一般都必須采取強(qiáng)有力的版本控制措施。Linux內(nèi)核采用的是雙樹系統(tǒng)。一棵樹是穩(wěn)定樹，主要用于發(fā)行；另一棵樹是非穩(wěn)定樹或者開發(fā)樹，用于產(chǎn)品開發(fā)、改進(jìn)。一些新特性、實(shí)驗(yàn)性改進(jìn)等首先在開發(fā)樹中進(jìn)行。如果在開發(fā)樹中所做的改進(jìn)也可以應(yīng)用于穩(wěn)定樹，那么在開發(fā)樹中經(jīng)過(guò)測(cè)試以后，就在穩(wěn)定樹中進(jìn)行相同的改進(jìn)。按照Linus的觀點(diǎn)，一旦開發(fā)樹經(jīng)過(guò)了足夠的發(fā)展，開發(fā)樹就會(huì)成為新的穩(wěn)定樹，如此周而復(fù)始地進(jìn)行下去。1.7.2內(nèi)核版本源代碼版本序號(hào)的形式為x.y.z。對(duì)于穩(wěn)定樹來(lái)說(shuō)，y是偶數(shù)；對(duì)于開發(fā)樹來(lái)說(shuō)，y是比相應(yīng)穩(wěn)定樹大一的奇數(shù)。截止到2000年10月，最新的穩(wěn)定內(nèi)核版本號(hào)是2.4.test9。這種開發(fā)會(huì)比常規(guī)慣例要快，因?yàn)槊恳话姹舅母淖儽纫郧案倭?，?nèi)核開發(fā)人員只需花很短的時(shí)間就能夠完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)開發(fā)周期。當(dāng)今，Linus率領(lǐng)分布在世界各地的Linux內(nèi)核開發(fā)隊(duì)伍正在完善他們的作品。Linux內(nèi)核2.x版本充分顯示了Linux開發(fā)隊(duì)伍的非凡的創(chuàng)造力和市集開發(fā)模式的價(jià)值。Linux核心開發(fā)者的名單記錄在文件/usr/src/linux/CREDITS中。源代碼版本序號(hào)的形式為x.y.z。對(duì)于穩(wěn)定樹來(lái)說(shuō)，y是偶數(shù)；事實(shí)上，UNIX開始發(fā)展時(shí)，也采用了類似的開發(fā)模式。這種開發(fā)模式使得UNIX的安全漏洞比其他操作系統(tǒng)解決得更徹底。從充分發(fā)揮開發(fā)人員的集體智慧這一點(diǎn)看，采用這種開發(fā)模式無(wú)疑是一大進(jìn)步。1.7.3國(guó)內(nèi)應(yīng)用狀況隨著Linux核心的不斷成熟，各種性能穩(wěn)定、安裝方便、支持多語(yǔ)種的發(fā)行版本被廣泛地使用。Linux得到廣大硬件、整機(jī)廠商和應(yīng)用程序廠商的大力支持，這一切，都使得Linux這個(gè)年輕的系統(tǒng)充滿了希望。事實(shí)上，UNIX開始發(fā)展時(shí)，也采用了類似的開發(fā)模式。這種開由于多種原因，Linux在國(guó)內(nèi)的推廣比國(guó)外晚了幾年，近年來(lái)有更多的軟件愛(ài)好者開始了Linux的學(xué)習(xí)、應(yīng)用和研究開發(fā)，同時(shí)，許多大學(xué)還把它作為操作系統(tǒng)課程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，這些都為L(zhǎng)inux在中國(guó)的推廣使用奠定了基礎(chǔ)。Linux的使用開始于國(guó)內(nèi)的高校和科研單位，最初大家在各地的電子公告牌上研論問(wèn)題，隨著討論的深入，他們開始成立各種民間組織，建立自己的主服務(wù)器。愛(ài)好者們?cè)谶@些地方，下載軟件，自由地討論Linux方面的問(wèn)題，尋找志同道合者切磋，方便而高效地交流信息。這為L(zhǎng)inux的進(jìn)一步推廣和本地化創(chuàng)造了良好的環(huán)境。由于多種原因，Linux在國(guó)內(nèi)的推廣比國(guó)外晚了幾年，近年來(lái)有目前國(guó)內(nèi)較有影響的推廣項(xiàng)目是1997年6月17日在國(guó)家經(jīng)濟(jì)信息中心網(wǎng)上建立的自由軟件協(xié)會(huì)站點(diǎn)(圖1.3),其網(wǎng)址是：/freesoft.html，這既是一個(gè)大型自由軟件庫(kù)，也是一個(gè)自由軟件應(yīng)用的示范項(xiàng)目。整個(gè)系統(tǒng)建立在Linux基礎(chǔ)上，提供WWW、FTP、DNS、News和郵件服務(wù)，從開通到2000年12月，訪問(wèn)人數(shù)已超過(guò)70萬(wàn)人次。同時(shí)，國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了多家Linux發(fā)行商，推出多種漢化的Linux版本，如BluePoint、XtermLinux、FlagLinux等等，同時(shí)也提供系統(tǒng)集成、技術(shù)支持等服務(wù)。目前國(guó)內(nèi)較有影響的推廣項(xiàng)目是1997年6月17日在國(guó)家經(jīng)濟(jì)信總的來(lái)講，國(guó)內(nèi)Linux發(fā)展還處于一個(gè)比較低的層次，初級(jí)入門用戶很多，實(shí)際應(yīng)用用戶少、而從事自由軟件開發(fā)的人就更少了。1.7.4發(fā)展方向Linux內(nèi)核本身的發(fā)展方向主要是硬件支持、嵌入系統(tǒng)和分布式系統(tǒng)這三個(gè)方面。提供更多高性能的硬件驅(qū)動(dòng)程序，讓更新、更好的硬件迅速在Linux系統(tǒng)下工作，是Linux普及和廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)?？偟膩?lái)講，國(guó)內(nèi)Linux發(fā)展還處于一個(gè)比較低的層次，初級(jí)入門隨著以計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)為主體的信息技術(shù)的快速發(fā)展和Internet的廣泛應(yīng)用,嵌入式軟件成為軟件業(yè)的新熱點(diǎn)。面對(duì)如此巨大的電子產(chǎn)品市場(chǎng)和潛在用戶群，嵌入式軟件的應(yīng)用前景十分廣闊，而Linux系統(tǒng)本身的開放特性以及穩(wěn)定的性能，都比較適合作為開發(fā)嵌入系統(tǒng)的原型，國(guó)內(nèi)外都有這樣的研究項(xiàng)目，也有相當(dāng)成功的事例。分布系統(tǒng)是當(dāng)前操作系統(tǒng)發(fā)展的另一個(gè)重要領(lǐng)域。以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)，按照自由軟件開發(fā)模式，發(fā)展高性能的自由分布操作系統(tǒng)，是操作系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

