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[教學]解釋什麼是 Linux ？什麼是作業系統?

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黄金长老

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电梯直达

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发表于 2007-10-20 01:24 PM |只看该作者 |倒序浏览

要瞭解 Linux 之前，就不能不知道什麼是作業系統 ( Operation System, OS )，所以，首先我們來簡單的說一說什麼是作業系統吧！先來想一想，當我們使用電腦時，螢幕上面顯示的咚咚是由哪裡來的？嗯！是由顯示卡與螢幕顯像的；那麼你現在可以藉由網路看到這篇文章，則是藉由 Internet 、網路卡、網路線以及所有相關的電子器材與網路器材所完成的一項任務！如果你要看 VCD 呢？那麼就需要光碟機、光碟、音效卡的發聲等等的支援。這麼說來的話，所以在『工作』的東西都是『硬體』的工作呀！對了！就是這些電腦硬體在工作的。那麼硬體怎麼工作呢？那就是藉由『作業系統』來達成的囉！這個作業系統就是在溝通你這個使用者跟硬體之間的訊息傳遞啦！也就是說，沒有作業系統，那麼你的電腦硬體就只是一堆廢鐵，什麼工作都不能做的！

那麼作業系統裡面含有什麼東西呢？簡單的來說，作業系統主要分為兩個東西，一個是『核心』、一個是『一堆核心提供的工具』我們以使用者常使用的 Windows 電腦來做一個簡單的說明好了。大家應該都使用過 Windows 電腦裡面的檔案總管吧？那麼當你開啟檔案總管的時候，他是否會顯示你硬碟當中的資料？這個顯示硬碟裡面的資料，就是『核心』幫你做的，但是，你要核心去顯示硬碟哪一個目錄下的資料，則是由『檔案總管』這個『工具』幫你達成的！這樣可以理解嗎？再來，如果您曾經使用過 Windows 2000 或 Windows XP 的話，那就更好了！你就應該聽過有所謂的『FAT32 與 NTFS 檔案格式』吧？在 Windows 98 這個早期的 Windows 版本中，他並無法讀取或者是找到 Windows XP 的 NTFS 檔案格式的硬碟，為什麼呢？因為他的『核心』本來就不認識 NTFS 啊！所以，即使你有檔案總管，但是由於核心根本不認識 NTFS ，所以，檔案總管也是沒有能力幫你達到你想要做的事情！這樣應該就更清楚了吧？沒錯！你的整個硬體是由核心來管理的，而如果核心不認識你的硬體，那麼你將無法使用該硬體設備，例如上面提到的 NTFS 檔案格式的硬碟！核心就是『 Kernel 』，他是一個作業系統的最底層的東西，由他來掌管整個硬體資源的工作狀態，而 Linux 有 Linux 自己的核心， Windows 也有他自己的核心。所以說，當有新的硬體加入到你的系統中的時候，那麼若你的『 Kernel 』並沒有支援他的時候，呵呵，這個新的硬體就肯定無法工作的，因為控制他的 Kernel 並不認識他呀！這樣瞭解了嗎？！先有個概略性的瞭解，後面我們提到『核心編譯』的時候會在更詳細的談到他！

一般來說，Kernel 管理的事項有：

# System call interface ：一些服務與 kernel 溝通之後，將硬體的資源進一步的利用；
# Process control ：系統程序控制中心，所以核心編的越小越好；
# Memory management ：控制整個系統的記憶體管理；
# File system management ：檔案系統的管理，例如 I/O 等等的工作啦！還有不同檔案格式的支援啦等等，如果你的核心不認識某個檔案系統，那麼您將無法使用該檔案格式的檔案囉！例如上面提到的 Windows 98 不認識 NTFS 檔案格式的硬碟；
# Device drivers ：就如同上面提到的，硬體的管理是 Kernel 的主要工作之一，當然囉，裝置的驅動程式就是核心需要做的事情啦！好在目前都有所謂的『可載入模組』功能，可以將驅動程式編輯成模組，就不需要重新的編譯核心啦！這個也會在後續的核心編譯當中提到的！

