1. 操作系统（Operation System，OS）

操作系统作为接口的示意图:



没有安装操作系统的计算机，通常被称为 裸机

• 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

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
• 服务器操作系统
• 嵌入式操作系统
• 移动设备操作系统

1> 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

2> 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

服务器示例:


3> 嵌入式操作系统

• Linux

4> 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

 

2. Liunx操作系统的发展历史

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）" 游行，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



肯·汤普逊（左）和丹尼斯·里奇（右）

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

Unix 家谱



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，在大学中不再能使用 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



3. 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：http://www.kernel

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: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***的商业支持，Ubuntu确立了难以企及的严格标准。物联网设备应用多
  • Redhat:帽企业级Linux(RHEL)服务器操作系统现在却是攻占数据中心机架的一大主力军。作为全球各大公司的Linux宠儿，红帽的创新和不间断支持(包括为主要版本提供10年支持)对他的客户非常有吸引力。
  • Fedora
  • openSUSE:归Micro Focus所有、但独立运营的SUSE Linux企业级服务器(SLES)很稳定、易于维护，它为没有时间或者没有耐心来等待过程漫长的故障排查电话的那些人提供了7x24小时的快速响应支持。而SUSE咨询团队可满足你的服务级别协议(SLA)，同时让你的财会人员满意。
  • Linux Mint
  • Debian
  • Manjaro
  • Mageia
  • CentOS:如果你通过一家网站主机托管公司来运营网站，那么你的网站服务器由CentOS Linux来运行的可能性很大。红帽企业级Linux(RHEL)的这种低成本克隆版并不是严格意义上的商用版，但是由于它基于RHEL，你可以充分利用它的商用支持功能
  • Arch

• 十大 Linux 服务器发行版排行榜：http://os.51cto/art/201612/526126.htm

4. 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

在 Ubuntu 中玩 QQ

 

5 Linux系统的文件和目录

目标

• 理解 Linux 文件目录的结构

5.1 单用户操作系统和多用户操作系统

• 单用户操作系统：指一台计算机在同一时间 只能由一个用户 使用，一个用户独自享用系统的全部硬件和软件资源

  • Windows XP 之前的版本都是单用户操作系统

• 多用户操作系统：指一台计算机在同一时间可以由 多个用户 使用，多个用户共同享用系统的全部硬件和软件资源

  • Unix 和 Linux 的设计初衷就是多用户操作系统

5.2 Windows 和 Linux 文件系统区别

5.2.1 Windows 下的文件系统

• 在 Windows 下，打开 “计算机”，我们看到的是一个个的驱动器盘符：

• 每个驱动器都有自己的根目录结构，这样形成了多个树并列的情形，如图所示：

5.2.2 Linux 下的文件系统

• 在 Linux 下，我们是看不到这些驱动器盘符，我们看到的是文件夹（目录）：

 图中的图形文件界面是Ubuntu 16的图形界面.

• Ubuntu 没有盘符这个概念，只有一个根目录 /，所有文件都在它下面

5.2.3 用户目录

位于 /home/user，称之为用户工作目录或家目录，表示方式：

/home/user
~

5.2.4 Linux 主要目录速查表

• /：根目录，一般根目录下只存放目录，在 linux 下有且只有一个根目录，所有的东西都是从这里开始
  • 当在终端里输入 /home，其实是在告诉电脑，先从 /（根目录）开始，再进入到 home 目录
• /bin、/usr/bin：可执行二进制文件的目录，如常用的命令 ls、tar、mv、cat 等
• /boot：放置 linux 系统启动时用到的一些文件，如 linux 的内核文件：/boot/vmlinuz，系统引导管理器：/boot/grub
• /dev：存放linux系统下的设备文件，访问该目录下某个文件，相当于访问某个设备，常用的是挂载光驱mount /dev/cdrom /mnt
• /etc：系统配置文件存放的目录，不建议在此目录下存放可执行文件，重要的配置文件有
  • /etc/inittab
  • /etc/fstab
  • /etc/init.d
  • /etc/X11
  • /etc/sysconfig
  • /etc/xinetd.d
• /home：系统默认的用户家目录，新增用户账号时，用户的家目录都存放在此目录下
  • ~ 表示当前用户的家目录
  • ~edu 表示用户 edu 的家目录
• /lib、/usr/lib、/usr/local/lib：系统使用的函数库的目录，程序在执行过程中，需要调用一些额外的参数时需要函数库的协助
• /lost+fount：系统异常产生错误时，会将一些遗失的片段放置于此目录下
• /mnt: /media：光盘默认挂载点，通常光盘挂载于 /mnt/cdrom 下，也不一定，可以选择任意位置进行挂载
• /opt：给主机额外安装软件所摆放的目录
• /proc：此目录的数据都在内存中，如系统核心，外部设备，网络状态，由于数据都存放于内存中，所以不占用磁盘空间，比较重要的文件有：/proc/cpuinfo、/proc/interrupts、/proc/dma、/proc/ioports、/proc/net/* 等
• /root：系统管理员root的家目录
• /sbin、/usr/sbin、/usr/local/sbin：放置系统管理员使用的可执行命令，如 fdisk、shutdown、mount 等。与 /bin 不同的是，这几个目录是给系统管理员 root 使用的命令，一般用户只能"查看"而不能设置和使用
• /tmp：一般用户或正在执行的程序临时存放文件的目录，任何人都可以访问，重要数据不可放置在此目录下
• /srv：服务启动之后需要访问的数据目录，如 www 服务需要访问的网页数据存放在 /srv/www 内
• /usr：应用程序存放目录
  • /usr/bin：存放应用程序
  • /usr/share：存放共享数据
  • /usr/lib：存放不能直接运行的，却是许多程序运行所必需的一些函数库文件
  • /usr/local：存放软件升级包
  • /usr/share/doc：系统说明文件存放目录
  • /usr/share/man：程序说明文件存放目录
• /var：放置系统执行过程中经常变化的文件
  • /var/log：随时更改的日志文件
  • /var/spool/mail：邮件存放的目录
  • /var/run：程序或服务启动后，其 PID 存放在该目录下