隨著以計(jì)算技術(shù)、通信技術(shù)為主體的信息技術(shù)的快速發(fā)展和Inte此外，Linux上的桌面系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，尤其是軟件開發(fā)工具也是Linux發(fā)展的重要方面。桌面系統(tǒng)直接關(guān)系到Linux界面的友好性，易用性。應(yīng)用軟件關(guān)系到系統(tǒng)的可用性，而在自由軟件開發(fā)模式當(dāng)中引入軟件工程新技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn)，有助于快速開發(fā)Linux平臺(tái)上的應(yīng)用軟件。此外，Linux上的桌面系統(tǒng)、應(yīng)用軟件，尤其是軟件開發(fā)工具也1.8小結(jié)本章首先介紹了操作系統(tǒng)的一般概念及發(fā)展歷史，接著介紹了操作系統(tǒng)的外部接口、管理功能及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)的概念。以此為基礎(chǔ)，詳細(xì)剖析了Linux系統(tǒng)的接口、功能和結(jié)構(gòu)，包括Linux的發(fā)展及其開發(fā)模式。1.8小結(jié)操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)軟件，在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處于核心地位，它是這樣一些程序模塊的集合——它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與用戶之間起到接口作用。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)軟件，在整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中處于核Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不斷完善的操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)高效、穩(wěn)定，適應(yīng)多種硬件平臺(tái)，支持多種文件系統(tǒng)，它遵循GPL協(xié)議，整個(gè)系統(tǒng)的源代碼可以自由獲取，并且在GPL許可的范圍內(nèi)自由修改、傳播，這就為學(xué)習(xí)、應(yīng)用、開發(fā)操作系統(tǒng)及其他軟件提供了良好的基礎(chǔ)和較高的起點(diǎn)。學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)一般概念和原理，對(duì)于理解、使用和管理Linux系統(tǒng)，開發(fā)應(yīng)用軟件以及系統(tǒng)軟件，都具有相當(dāng)重要的意義。Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不斷完善習(xí)題1-1操作系統(tǒng)的基本功能有哪些？1-2從技術(shù)的角度講，Linux是一個(gè)什么樣的操作系統(tǒng)？你認(rèn)為它有哪些不足?如何改進(jìn)？1-3閱讀通用許可證協(xié)議和參考文獻(xiàn)［1］、［2］，深入了解自由軟件的“巴扎”開發(fā)模式，你愿意讓大家共享你的軟件嗎？為什么？你認(rèn)為“巴扎”模式有哪些優(yōu)點(diǎn)？哪些缺點(diǎn)？缺點(diǎn)如何改進(jìn)？1-4訪問(wèn)Linux核心代碼站點(diǎn)

，了解Linux核心發(fā)展的最新進(jìn)展及新增功能。習(xí)題1-5訪問(wèn)Internet，了解一個(gè)國(guó)內(nèi)的自由軟件項(xiàng)目，向大家介紹這個(gè)項(xiàng)目的管理及進(jìn)展情況，給出你對(duì)該項(xiàng)目的評(píng)價(jià)及改進(jìn)意見(jiàn)。1-5訪問(wèn)Internet，了解一個(gè)國(guó)內(nèi)的自由軟件項(xiàng)目，向Linux基礎(chǔ)教程（1）

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育課程系列教材湯荷美董淵李莉程志銳編著Linux基礎(chǔ)教程（1）

操作系統(tǒng)基礎(chǔ)清華大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育總目錄第1部分Linux操作系統(tǒng) 第1章操作系統(tǒng)概述 第2章處理機(jī)管理 第3章存儲(chǔ)管理 第4章調(diào)度 第5章設(shè)備 第6章文件系統(tǒng)總目錄第1部分Linux操作系統(tǒng)第2部分操作系統(tǒng)命令及shell編程 第7章Linux基本命令 第8章使用vi編輯文件 第9章shell編程第3部分系統(tǒng)管理 第10章Linux系統(tǒng)軟件的獲取和安裝 第11章賬號(hào)管理 第12章文件系統(tǒng)管理 第13章TCP/IP網(wǎng)絡(luò)管理 第14章備份與恢復(fù) 第15章XWindow及Genie應(yīng)用程序第2部分操作系統(tǒng)命令及shell編程第1部分Linux操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述1.1操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.2操作系統(tǒng)接口1.3操作系統(tǒng)功能1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.5Linux操作系統(tǒng)介紹1.6Linux的內(nèi)核特征1.7Linux的發(fā)展及展望1.8小結(jié)習(xí)題第1部分Linux操作系統(tǒng)