所以啦！所有硬體的資源都是他來管理的！至於我們要達成一些工作時，除了藉由核心本身提供的功能 ( 例如上面提到的檔案總管 ) 之外，還可以藉由其他的應用軟體來達成喔！舉個例子來說，你要看 VCD 影片是吧！那麼除了 Windows 提供的媒體播放程式之外，你也可以自行安裝 VCD 播放程式來播放 VCD 囉！這個播放程式就是應用軟體囉，而這個應用軟體可以幫你去控制核心來工作 ( 就是放映影片囉 ) ，因此，我們可以這樣說，核心是控制整個硬體支援的咚咚，也是一個作業系統的最底層，然而要讓整個作業系統更完備的話，那還需要含有相當豐富的核心提供的工具，以及核心相關的應用軟體來支援！

OK！提到這裡那麼您知道 Linux 是什麼了嗎？呵呵！對啦！其實 Linux 就是一個作業系統，這個作業系統裡頭含有最主要的 kernel 以及 kernel 提供的工具啦！他提供了一個完整的作業系統當中最底層的硬體控制與資源管理的完整架構，這個架構是沿襲 Unix 良好的傳統來的，所以相當的穩定而功能強大！此外，由於這個優良的架構可以在目前的個人電腦 ( X86 系統 ) 上面跑，所以很多的軟體開發者將他們的工作心血移轉到這個架構上面，那就是很多的應用軟體啦！雖然 Linux 僅是其核心與核心提供的工具，不過，由於核心、核心工具與這些軟體開發者提供的軟體的整合，使得 Linux 成為一個更完整的、功能強大的作業系統囉！我們可以將 Linux 的系統與使用者的相關性看成底下的圖示：

圖一、使用者、使用者介面與核心工具、核心、與硬體之相關性

約略瞭解 Linux 是何物之後，接下來，我們要談一談，『為什麼說 Linux 是很穩定的作業系統呢？他是如何來的？』

從 Unix 到 Linux 這一段歷史

為什麼大家常常會說， Linux 是很穩定的一套作業系統呢？這是因為， Linux 他有個老前輩，那就是 Unix 家族囉！有這個前輩的提攜，讓 Linux 這個小老弟很快的就成為一套穩定而優良的作業系統啦！所以，底下我們來談一談 Unix 到 Linux 的這一段歷史吧！

早在 Linux 出現之前的二十年 ( 大約在 1970 年代 )，就有一個相當穩定而成熟的作業系統存在了！那就是 Linux 的老大哥『 Unix 』是也！怎麼這麼說呢？！他們這兩個傢伙有什麼關係呀？這裡就給他說一說囉！眾所皆知的， Linux 的核心是由 Linus Torvalds 在 1991 年的時候給他開發出來的，並且丟到網路上提供大家下載，後來大家覺得這個小東西 ( Linux Kernel ) 相當的小而精巧，所以慢慢的就有相當多的朋友投入這個小東西的研究領域裡面去了！但是為什麼這的小東西這麼棒呢？！然而又為什麼大家都可以免費的下載這個東西呢？！嗯！等鳥哥慢慢的唬xx....喔不！聽我慢慢的道來！

* 一個沒有完成的夢想： Bell, MIT 與 GE 的『 Multics 』系統

早期的電腦並不像現在的個人電腦一般，他可不是一般人碰的到的玩意兒，除非是軍事或者是高科技用途才有可能接觸到這類的 Computer ！而如前面所言，有電腦硬體還需要作業系統的配合才能夠發揮電腦的效能，不過，在那個年代，由於電腦算是『奢侈品』，喔～應該說是『貴重物品』，所以，可能一間學校就只有一部大型主機當然，那個年代所謂的大型主機仍然無法提供適度的運算能力的。不過，既然只有一部大型主機，然而有許許多多的教師、學生要想要來使用，怎麼辦呢？為了解決這個問題，在 1960 年代初期，麻省理工學院 ( MIT ) 發展了所謂的『相容分時系統 ( Compatible Time-Sharing System, CTSS )』，就字面上的意義來看，他主要讓大型主機可以提供多個終端機連線進入主機使用主機的資源， ( 附帶一提，當時的終端機 ( Terminal ) 本身並沒有軟體或者可供使用的資源，這些終端機要能使用，一定必需要連線登入主機之後，才能夠使用主機的資源來工作！) 當時可以讓約 30 位使用者連線使用主機。而為了讓這個分時系統更加的強大，所以，在 1965 年前後由貝爾研究室 ( Bell )、麻省理工學院 ( MIT ) 及奇異電器公司 ( GE ) 開始來共同開發一個名為 Multics 的大型計畫，目標是想讓大型主機可以連線 300 位以上的使用者。不過，在奮鬥了四年之後，該計畫仍然宣告不治...喔！是失敗啦！(註： Multics 有複雜、多數的意思。)

