第01章Linux概况.ppt

1,现在Linux已经在全球广泛普及开来，虽然在个人桌面版方面还略逊色于Microsoft windows系统，但是在服务器领域以其良好的安全性和稳定性得到越来越多用户的认可，并被广泛使用；随着后PC时代的到来，计算机在各行各业乃至人们的日常生活中已经是无处不在，尤其在嵌入式系统应用、开发方面Linux更是具有其他操作系统无可比拟的优势。,第一章 认识Linux,2,111 Linux的诞生 Linux是操作系统，确切地说是GNU/Linux 操作系统。它的诞生、发展与UNIX、MINIX操作系统、GNU计划、POSIX标准以及Internet广泛应用有着莫大的关系。Unix操作系统是由美国贝尔实验室的Ken L.Thompson和Dennis M.Ritchie在19691971年设计并在小型机PDP7上实现的分时操作系统，开始使用的是BCPL 语言（基本组合编程语言），后经Dennis Ritchie 于1973 年用移植性很强的C 语言进行了改写；其早期的版本源代码是可以免费获得并被人们加以广泛研究的。,11 Linux 概述,3,有人甚至专门写书逐行地解释UNIX的源代码（澳大利亚新南威尔士大学的Lions）；许多大学的操作系统课程就采用该书为教材。但是从版本7开始，AT&T公司为了保护商业利益禁止在课程中研究其源代码，致使操作系统的课程只讲理论。由于操作系统的理论繁杂、算法众多，所以学生在学习之后并不能完整地了解实际的操作系统是如何运作的。,4,Andrew S.Tanenbaum博士在上个世纪八十年代中期为了改变这种局面决定编写一个在用户看来与UNIX完全兼容，但有全新内核的操作系统MINIX。早期的MINIX是基于8088CPU、256K内存的IBM PC和UNIX版本7编写的，随着时间的推移、POSIX的出现和计算机技术的不断发展，MINIX添加了许多新的特征，它不再基于UNIX版本7，而是基于国际上的POSIX标准（POSIX1003.1和ISO9945-1）。POSIX（Portable Operating System Interface for Computing Systems）是由IEEE和ISO/IEC开发的一簇标准。该标准是基于现有的UNIX 实践和经验，描述了操作系统的调用服务接口，用于保证编制的应用程序可以在源代码一级上，在多种操作系统上移植运行。,5,MINIX 主要面向教师教学研究和学生学习操作系统原理使用。目前主要有两个版本：2.0版和3.0 版，现在都是免费的，可以从许多FTP站点上下载。由于Andrew S.Tanenbaum博士坚持保持MINIX操作系统的小型化，以便学生在一个学期的课程内就能学完并易于理解，所以没有接纳全世界许多人对MINIX 扩展的要求。MINIX一直恪守着“Small is Beautiful”的原则，最终导致一个芬兰学生Linus Torvalds 决定编写一个类似MINIX的操作系统，不过它的特征繁多、面向实用而非教学，这就是我们所说的LINUX。,6,GNU是一个组织，是一种操作系统也是一类规范。GNU 是“GNUs Not Unix”的递归缩写，它的发音为“guh-NEW”。旨在发展一个类Unix，但不是UNIX 且为自由软件的完整操作系统。GNU计划就是要打破商业软件使用付费的枷锁；GNU计划下的任何软件，不只提供软件使用权、也提供软件源代码；只要使用者能找到、任何人都可以使用该软件、甚至修改它的源代码。GNU对使用者唯一的要求就是：当使用者对于GNU计划下的软件做了修改时，仍必须维持GNU的精神，即修改后的软件也应该无条件地奉献。,7,到上世纪90 年代初，GNU 项目已经开发出许多高质量的免费软件，但还没有开发出免费的GNU操作系统。即使是MINIX也开始有了版权，需要购买才能得到源代码，而GNU 的操作系统HURD一直在开发之中，但并不能在几年内完成；对于Linus 来说，已经等的不耐烦了。从1991年4月份起，Linus开始酝酿并着手编制自己的操作系统。这时他是赫尔辛基大学计算机科学系的二年级学生，正在学习操作系统的课程，所用的教材正是Andrew S.Tanenbaum教授编著的操作系统：设计与实现。,8,刚开始，他的目的很简单，只是为了学习Intel 386 体系结构保护模式运行方式下的编程技术。他在自己的PC上以MINIX操作系统为平台，开发了属于他自己的第一个程序。通过学习，他逐渐不满足MINIX 系统的现有性能，而MINIX又坚持不扩展的原则，所以他开始酝酿开发一个新的免费操作系统。