第1章操作系統(tǒng)概述1操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)軟件。軟件系統(tǒng)中操作系統(tǒng)是所有軟件的核心。操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制、管理計(jì)算機(jī)的所有軟件、硬件資源，是惟一直接和硬件系統(tǒng)打交道的軟件，是整個(gè)軟件系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，同時(shí)還為計(jì)算機(jī)用戶提供良好的界面。因此，操作系統(tǒng)直接面對(duì)所有硬件、軟件和用戶，它是協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)各組成部分之間、人機(jī)之間關(guān)系的重要軟件系統(tǒng)。操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本系統(tǒng)軟件。軟件系統(tǒng)中操作系統(tǒng)是所有Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不斷完善的操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)高效、穩(wěn)定，適應(yīng)多種硬件平臺(tái)，而最具有魅力的是它遵循GPL（GNUGeneralPublicLicense，GNU通用公共許可證，見(jiàn)附錄），整個(gè)系統(tǒng)的源代碼可以自由獲取，并且在GPL許可的范圍內(nèi)自由修改、傳播，這就為學(xué)習(xí)、應(yīng)用、開發(fā)操作系統(tǒng)及其他軟件提供了良好的基礎(chǔ)和較高的起點(diǎn)。本章首先介紹操作系統(tǒng)的概念、功能及其結(jié)構(gòu)，接著介紹Linux系統(tǒng)的基本特征、發(fā)展現(xiàn)狀，并以此為基礎(chǔ)，討論現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一般特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。Linux是在日益普及的Internet上迅速形成和不斷完善1.1操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1.1操作系統(tǒng)概念一種非形式的定義如下：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它是這樣一些程序模塊的集合——它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件和軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)功能強(qiáng)大、使用方便和可擴(kuò)展的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與用戶之間起到接口作用。1.1操作系統(tǒng)簡(jiǎn)介普通用戶使用操作系統(tǒng)，是把操作系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)資源管理者，通過(guò)系統(tǒng)提供的系統(tǒng)命令和界面操作等工具，以某種易于理解的方式完成系統(tǒng)管理功能，有效地控制各種硬件資源，組織自己的數(shù)據(jù)，完成自己的工作并和其他人共享資源。對(duì)于程序員來(lái)講，操作系統(tǒng)提供了一個(gè)與計(jì)算機(jī)硬件等價(jià)的擴(kuò)展或虛擬的計(jì)算平臺(tái)。操作系統(tǒng)提供給程序員的工具除了系統(tǒng)命令、界面操作之外，還有系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用抽象了許多硬件細(xì)節(jié)，程序可以以某種統(tǒng)一的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，程序員可以避開許多具體的硬件細(xì)節(jié)，提高程序開發(fā)效率，改善程序移植特性。普通用戶使用操作系統(tǒng)，是把操作系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)資源管理者，通過(guò)系整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以認(rèn)為是按照一定規(guī)則分層構(gòu)建的，我們可以使用圖1.1來(lái)示意性地描述這種層次結(jié)構(gòu)。圖1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以認(rèn)為是按照一定規(guī)則分層構(gòu)建的，我們可以使用1.1.2操作系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介操作系統(tǒng)是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，圍繞著如何提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的利用率和改善用戶界面的友好性而形成，發(fā)展和不斷成熟完善的。隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度越來(lái)越快，其高速的數(shù)據(jù)處理與低速的手工操作之間的矛盾日益突出，傳統(tǒng)的手工操作是系統(tǒng)的最大制約因素，昂貴的計(jì)算機(jī)硬件資源得不到有效的利用。一個(gè)重要的技術(shù)是批處理，專門的操作人員把用戶提交的任務(wù)按照一定的類別、順序組織起來(lái)，形成作業(yè)序列，這些作業(yè)成批地在專門的監(jiān)督程序控制之下自動(dòng)執(zhí)行。這里的監(jiān)督程序就是操作系統(tǒng)的雛形。1.1.2操作系統(tǒng)發(fā)展簡(jiǎn)介最初的批處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中仍然只有一個(gè)程序在運(yùn)行，總體系統(tǒng)的效率仍然沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)。解決這個(gè)問(wèn)題的措施稱為多道技術(shù)。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)使得在內(nèi)存中有多個(gè)程序，保證系統(tǒng)的處理器總是處于工作狀態(tài)，極大地提高了系統(tǒng)的利用率。多道技術(shù)開始使用在批處理系統(tǒng)中，稱為多道批處理系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)效率高，但是，在脫機(jī)批處理情況下，高效帶來(lái)的問(wèn)題是用戶對(duì)自己作業(yè)的控制程度降低。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的方案是分時(shí)技術(shù)。分時(shí)系統(tǒng)把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成時(shí)間片，按照時(shí)間片輪流把處理機(jī)分配給每一個(gè)聯(lián)機(jī)用戶。由于每一個(gè)時(shí)間片很短，宏觀上來(lái)看，所有用戶同時(shí)操作計(jì)算機(jī)，各自獨(dú)立控制自己的作業(yè)。