* 一個小型檔案系統的產生：1969 年 Ken Thompson 的小型 file server system

在複雜的 Multics 系統的計畫失敗後，貝爾研究室當然就退出該計畫。就在這個計畫解散之後，曾經參與 Muitics 的貝爾研究室的成員 Ken Thompson 由於自己工作上的需求，需要一套檔案存取的小型作業系統，便在 1969 年的時候以 DEC 公司 ( Digital Equipment Corporation ) 的電腦 PDP-7 為硬體基準，設計了一個適合自己工作環境的小型檔案系統，其中也含有他自行開發的一些小工具。那個系統就是最早期的 Unix 的源頭！當初 Ken 設計這個檔案系統時，主要是為了自己的存取方便所設計的簡單 OS ，因此將原有的 Multics 系統大幅度的簡化，不過，在當時還並沒有 Unix 這個名詞的出現！

* Unix 的正式誕生：1973 年 Ritchie 等人以 C 語言寫出第一個正式 Unix 核心

由於 Thompson 寫的那個作業系統實在太好用了，所以在 Bell 研究室內部廣為流傳，並且數度經過改版。到了 1973 年， Bell 研究室的 Dennis Ritchie 等人為了讓這個系統的執行效能更佳化，所以使用編譯效能更好的 C 語言將原有的 1969 年的那個系統之核心大幅度的改寫過，並且確定該作業系統名稱為 Unix，呵呵！那就是最早的 Unix 作業系統囉！不過，由於這個作業系統是由這一群工程師所開發完成的，而且使用者也大多是這方面的工程師，因此造成了後來 Unix 系統介面較難被一般使用者接受的情況 @_@ (註：相對於 Multics ，Unix 具有單一的意思！)

Linux

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发表于 2007-10-20 01:24 PM |只看该作者

* 重要的 Unix 分支： 1977 年 BSD 的誕生

在 Unix 早期的發展中，有一件相當重要的事情，那就是 BSD 的誕生！由於 C 語言是一種高階語言，他可以被應用在不同的硬體架構上面，而 Unix 本身就是 C 語言寫成的！在 Unix 發表之後，柏克萊大學 ( Berkeley ) 的教授對於這個作業系統相當的有興趣，在經過取得 Unix 的原始碼，並且幾經修改之後，終於在 1977 年發表了第一代的 Berkeley Software Distribution ( BSD ) 。這個 BSD 是 Unix 的一個分支，他的發展對於 Unix 有相當大的影響，例如後來的 Sun 公司就是使用 BSD 發展的核心進行自己商業的 Unix 版本的發展的！

* 百家齊鳴的 Unix 版本：

由於 C 語言是一個相當高階的程式語言，他與硬體沒有很直接的相關性，例如你的 Windows 也可以執行 C 程式語言！而由於 Unix 是由 C 語言寫成的，因此，也就是說，你只要經過稍微的原始碼修改程序，就可以在不同的硬體架構上面執行這個作業系統！後來，由於 Unix 的方便性，因此很多的商業公司及學術機構就加入這個作業系統的研發囉。不過，也由於 Unix 的便利性與改寫容易，因此就造成了很多的不同版本的 Unix 囉，例如 ATT 的 System V 、加州大學的 BSD 版、 IBM 的 AIX 等等。

由於『作業系統的核心 ( Kernel ) 必須要跟硬體配合，以提供及控制硬體的資源進行良好的工作！』，而在早期每一家生產電腦硬體的公司還沒有所謂的『協定』的概念，所以每一個電腦公司出產的硬體自然就不相同囉！因此他們必須要為自己的電腦硬體開發合適的 Unix 系統，所以，他們自行開發的 Unix 當然只能配合本身的硬體配備囉！例如在學術機構相當有名的 Sun 、 Cray 與 HP 就是這一種情況，他們開發出來的 Unix 並沒有辦法在其他的硬體架構下工作的！ ( 我們都稱呼這種系統與配備為『超級電腦』 ) ！由於沒有廠商針對個人電腦設計 Unix 系統，因此，在早期並沒有支援個人電腦的 Unix 作業系統的出現 ( 當然，這是由於早期的個人電腦並沒有現在這樣風行就是了！ ) ，每一家公司自己出的 Unix 雖然在架構上面大同小異，但是卻真的僅能支援自身的硬體，所以囉，早先的 Unix 只能與伺服器 ( Server ) 或者是大型工作站 ( Workstation ) 劃上等號！