根据Linus 在comp.os.minix 新闻组上发布的消息，我们可以知道他逐步从学习minix 系统到开发自己的Linux 的整个过程。到了1991年的10月5日，Linus 在新闻组上发布消息，正式向外宣布Linux 内核系统的诞生（Free minix-like kernel sources for 386-AT）。这标志Linux 的诞生。,9,一个完整、实用的操作系统除了操作系统内核外还应该包括一系列的系统应用软件；而GNU软件的出现为Linux 操作系统的开发创造了一个合适的环境，是Linux 能够诞生的基础之一。因此、Linus Torvalds所开发的是符合GNU精神的操作系统内核，目前所使用的Linux操作系统严格来说应该称为“GNU/Linux”操作系统，但仍习惯称为Linux。随着Intenet 技术的发展，越来越多的人通过网络认识了Linux，越来越多的人使用并改进着Linux；如果没有遍布全世界的无数Linux爱好者的无私奉献，那么Linux也不可能发展到今天这样的水平。,10,112 Linux内核与版本 1991年9月17日，Linus通过网络上传了Linux内核0.01版。该内核大约有1万多行代码，它没有网络功能，只能在386系列Intel处理器的PC上运行，对硬件设备的支持也很少；虚拟内存的实现也相当简单并且不支持内存映射文件；对文件系统的支持也仅仅局限于Minix文件系统。1991年10月5日，Linus在comp.os.minix新闻讨论组里公布了Linux内核0.02版，该版内核已经可以运行不少程序，用户还可以在这个内核中编写小程序。1991年11月他又发布了Linux内核0.03版。,11,随后，Ted Tso发布了Linux内核0.10版。他是最早向Linux内核添加程序的人之一。他对Linux的最大贡献是提出并实现了ext2（Second Extended File System）文件系统；ext2文件系统已成为Linux文件系统标准。在2001年他又推出ext3（Third Extended File System）文件系统，ext3大大提高了文件系统的稳定性和访问效率。1992年1月15日，发布了0.12版本的内核；主要加入对数学协处理器的软件模拟程序。此时、追随Linus的开发人员越来越多，大家不再把它和Minix相比，而开始和Unix相比。Linux操作系统的用户数量由几个人涨到了近千人。,12,随后的两个月，Orest Zborowski（一名黑客）把X-Window装载到Linux上。Linus也开始进行终端仿真，开始能支持图形用户界面，用户可以在多视窗条件下工作了。1992年3月8日，Linux内核0.13版本完成。由于X-Window强有力地支持，Linus他们认为离那个较为完备、可靠的且能够支持网络的操作系统只有几步之遥了。因此，Linus决定将0.13版本直接改为0.95版本。到1993年12月，全球Linux用户数达到了10万人左右。,13,1994年3月14日，发布了1.0版本的内核，这是一个具有里程碑意义的版本。1.0版内核按照完全自由免费的协议发布，源码完全公开，之后很快正式采用了GPL(通用公共许可)协议。该版本支持UNIX的标准TCP/IP协议、支持网络编程BSD的Socket接口；从而能让Linux有能力跳出本地网络，实现连接异地计算机的梦想。1.0版本的内核对文件系统也做了较大的改进，不再局限于Minix文件系统；它有了一个全新的、功能更为强大的ext2文件系统。该版本对计算机外部设备的支持也已经到达系列化的程度，如对常见的软驱、光驱、键盘、鼠标、声卡和网卡等设备的支持。,14,Linux内核版本采用双轨制:稳定版和开发版。稳定版的内核具有工业级的强度，可以广泛地应用和部署。新版的稳定内核相对于旧版的内核只是修正一些bug或加入一些新的驱动程序。开发版内核由于要测试系统性能的各种解决方案，所以其性能是不稳定的。这两种版本是相互关联，相互循环的，开发版经过众多试用者的不断测试、开发者再修改错误最后上升为稳定版。,15,Linux内核的命名格式：num1.num2.num3或 num1.num2.num3-num4其中、第一个数字是主版本号，第二个数字是次版本号，第三个数字是修订版本号，第四个数字是补丁号。如果次版本号是偶数，那么该内核就是稳定版的；若是奇数，则是开发版的。前面两个数字的组合可以描述内核系列。如稳定版的2.6.x，它是2.6版内核系列。,16,自发布第一个正式版本Linux 1.0以来，每隔一段时间就有新的版本或其修订版公布。Linux内核稳定版的版本有：1.0.x、1.2.x、2.0.x、2.2.x、2.4.x等，直至现在最新的2.6.x。