最初的批處理系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)內(nèi)存中仍然只有一個(gè)程序在運(yùn)行，總體與分時(shí)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，還有一種實(shí)時(shí)(realtime)操作系統(tǒng)，控制計(jì)算機(jī)對(duì)外來(lái)信息進(jìn)行快速處理，要求系統(tǒng)在允許的時(shí)間范圍之內(nèi)做出響應(yīng)。同時(shí)具有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理功能，或者其中兩種以上功能的系統(tǒng)，稱為通用操作系統(tǒng)。Linux操作系統(tǒng)就是具有內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)功能的多用戶分時(shí)系統(tǒng)。它兼有多道批處理和分時(shí)處理功能，是一個(gè)典型的通用處理系統(tǒng)。一方面強(qiáng)調(diào)分布式計(jì)算和處理，另一方面強(qiáng)調(diào)物理上跨越不同的主機(jī)系統(tǒng)、邏輯上緊密耦合構(gòu)成統(tǒng)一完整的操作系統(tǒng)平臺(tái)，這樣的系統(tǒng)就是分布式操作系統(tǒng)(distributedoperatingsystem)。這是當(dāng)前操作系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。與分時(shí)系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，還有一種實(shí)時(shí)(realtime)操作系統(tǒng)當(dāng)前，計(jì)算機(jī)微型化和專業(yè)化趨勢(shì)已成事實(shí)。這兩種發(fā)展趨勢(shì)都產(chǎn)生了一個(gè)共同的需求，即嵌入式軟件。嵌入式軟件也需要操作系統(tǒng)平臺(tái)的支持，這樣的操作系統(tǒng)就是嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式軟件系統(tǒng)的規(guī)模小，相應(yīng)地，其操作系統(tǒng)的規(guī)模也小。嵌入式軟件的應(yīng)用平臺(tái)之一是各種電器，這樣的系統(tǒng)面向普通家庭和個(gè)人用戶，由于快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，使得家用電器的市場(chǎng)比傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)市場(chǎng)大很多。因此，嵌入式軟件可能成為21世紀(jì)信息產(chǎn)業(yè)的支柱之一，嵌入式操作系統(tǒng)也必將成為軟件廠商爭(zhēng)奪的焦點(diǎn)，成為操作系統(tǒng)發(fā)展的另一個(gè)熱門方向。當(dāng)前，計(jì)算機(jī)微型化和專業(yè)化趨勢(shì)已成事實(shí)。這兩種發(fā)展趨勢(shì)都產(chǎn)生1.2操作系統(tǒng)接口操作系統(tǒng)在整個(gè)軟件系統(tǒng)中處于中心地位，負(fù)責(zé)控制、管理計(jì)算機(jī)的所有軟件、硬件資源，它屏蔽了很多具體的硬件細(xì)節(jié)，對(duì)計(jì)算機(jī)用戶提供統(tǒng)一、良好的界面（或稱為接口，interface）。本節(jié)介紹操作系統(tǒng)的接口界面，下一節(jié)主要介紹操作系統(tǒng)的管理功能。在計(jì)算機(jī)層次結(jié)構(gòu)中，操作系統(tǒng)通過(guò)接口向上層用戶提供各種服務(wù)，而上層用戶通過(guò)操作系統(tǒng)接口來(lái)訪問(wèn)硬件。操作系統(tǒng)提供的接口可以根據(jù)服務(wù)對(duì)象的不同而劃分為兩類：一是程序級(jí)的接口，提供給程序員使用，即系統(tǒng)調(diào)用；二是作業(yè)級(jí)的接口，提供給用戶使用，即操作命令。1.2操作系統(tǒng)接口1.2.1程序員級(jí)接口系統(tǒng)調(diào)用是一組由操作系統(tǒng)提供的廣義指令。應(yīng)用程序通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)操縱系統(tǒng)內(nèi)核中特定的函數(shù),當(dāng)應(yīng)用程序需要進(jìn)行文件訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)炔僮鲿r(shí)，必須通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用來(lái)完成。程序員在設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，涉及到系統(tǒng)資源，都必須使用系統(tǒng)調(diào)用來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以說(shuō)，系統(tǒng)調(diào)用是操作系統(tǒng)提供給程序員的惟一接口。系統(tǒng)調(diào)用可以根據(jù)功能劃分為不同的類型。熟悉系統(tǒng)調(diào)用是一個(gè)優(yōu)秀程序員必備的條件。1.2.1程序員級(jí)接口1.2.2用戶級(jí)接口操作系統(tǒng)提供給用戶使用的接口是操作命令，用戶可以使用這些操作命令來(lái)組織和控制作業(yè)的執(zhí)行或者管理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。實(shí)際上，計(jì)算機(jī)的操作命令界面是在系統(tǒng)調(diào)用的基礎(chǔ)上開發(fā)而成的。操作系統(tǒng)發(fā)展的主要方向除了提高系統(tǒng)資源利用率之外，就是改善用戶界面友好性。圖形用戶界面是操縱命令界面發(fā)展的一個(gè)里程碑。圖形用戶界面，降低了計(jì)算機(jī)操作的門檻，千萬(wàn)個(gè)家庭成為計(jì)算機(jī)普及的對(duì)象?，F(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)一般都同時(shí)提供圖形和文本用戶界面。Linux系統(tǒng)就是如此，文本界面是shell接口，圖形界面是XWindow系統(tǒng)。1.2.2用戶級(jí)接口1.3操作系統(tǒng)功能多用戶分時(shí)系統(tǒng)，按照其功能劃分為處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、信息管理（文件系統(tǒng)管理），對(duì)于現(xiàn)代流行的操作系統(tǒng)，還具有完整的網(wǎng)絡(luò)管理功能。