此外，由於版本太多了，而大家都是同樣來自於 Unix 這個老祖宗，當然也都稱自己是 Unix ，好了，如此一來，許多商業公司自然就會有類似的軟體發表，喝！那麼自然就有些許的商業糾紛囉！真是傷腦筋～

* 1984 年的 GNU 與 Free Software Foundation：

Unix 在商業上面的問題讓許多對於 Unix 喜好者感到相當的憂心，其中一個就是有名的 Richard M. Stallman 先生。他認為， Unix 是一個相當好的作業系統，在這個系統上面，如果大家能夠將自己所學的貢獻出來，那麼這個系統將會更加的優異！Stallman 先生認為最大的快樂就是讓自己發展的良好的軟體讓大家來使用了！而且，由於每個人的工作環境 ( 指軟硬體平台 ) 可能都不太相同，所以，他也強調應該要有 Open Source 的概念，讓大家都能夠分享這一份的心得！他認為，有了 Open Source 之後，你的程式將有很多的人可以幫忙檢驗，將使得 Unix 社群更佳的茁壯。為了自己的理想， Stallman 在 1984 年實際創立了 GNU 與自由軟體基金會 ( Free Software Foundation, FSF )，並創作了許多『自由軟體』供大眾來使用，此外，對於其作品以自由 ( free ) 的 GNU General Public License ( GPL ) 的授權模式提供大眾使用。這個 FSF 的核心觀念是『版權制度是促進社會進步的手段，版權本身不是自然權力。』對於 FSF 有興趣或者對於 GNU 想要更深入的瞭解時，請參考朝陽大學的洪朝貴教授的網站，裡面有更為深入的解說！而且，Stallman 的 GNU General Public License 一直強調 Free 這個字眼！他是這樣說的：『"Free software" is a matter of liberty, not price. To understand the concept, you should think of "free speech", not "free beer". "Free software" refers to the users freedom to run, copy, distribute, study, change, and improve the software』大意是說，自由軟體並不是指『免費』的，而是指具有『自由度, freedom』的軟體，什麼是自由度呢？也就是你在取得這個軟體之後，可以進行修改、進一步發表與複製在不同的電腦平台上面。這無疑是個好消息！因為如此一來，你所拿到的軟體可能原先只能在 Unix 上面跑，但是經過原始碼的修改之後，你將可以拿他在 Linux 或者是 Windows 上面來跑！Stallman 先生更直接對自由度下了這樣的說明：

o 你可以根據任何你想要的提議 ( purpose ) 來跑這個 Free 的程式；
o 你可以在理解了這支 Free 的程式的運作之後，將他修改成你所想要的樣式與功能；
o 你可以將你自己修改過的 Free 的程式再次的發表，以幫助你的朋友們；
o 你可以將這支 Free 的程式進行改良，並將改良過的程式公開發表，以造福社群！

簡單的來說， GPL 授權具有幾個特點：

o 任何軟體掛上 GPL 授權之後，即為自由的軟體，任何人均可取得，同時，亦可取得其原始碼 ( Source Code )；
o 取得 GPL 授權之軟體後，任何人均可進行修改原始碼，以符合自己的喜好；
o 除此之外，經過修改的 Source Code 應回報給網路社會，提供大家來參考！

但請特別留意，並非掛上 GPL 之後的軟體就不可販賣，這個是不同的兩回事呦！舉個例子來說，在 Red Hat 的官方網站上面提供 Red Hat 釋出的 Linux 安裝光碟提供大眾下載，但是 Red Hat 本身依然有在賣 Linux 的套件，而且還賣的『很不便宜！』為何可以如此呢？呵呵！因為 Red Hat 他們賣的資料當中，含有相當大量經過整了的文件資料，這些資料雖然在網路上面可以下載，然而花了這麼多的時間來整理這些資料，當然應該要給予相當程度的報酬囉！您說是吧！所以，請留意喔！並非 GPL 不可用來營利！

這個 GNU 對於後來的 Linux 有相當深遠的影響，由於 Stallman 先生發展了 GNU 這個計畫中，主力在推出各種方便而優異的工具軟體，例如廣為大家所知的 Emacs 文書編輯器、GCC, BASH..然而沒有作業平台怎麼使用這些軟體呢？然而，由於他倡導的自由軟體，讓後來的心血能很快的接觸原始碼來發展軟體，這就是後來的 Linux 的故事....這是後來的故事，等一下來說～