从2.0内核版本（1996年6月）开始支持多体系结构，包括一个完全的64位Alpha端口和支持多处理器体系结构；内存管理代码得到实质性改进，TCP/IP的性能大大提高，并增加了许多新的网络协议。2.2内核版本（1999年1月）新增了部分功能并对防火墙、路由算法、通信量管理等做了改进，大大提高了网络性能。,17,2001年1月，发布了Linux内核2.4版。2.4版本内核主要完善的是VM。2003年12月，推出了Linux内核2.6版。其性能与2.4版本相比有重大的改进，主要有：使用新的 0(1)进程调度算法、采用抢占式内核、改进的虚拟内存、改进的内存管理等。,18,113 Linux的发行版本Linux内核的发展过程中,各种Linux发行版本发挥了重要的作用，正是它们加快推动了Linux的应用，让更多的人开始关注和使用Linux。一些组织或厂商，将Linux系统的内核与系统应用程序、说明文档包装起来，并提供若干系统安装界面和系统配置、设定与管理工具，就构成了一种发行版本(distribution)，Linux的发行版本其实就是Linux核心再加上一系列的系统应用程序组成的一个大软件包。相对于Linux操作系统内核版本，发行版本的版本号随着发布者的不同而不同，与Linux系统内核的版本号相比是相对独立的。例如：Red Hat Linux9.0其发行版本号是9.0；而内核版本号是2.4.20。因此把RedHat直接说成是Linux是不确切的，它们是Linux的发行版本，更确切地说，应该叫做“以Linux为核心的操作系统软件包”。,19,根据GPL准则，发行版本都源自一个内核，并且都有自己各自的贡献，但都没有自己的版权。Linux的各个发行版本都是使用Linus主导开发并发布的同一个Linux内核，因此在内核层不存在什么兼容性问题。每个版本之所以都有不一样的感觉，只是在发行版本最外层的感觉不同，而绝不是Linux本身，特别是内核不统一或是不兼容。90年代初期Linux开始出现的时候，仅仅是以源代码形式出现，用户需要在其他操作系统下进行编译才能使用。后来出现了安装方便的发行版本，它们都是以Linux内核为核心加上若干系统应用程序构成的操作系统。,20,Red Flag/红旗Linux是北京中科红旗软件技术有限公司的产品，目前的最高发行版本为5.0；内核版本为2.6.9。其产品有Linux高端服务器操作系统、集群解决方案、桌面版操作系统、嵌入式系统等。XteamLinux是Xteam（中国）软件技术有限公司的产品，发行版本号是4.0；内核版本号为2.4.6。到目前为止没有更新的版本。现在产品有XteamLinux中文操作系统开发、基于XteamLinux的应用软件的开发、基于XteamServer的系统解决方案Bluepoint/蓝点Linux是蓝点软件技术（深圳）有限公司的产品，发行版本号是2.0；内核版本号为2.2.16。到目前为止没有更新的版本，据称已终结Linux桌面版。现在产品有防病毒及邮件过滤、防火墙及嵌入式系统等。,21,Slackware是最早的Linux正式版本之一，它遵循BSD的风格，尤其是在系统启动脚本方面。目前的最高发行版本是Slackware 11.0，内核版本号为2.6.17。Debian占有的市场份额仅次于Red Hat，位居第二。它之所以不为国内用户所熟知，是因为Debian不是一个商业实体，而是一个由自愿者组成的非商业组织，它由许多志愿者维护，是真正的非商业化Linux。目前发行版本是3.1；内核版本号为2.6.x。Turbo Linux公司是以推出高性能服务器而著称的Linux厂商，在美国有很大的影响。它是亚洲占市场最大的商业版本，在中国（中文品牌为“拓林思”）、日本和韩国都取得了巨大的成功。现在较流行的发行版本是Turbo Linux 6.0，它是基于Linux 2.2内核。,22,Red Hat Linux是Linux最早的商业版本之一。它在美国和其他英语国家市场上获得了较大的成功。最高发行版本是Red Hat Linux 9.0，它是基于Linux 2.4.20内核。Red Hat Linux 9.0是最后一个Red Hat Linux稳定版，以后Red Hat公司就不再开发和发布桌面版Linux，而是将桌面Linux项目和开源社区合作，改名叫Fedora Project，新发行的桌面Linux也改名为Fedora。Red Hat公司就专门做企业版的Red Hat Enterprise Linux。最新的桌面版是Fedora Core 6；最新的企业版是Red Hat Enterprise Linux 4。