這些管理功能都是由操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的。1.3.1處理機(jī)管理作業(yè)、進(jìn)程需要適當(dāng)?shù)姆峙洹⒄{(diào)度，以便協(xié)調(diào)相互關(guān)系，共享有限的處理機(jī)資源，這是處理機(jī)管理的主要內(nèi)容。處理機(jī)管理是操作系統(tǒng)管理功能的關(guān)鍵，操作系統(tǒng)功能的一個(gè)主要指標(biāo)即是提高處理機(jī)的使用率，讓處理機(jī)盡可能處于工作狀態(tài)。1.3操作系統(tǒng)功能1.3.2存儲(chǔ)管理存儲(chǔ)管理的目標(biāo)是讓有限的物理內(nèi)存盡可能滿足應(yīng)用程序?qū)?nèi)存的需求。存儲(chǔ)管理的內(nèi)容包括內(nèi)存的擴(kuò)充、分配、保護(hù)等。操作系統(tǒng)多采用了稱為“虛擬內(nèi)存”的內(nèi)存管理方式。內(nèi)存一般采用部分分配的辦法。通常，內(nèi)存中總是同時(shí)存放了多個(gè)正在運(yùn)行的程序?qū)嶓w，即進(jìn)程，在運(yùn)行的過(guò)程中，他們之間可能會(huì)使用到相同內(nèi)存位置的內(nèi)容，這種技術(shù)稱為內(nèi)存共享，這樣，可以提高內(nèi)存的利用率。但是，必須要確保各進(jìn)程所占據(jù)的內(nèi)存的獨(dú)立和完整性。1.3.2存儲(chǔ)管理1.3.3設(shè)備管理除了CPU和內(nèi)存之外，計(jì)算機(jī)的其他部件都統(tǒng)稱為外部設(shè)備。這些設(shè)備在操作系統(tǒng)的控制下協(xié)調(diào)工作，共同完成信息的輸入、存儲(chǔ)和輸出任務(wù)。操作系統(tǒng)要對(duì)所有的設(shè)備進(jìn)行管理。一方面，讓每一個(gè)設(shè)備盡可能發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)與CPU和內(nèi)存的數(shù)據(jù)交換，提高外部設(shè)備的利用率。另一方面，隱蔽設(shè)備操作的具體細(xì)節(jié)，對(duì)用戶提供一個(gè)統(tǒng)一、友好的設(shè)備使用界面。和處理機(jī)及內(nèi)存相比，外部設(shè)備的速度要慢得多，而且性能差別大，類型品種多，因此，設(shè)備管理是一項(xiàng)復(fù)雜而又重要的工作。1.3.3設(shè)備管理1.3.4文件系統(tǒng)操作系統(tǒng)在控制、管理硬件的同時(shí)，也必須管理好軟件資源。操作系統(tǒng)的文件系統(tǒng)就是針對(duì)計(jì)算機(jī)的軟件資源而進(jìn)行的。文件系統(tǒng)主要提供以下服務(wù)：文件存取,使每個(gè)用戶能夠?qū)ψ约旱奈募M(jìn)行快速的訪問(wèn)、修改和存儲(chǔ)。文件共享,指提供某種手段，使存儲(chǔ)空間只保存一個(gè)副本,而所有授權(quán)用戶能夠共同訪問(wèn)這些文件。文件保護(hù),指提供保護(hù)系統(tǒng)資源防止非法使用的手段。1.3.4文件系統(tǒng)1.3.5網(wǎng)絡(luò)管理計(jì)算機(jī)的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，現(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)一般都具有內(nèi)嵌的網(wǎng)絡(luò)功能，能夠在內(nèi)核級(jí)別控制、管理網(wǎng)絡(luò)。操作系統(tǒng)一般都提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等基本功能。內(nèi)核中網(wǎng)絡(luò)部分，主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此，網(wǎng)絡(luò)管理也就集中在通信這部分。1.3.5網(wǎng)絡(luò)管理1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本節(jié)簡(jiǎn)單介紹操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)，然后介紹操作系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中使用過(guò)的幾種主要的體系結(jié)構(gòu)。1.4.1操作系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以理解為是分層構(gòu)造的。從邏輯關(guān)系來(lái)理解，操作系統(tǒng)本身也可以用層次結(jié)構(gòu)來(lái)描述?？梢哉J(rèn)為至少有4層，從上到下依次為：面對(duì)用戶的外部接口，硬件無(wú)關(guān)的內(nèi)核部分，與硬件相關(guān)的內(nèi)核部分，面對(duì)硬件的外部接口?？梢院?jiǎn)單地用圖1.2來(lái)描述。這種層次結(jié)構(gòu)可以看作是操作系統(tǒng)縱向的結(jié)構(gòu)。1.4操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.2操作系統(tǒng)邏輯層次示意圖操作系統(tǒng)也可根據(jù)不同的管理功能劃分為功能模塊。一種簡(jiǎn)單的理解是，操作系統(tǒng)本身劃分為功能模塊，而每個(gè)模塊分層構(gòu)造，形成一個(gè)縱橫交錯(cuò)的結(jié)構(gòu)。Linux基礎(chǔ)教程第1章操作系統(tǒng)概述課件1.4.2操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)軟件的體系結(jié)構(gòu)描述系統(tǒng)各部分軟件以及它們相互之間的關(guān)系,是軟件內(nèi)部結(jié)構(gòu)配置的一種抽象描述。軟件體系結(jié)構(gòu)定義各部分軟件系統(tǒng)的應(yīng)用界面規(guī)范及相互操作和數(shù)據(jù)通信的協(xié)議和限制。體系結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定、滿足應(yīng)用需求，同時(shí)具有適當(dāng)?shù)目蛇m應(yīng)性和可擴(kuò)充性。1.4.2操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)1.模塊結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)是將操作系統(tǒng)內(nèi)核按照功能劃分為一個(gè)個(gè)單獨(dú)的模塊，模塊之間相對(duì)獨(dú)立，只能通過(guò)預(yù)先規(guī)定好的接口方式來(lái)調(diào)用，它們共享數(shù)據(jù)，模塊是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的基本單位。每一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整單獨(dú)的功能，所有模塊之間相互調(diào)用，共同構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)內(nèi)核。模塊結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是效率高。模塊式結(jié)構(gòu)中，操作系統(tǒng)的邏輯層次關(guān)系具體由調(diào)用層次關(guān)系來(lái)體現(xiàn)。這種結(jié)構(gòu)的主要問(wèn)題一是全局函數(shù)使用多，造成訪問(wèn)控制困難；二是結(jié)構(gòu)不夠清晰，系統(tǒng)的可理解性、可維護(hù)性和可移植性都比較差。1.模塊結(jié)構(gòu)2.層次結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)的方法把操作系統(tǒng)內(nèi)核按照一定的規(guī)則劃分為一系列相互依賴的層次，每個(gè)層次也可以分解為一系列更小的模塊，模塊負(fù)責(zé)完成一部分特定的功能，只能與相鄰的層次發(fā)生直接的聯(lián)系，所有這些層次的組合，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)。實(shí)際上，層次結(jié)構(gòu)可以理解為一種特殊的模塊式結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)可以大大方便系統(tǒng)的移植和擴(kuò)充。把系統(tǒng)內(nèi)核劃分為嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)，為了滿足有序的層次調(diào)用關(guān)系，必然要犧牲部分靈活性和系統(tǒng)效率。2.層次結(jié)構(gòu)3.對(duì)象結(jié)構(gòu)對(duì)象也可以理解為一種特殊的模塊，它是由一組數(shù)據(jù)集以及定義在其上的操作集封裝而成。對(duì)象結(jié)構(gòu)方法中，操作系統(tǒng)內(nèi)核按照內(nèi)核對(duì)象實(shí)體組織，每個(gè)內(nèi)核對(duì)象實(shí)體都有自己的數(shù)據(jù)和操作，對(duì)象之間通過(guò)消息傳遞來(lái)協(xié)調(diào)工作。對(duì)象模塊具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，因此也具有很好的復(fù)用性能。對(duì)象模塊可以方便有效地控制內(nèi)部數(shù)據(jù)的訪問(wèn)屬性，充分地隱藏信息，達(dá)到資源保護(hù)的目的。采用對(duì)象結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的開發(fā)難度降低，具有良好的擴(kuò)展性和移植性，同時(shí)有較好的安全功能。對(duì)象結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)內(nèi)核的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題是效率低。，3.對(duì)象結(jié)構(gòu)Linux內(nèi)核基本屬于模塊結(jié)構(gòu)，而MS-DOS系統(tǒng)內(nèi)核采用的是層次結(jié)構(gòu)，WindowsNT/2000及Solaris則是典型的對(duì)象結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)內(nèi)核按照其運(yùn)行的情況可以分為：宏內(nèi)核與微內(nèi)核。前者也稱為單內(nèi)核，Linux系統(tǒng)屬于單內(nèi)核類型。對(duì)象結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)內(nèi)核通常是微內(nèi)核，例如，WindowsNT/2000系統(tǒng)就是微內(nèi)核。Linux內(nèi)核基本屬于模塊結(jié)構(gòu)，而MS-DOS系統(tǒng)內(nèi)核采用的1.5Linux操作系統(tǒng)介紹Linux系統(tǒng)有兩種不同的含義。從技術(shù)角度，Linux指的是由LinusTorvalds維護(hù)的開放源代碼UNIX類操作系統(tǒng)的內(nèi)核。然而，目前大多數(shù)人用它來(lái)表示以Linux內(nèi)核為基礎(chǔ)的整個(gè)操作系統(tǒng)。從這種意義講，Linux指的是開放源代碼的，包含內(nèi)核、系統(tǒng)工具、完整的開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用的UNIX類操作系統(tǒng)。1.5Linux操作系統(tǒng)介紹1.5.1Linux——自由操作系統(tǒng)Linux是一個(gè)UNIX操作系統(tǒng)的克隆，可以免費(fèi)使用，遵循GPL聲明，可以自由修改和傳播。Linux包含了人們希望操作系統(tǒng)擁有的所有功能特性，這些功能包括真正的多任務(wù)、虛擬內(nèi)存、世界上最快的TCP/IP驅(qū)動(dòng)程序、共享庫(kù)和多用戶支持。Linux現(xiàn)在是個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站上的UNIX類操作系統(tǒng)。它不僅繼承了UNIX的特征，而且在許多方面超過(guò)了UNIX。作為UNIX類操作系統(tǒng)，它具有下列基本特征：1.5.1Linux——自由操作系統(tǒng)