Red Hat Enterprise Linux分为三个版本AS、ES、WS。,23,Linux AS(Advanced Server)是专为企业关键业务提供服务的Linux解决方案，它内置HA/Cluster功能，适合运行数据库、中间件、ERP/CRM和集群/负载均衡系统等关键业务，支持各种平台的服务器，提供了最全面的支持服务。能够支持16个处理器、64GB存储器的大型伺服器架构。Linux ES(Entry Server)是针对广泛的网络应用，为WEB服务器、邮件服务器、VPN服务器、FTP服务器和DNS服务器等网络提供服务，适合从网络边缘到中型部门的应用环境。ES版本只限于支持Intel x86的两个处理器和8GB的存储器。Linux WS(Workstation)是Red Hat企业级Linux AS版本和ES版本的桌面/客户端伙伴，它提供了一个理想的开发平台，支持众多的开发工具，能让用户高效快捷地开发自己的应用程序。,24,114 Linux的特点Linux操作系统之所以能受到越来越多用户青睐是因为它符合现代操作系统的要求和发展方向；即尽可能地方便用户使用、合理地组织工作流程、最大限度地提高计算机系统的资源利用率。1、多用户Linux可以在服务器端运行，允许多个用户从相同或不同终端上同时使用同一台计算机、系统资源可以由多个用户拥有并共享使用，各个用户间互不影响。,25,2、多任务允许多个程序同时执行。它是以多道程序设计技术为基础，让多个程序装入主存（这时称为任务或进程）并“同时”执行。对于单CPU计算机系统，Linux的任务调度管理进程会根据某种算法选择一个进程占有CPU，并分配给它一个时间片段、一旦该时间片段用完不管这个进程是否完成都要撤离CPU并选择另一个进程占有CPU，由于CPU的处理速度很快，所以用户感觉不到这种切换，好像多个程序在“同时”执行。,26,3、移植性Linux操作系统有良好的可移植性，能够在多种硬件平台下运行，不仅可以运行在Intel x86系列的计算机上，还可以运行在其他如APLLE、AMD、ARM、MIPS等系列计算机上。Linux符合POSIX标准，IEEE开发POSIX标准目的是为了提高UNIX环境下应用程序的可移植性，但并不局限于UNIX，许多其他的操作系统都支持POSIX标准。这为Linux使用一些UNIX软件奠定了基础。,27,4、开放性几乎所有的源代码都是开放的，包括核心程序、设备驱动程序等等。任何人都可以通过Internet免费下载、使用、修改和发布它。5、稳定性指计算机操作系统特别是网络操作系统是否容易因出错而“死机”。有人在使用中做过统计：三年中Linux每天开机24小时，死机次数不超过五次，系统的工作是Web sever、网络传输程序以及软件开发环境。,28,6、安全性Linux的安全性好可以从三个方面来看，第一、Linux操作系统采取了许多安全技术措施，如读、写和执行的权限控制，带保护的文件、I/O子系统，审计跟踪，核心授权等；第二、由于是开放源代码，所以大大减少了操作系统存在未知“后门”的可能性；第三、由于Linux是由松散的组织开发的，使用它不会受到某家公司的控制。,29,7、设备的独立性设备的独立性指用户脱离具体的物理设备、而使用逻辑设备；用户不需要知道具体物理设备的特性，由操作系统来完成逻辑设备到物理设备的映射。Linux的所有设备都是以文件的方式命名的，每一个设备是一个特殊类型的文件，用户访问设备就像访问文件一样的方便。当增加新设备时，在系统内核中添加必要的驱动程序以确保操作系统内核以相同的方式来处理这些设备。,30,8、强大的网络功能Linux具有内置的TCP/IP协议栈，提供FTP、TELNET、WWW等通信服务，用户可以像在Windows中一样上网聊天、收发电子邮件等。利用Linux作为网络服务器操作系统可以构建Web服务器、Mail服务器、FTP服务器、数据库服务器、Samba服务器和代理服务器等。在本节的最后简要说明有关Linux的读音问题。由于现在对Linux一词的读法存在多种版本，例如，读为“来那克斯”、“林你克斯”“利纽克斯”等，所以Linus Torvalds本人录制了一段他对Linux的发音的看法放在互联网上。这段录音的内容是：“hello,this is linus torvalds and i pronounce linux as linux”；他对Linux一词的发音是：li:nks。,31,目前全球Linux用户约有800万人，并逐年增加。Linux的主要运用包括：桌面、服务器、嵌入式系统、集群计算机等。