是真正的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)；是符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)；提供具有內(nèi)置安全措施的分層的文件系統(tǒng)；提供shell命令解釋程序和編程語(yǔ)言；提供強(qiáng)大的管理功能，包括遠(yuǎn)程管理功能；具有內(nèi)核的編程接口；具有圖形用戶接口；具有大量有用的實(shí)用程序和通信、聯(lián)網(wǎng)工具；具有面向屏幕的編緝軟件。是真正的多用戶、多任務(wù)操作系統(tǒng)；大量的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言已移植到Linux系統(tǒng)上，因而它是理想的應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)，而且，在Linux系統(tǒng)下開發(fā)的應(yīng)用程序具有很好的可移植性。同時(shí)，Linux還有許多獨(dú)到之處：(1)它的源代碼幾乎全部都是開放的。(2)它可以運(yùn)行在許多硬件平臺(tái)上。(3)它不僅可以運(yùn)行許多自由發(fā)布的應(yīng)用軟件，還可以運(yùn)行許多商品化的應(yīng)用軟件。(4)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。Linux系統(tǒng)的另一特征是它能充分發(fā)揮硬件的功能，因而它比其他操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率更高。因此，Linux將有廣泛的應(yīng)用前景。大量的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言已移植到Linux系統(tǒng)上，因而它是理想1.5.2UNIX、GNU與LinuxLinux是一種類UNIX系統(tǒng)，二者有相當(dāng)?shù)臏Y源，同時(shí)，Linux遵循GNU的GPL許可證，是自由軟件家族中的一員，因此，要了解Linux，就必須先了解他們?nèi)咧g的關(guān)系。1.Linux與UNIX系統(tǒng)Linux的源頭要追溯到最早的UNIX。UNIX系統(tǒng)正式發(fā)表于1974年,到1975年的第6版中，引入了多道技術(shù)。1980年，Bell實(shí)驗(yàn)室公布了VAX11/780系統(tǒng)平臺(tái)的32位操作系統(tǒng)UNIX32V。1.5.2UNIX、GNU與Linux一個(gè)可以運(yùn)行UNIX程序的系統(tǒng)就是UNIX。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，UNIX從實(shí)驗(yàn)室走出來(lái)并成為了操作系統(tǒng)的主流。直到今天，UNIX系統(tǒng)以其穩(wěn)定、高效的性能在服務(wù)器高端市場(chǎng)中依然占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。很多公司也開發(fā)了用于PC的UNIX。UNIX是一個(gè)簡(jiǎn)單卻非常優(yōu)秀的操作系統(tǒng)模型。Linux系統(tǒng)最初以UNIX為原型，以實(shí)現(xiàn)POSIX標(biāo)準(zhǔn)作為其目標(biāo)，到2000年為止，Linux核心從0.01版發(fā)展為2.4版。Linux具有穩(wěn)定高效的處理性能，擁有穩(wěn)定龐大的用戶群體，得到眾多廠商有力的支持，成為操作系統(tǒng)發(fā)展的熱點(diǎn)。Linux在低端服務(wù)器市場(chǎng)上已經(jīng)對(duì)WindowsNT/2000造成了極大的壓力。一個(gè)可以運(yùn)行UNIX程序的系統(tǒng)就是UNIX。2.自由軟件運(yùn)動(dòng)與LinuxLinux只是自由軟件家族中的一員，是其中最具影響的成員之一。在計(jì)算機(jī)工業(yè)發(fā)展的初期，軟件只是硬件的附屬品。但是，公司很快認(rèn)識(shí)到軟件的價(jià)值，對(duì)軟件實(shí)施了版權(quán)控制，并限制源代碼的發(fā)布。RichardStallman在其他人的協(xié)作下創(chuàng)作了通用公共許可證（GeneralPublicLicense，GPL）。GPL保證任何人有共享和修改自由軟件的自由，任何人有權(quán)取得、修改和重新發(fā)布自由軟件的源代碼，并且規(guī)定在不增加附加費(fèi)用的條件下得到源代碼。2.自由軟件運(yùn)動(dòng)與Linux3.Linux的歷史Linux可以說(shuō)完全是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的產(chǎn)物，它是在互聯(lián)網(wǎng)上產(chǎn)生、發(fā)展和不斷壯大起來(lái)的。Linus在自己的PC上，利用Tanenbaum教授自行設(shè)計(jì)的微型UNIX操作系統(tǒng)MINIX為開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了屬于他自己的第一個(gè)程序。Linus說(shuō)剛開始的時(shí)候他根本沒(méi)有想到要編寫一個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核?！坝谑俏矣植坏貌粚懸粋€(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)程序，然后是一個(gè)文件系統(tǒng)。而一旦當(dāng)你有了任務(wù)切換器、文件系統(tǒng)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序之后，你當(dāng)然就擁有了一個(gè)UNIX”或者至少是它的一個(gè)內(nèi)核。Linux就以這樣一種極其古怪但也極其自然的方式問(wèn)世了。3.Linux的歷史Linus并沒(méi)有在MINIX新聞組中公布它。他只是在赫爾辛基技術(shù)大學(xué)的一臺(tái)FTP服務(wù)器上發(fā)了一則消息，說(shuō)用戶可以下載Linux的公開版本。到1992年1月止，全世界大約只有100個(gè)左右的人在使用Linux。1993年，Linus的第一個(gè)“產(chǎn)品”版Linux1.0問(wèn)世的時(shí)候，是按完全自由發(fā)行版權(quán)進(jìn)行發(fā)行的。Linux與GPL的結(jié)合，使許多軟件開發(fā)人員相信這是一個(gè)有前途的項(xiàng)目，開始參與內(nèi)核的開發(fā)工作，并將GNU項(xiàng)目的C庫(kù)、gcc、Emacs、bash等很快移植到Linux內(nèi)核上來(lái)。Linus并沒(méi)有在MINIX新聞組中公布它。他只是在赫爾商業(yè)軟件公司的加盟也使大多數(shù)Linux的普通用戶吃了定心丸。Linux從一開始就主要是在一些軟件行業(yè)中的高手之間流行的，并且很快就在全球范圍內(nèi)集結(jié)了一大批職業(yè)的和業(yè)余的技術(shù)專家，形成了一個(gè)數(shù)量龐大而且非常熱心的支持者群體。他們能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)很快地響應(yīng)使用者所遇到的任何問(wèn)題。

1997年，Linux支持者群體在眾多的軟件公司中一舉勝出，榮獲了美國(guó)《InfoWorld》雜志的最佳技術(shù)支持獎(jiǎng)，而這一獎(jiǎng)項(xiàng)原本只是為商業(yè)公司而設(shè)立的。Linux核心的版本發(fā)展情況見(jiàn)表1.1。該表摘自參考文獻(xiàn)［2］，表中最后一項(xiàng)，程序行數(shù)（LinesofCode，LOC）包含了Linux可應(yīng)用于如x86、PPC、SPARC等所有平臺(tái)的程序代碼。商業(yè)軟件公司的加盟也使大多數(shù)Linux的普通用戶吃了定心

表1.1Linux核心發(fā)展情況（截止1998年）年份

使用者數(shù)量

版本大?。↙OC)199110.0110k

19921k0.9640k199320k0.99100k1994100k1.0170k1995500k1.2250k

19961.5M2.0400k19973.5M2.1800k19987.5M2.1.1101.5M表1.1Linux核心發(fā)展情況當(dāng)Linux走向成熟時(shí)，一些人開始建立軟件包來(lái)簡(jiǎn)化新用戶安裝和使用Linux的方法。這些軟件包稱為L(zhǎng)inux發(fā)布或Linux發(fā)行版本。在早期眾多的Linux發(fā)行版本中，最有影響的要數(shù)Slackware發(fā)布。Linux文檔項(xiàng)目（LDP）是圍繞Slackware發(fā)布寫成的。目前，RedHat發(fā)行版本的安裝更容易，應(yīng)用軟件更多，已成為最流行的Linux發(fā)行版本，2000年秋天已經(jīng)發(fā)行了7.0版本；而Caldera則致力于Linux的商業(yè)應(yīng)用，它的發(fā)展速度也很快。中文化的Linux發(fā)行版本也有很多，國(guó)內(nèi)自主建立的如BluePointLinux、FlagLinux、XtermLinux以及美國(guó)的XLinux、TurboLinux等。當(dāng)Linux走向成熟時(shí)，一些人開始建立軟件包來(lái)簡(jiǎn)化新用戶安裝每種發(fā)行版本都有各自的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)，但它們都提供相對(duì)完整的應(yīng)用軟件及幫助文檔，都使用相同的內(nèi)核和開發(fā)工具，大家都使用同一個(gè)名稱——Linux系統(tǒng)。每種發(fā)行版本都有各自的優(yōu)點(diǎn)和弱點(diǎn)，但它們都提供相對(duì)完整的應(yīng)用1.6Linux的內(nèi)核特征Linux操作系統(tǒng)的核心穩(wěn)定而高效，以獨(dú)占的方式執(zhí)行最底層任務(wù)，保證其他程序的正常運(yùn)行。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，具有獨(dú)特的性質(zhì)。本節(jié)試圖從操作系統(tǒng)接口、功能及內(nèi)核結(jié)構(gòu)等幾個(gè)方面來(lái)展示Linux核心的特征。1.6.1接口特色按照POSIX標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)可以運(yùn)行UNIX程序的系統(tǒng)就是UNIX。Linux系統(tǒng)提供和一般UNIX系統(tǒng)相同的標(biāo)準(zhǔn)界面，包括程序級(jí)的和用戶級(jí)的，因此也是一個(gè)UNIX系統(tǒng)，一般，大家稱之為類UNIX系統(tǒng)，以區(qū)別于其他傳統(tǒng)意義上的UNIX系統(tǒng)。1.6Linux的內(nèi)核特征在程序級(jí)，Linux系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的UNIX函數(shù)庫(kù)，一個(gè)在Linux下開發(fā)的應(yīng)用程序，可以幾乎不經(jīng)過(guò)任何改動(dòng)就可以在其他UNIX系統(tǒng)下編譯執(zhí)行，完成同樣的功能。Linux系統(tǒng)對(duì)用戶同時(shí)提供圖形和文本用戶界面，文本界面是shell接口，圖形界面是XWindow系統(tǒng)。UNIX下的基本命令，在Linux下功能和使用方式都完全相同。而最早在UNIX平臺(tái)開發(fā)的圖形用戶界面XWindow系統(tǒng)，在Linux系統(tǒng)下運(yùn)行良好并可以展示與其他版本UNIX系統(tǒng)下相同甚至更好的效果。在程序級(jí)，Linux系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的UNIX函數(shù)庫(kù)，一個(gè)在Li更為可喜的是，在XWindow系統(tǒng)基礎(chǔ)上，自由軟件開發(fā)者們?yōu)長(zhǎng)inux開發(fā)了不少種類的桌面系統(tǒng)，在這樣的環(huán)境下，用戶幾乎可以不再需要傳統(tǒng)的文本用戶界面，所有的操作都可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊來(lái)完成。這樣的系統(tǒng)有方便快捷的KDE（KDesktopEnvironment），基于CORBA組件技術(shù)，具有圖形功能的GNOME（GNU’sNetworkObjectModelEnvironment）等等，它們都遵循GPL，都處在高速發(fā)展階段，相信他們的功能會(huì)更加完善。桌面系統(tǒng)的發(fā)展，基于桌面系統(tǒng)的辦公、家用軟件的發(fā)展，將會(huì)使Linux操作系統(tǒng)的用戶界面更加友好，Linux系統(tǒng)針對(duì)辦公用戶及普通家庭的普及工作也將具有更明顯的競(jìng)爭(zhēng)力和更美好的前景。更為可喜的是，在XWindow系統(tǒng)基礎(chǔ)上，自由軟件開發(fā)者們?yōu)?.6.2功能特色Linux核心最早運(yùn)行在Intel80386系列PC機(jī)上，現(xiàn)在，它也可以運(yùn)行在Apple系列、DECAlpha系列、MIPS和Motorola68000系列的計(jì)算機(jī)上，同時(shí)，一些改進(jìn)的嵌入式Linux核心還可以運(yùn)行于手機(jī)、家電等設(shè)備上。從Linux2.0開始，它不僅支持單處理器的機(jī)器，還能支持對(duì)稱多處理器（SMP）的機(jī)器，實(shí)現(xiàn)真正的多任務(wù)工作。Linux系統(tǒng)可以支持多種硬件設(shè)備。Linux系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)和Windows系統(tǒng)相比要簡(jiǎn)單得多。最初的硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，都是由自由軟件開