,12 Linux的应用现状与前景,32,1.2.1 桌面,但是随着Linux技术，特别是随着X Window领域技术的发展，Linux在界面美观、使用方便等方面都有了长足的进步，Linux作为桌面操作系统逐渐被用户接受。根据IDC的调查，2003年Linux桌面操作系统的市场份额比2000年几乎增长了2倍，并将超过苹果公司的Mac OS，成为第二大最流行的操作系统。,33,在中国，由于软件政府采购管理办法中明确规定中国政府支持国产软件的政策导向，所以在北京等城市进行的政府采购中，国产Linux软件（如红旗Linux）战胜了其他对手，成为部分政府机关的桌面操作系统。这也极大地推动了Linux桌面系统的普及和应用。,34,1.2.2 服务器,Linux服务器的稳定性、安全性、可靠性已经得到业界认可，政府、银行、邮电、保险等业务关键部门已经开始规模性使用。作为服务器，Linux 的服务领域包括：网络服务器文件和打印服务器数据库服务器,35,1.2.3 嵌入式系 统,概念：凡是带有微处理器的非计算机系统都可以称为嵌入式系统。身边触手可及的电子产品，小到MP3、PDA等微型数字化产品，大到网络家电、智能家电、车载电子设备都采用嵌入式系统。大约52的嵌入式系统倾向以Linux作为系统。,36,优点 Linux具有很强的可移植性，支持各种不同的电子产品的硬件平台。Linux内核可免费获得，并可根据实际需要自由修改，这符合嵌入式产品根据需要定制的要求。Linux功能强大并且内核很小。一个功能完备的 Linux 内核只要求大约 1 MB 内存,而最核心的微内核只需要 100 K 的内存。Linux支持多种开发语言,如C,C+,Java为嵌入式系统上的多种应用提供了可能。,37,1.2.4 集群计算机,概念：利用高速的计算机网络，将许多台计算机连接起来，并加入相应的集群软件所形成的具有超强可靠性和计算能力的计算机。优势（1）极高的性能价格比（2）极强的可扩展性,38,39,1.3 Linux的各组成部分,40,1.3.1 内核,内核（Kernel）是整个操作系统的核心，管理着整个计算机系统的软硬件资源。Linux内核采用模块化的结构，其主要模块包括：存储管理、CPU和进程管理、文件系统管理、设备管理和驱动、网络通信以及系统的引导、系统调用等。Linux内核的源代码通常安装在/usr/src/linux目录，可供用户查看和修改。Linux允许用户根据自己机器的实际配置制定内核。,41,1.3.2 Shell,用户、Shell和内核的关系,42,常用的Shell：Bourne shell（又称B Shell）C ShellKorn Shell(K Shell)Bourne-Again Shell（又称Bash）Shell不仅是一种交互式命令解释程序，还是一种程序设计语言。Shell脚本程序是解释型。,43,1.3.3 X Window,X Window又称为X视窗，1984年诞生于美国麻省理工学院（MIT），是UNIX和Linux等操作系统的图形化用户界面的标准。X Window有许多不同的名称，如X、X11、X11R6等，但是不能将之为X Windows，因为Windows是微软公司的注册商标。X Window如果出现故障，一般可以正常退出，且不影响字符界面下运行的程序。,44,1.3.4 应用程序,45,1.4 Linux的基本原理,Linux的CPU管理 Linux的存储管理 Linux的文件管理Linux的设备管理,46,1.4.1 CPU管理,CPU是计算机最重要的资源，对CPU的管理就是操作系统最核心的功能。Linux对CPU的管理主要体现在对CPU运行时间的合理分配管理。Linux主要采用分时方式管理CPU的运行时间。此外，还设计CPU的运行时间在各用户或各任务之间的分配和调度。,47,1.4.2 存储管理,存储器分为内存与外存两种。操作系统的存储管理主要是指对内存的管理。Linux采用虚拟存储技术，也就是利用硬盘的空间来扩充内存空间，从而为程序的执行提供足够的空间。Linux遵循页式存储管理机制，虚拟内存和物理内存皆按页为单位加以分割，页的大小固定不变。,48,1.4.3 文件管理,Linux主要采用ext3或ext2文件系统，也可以采用ReiserFS、XJF等文件系统。由于采用了虚拟文件系统（Virtual File System）技术，Linux可以支持多种文件系统，其中包括DOS的msdos，Windows 2000的fat32（在Linux中称之为vfat），光盘的iso9660，甚至还包括实现网络共享的nfs等文件系统。,49,50,1.4.4 设备管理,Linux操作系统把所有外部设备按其数据交换的特性分成以下三大类：字符设备 块设备 网络设备,51,