* 1988 年的圖形介面 X-Free86 project：

有鑑於圖形使用者介面 ( Graphical User Interface, GUI ) 的需求日益加重，在 1984 年由 MIT 與其他協力廠商首次發表了 X Window System ，並且更在 1988 年成立了非營利性質的 XFree86 這個組織。所謂的 XFree86 其實是 X window system 與 Free 及 x86 系統架構的整合名稱呢！而這個 XFree86 的 GUI 介面更在 Linux 的核心 1.0 版於 1994 年釋出時，整合於 Linux 作業系統當中！

* 1991 年芬蘭大學生 Linus Torvalds 的一則簡訊：

在後來的幾年內，由於電腦硬體工業的強力運作，以 intel 主導的 x86 系統架構的個人電腦大行其道，所以個人電腦算是相當流行的一個機器了！但在此時，人們使用的大多還是舊舊而且需要吃很多系統資源的 DOS 系列或其他的作業系統。此時，有個芬蘭的郝爾辛基大學 (Helsinki )Linus Torvalds 學生做了件不尋常的事情！ Linus 手邊有個 Minix 系統 ( 這也是 Unix 的分支 ) ，他對這個作業系統相當的有興趣！此外，由於當時他正好買了一部 386 的電腦，所以他就想說，咦！這個 Unix 這麼棒！這麼穩定，那我可不可以將他移植到個人電腦 ( X86 架構 ) 來使用呢？！好在由於 Stallman 提倡的 Open Source 風氣，他得以接觸到一些 source code ，而就經由這樣的一個想法，呵呵！他就很有心的讀取 Unix 的核心，並且去除較為繁複的核心程序，將他改寫成可以適用於一般個人電腦的 x86 系統上面，到了 1991 年，他終於將 0.02 版的 hobby 放到網路上面供大家下載，並且由於 hobby 受到大家的肯定，相當多的朋友一起投入這個工作中！終於到了 1994 年將第一個完整的核心 Version 1.0 釋出！並且造成目前的大流行.....由於 Linux kernel 的發展是由『虛擬團隊』所達成的，大家都是透過網路取得 Linux 的核心原始碼，經由自己精心改造後再回傳給 Linux 社群，進而一步一步的發展完成完整的 Linux 系統，至於 Torvalds 先生是這個集團中的發起者。由於這個群策群力的緣故， Torvalds 先生將 Linux 定為同樣造福大家的 GNU 授權模式！

* 企鵝的來源：

1994年發表 Linux 正式核心 1.0 的時候，大家要 Linus Torvalds 想一隻吉祥物，怪怪的 Torvalds 突然想到小時候去動物園被一隻企鵝追著滿地打滾～還被咬了一口！既然想不到其他的吉祥物了，乾脆就以這支企鵝來當吉祥物算了！所以，呵呵！目前我們常常看到這一隻企鵝就是這麼來的咯！

什麼是 distribution

好了，經由上面的說明，我們知道 Linux 是個『作業系統』，而且他是 GNU 的授權模式，並且有個老大哥是 Unix 。不過，畢竟由 Torvalds 先生負責維護的 Linux 提供的僅是『核心』與『核心工具』的集合，對於需要更完整功能的作業系統來說，畢竟還不夠完備，例如如果你要桌面程式，還得要加入 X-Window 系統對吧！？如果你要架設 WWW 還得加入伺服器軟體對吧？所以，雖然 Linux 的核心已經提供了相當多的支援與工具程式，但畢竟還不足以構成一個很完整的作業系統。

好在，由於 Linux 的穩定性良好，並且可以在便宜的 x86 架構下的電腦平台運作，所以吸引了很多的套件商與自由軟體的開發團隊在這個 Linux 的核心上面開發相關的軟體，例如有名的 sendmail, wu-ftp, apache 等等。此外，亦有一些商業公司發現這個商機，因此，這些商業公司或者是非營利性的工作團隊，便將 Linux 核心、核心工具與相關的軟體集合起來，並加入自己公司或團隊的創意的系統管理模組與工具，而釋出一套可以完整安裝的作業系統，這個完整的 Linux 作業系統，我們就稱呼他為 distribution，或者是中文所謂的『安裝套件』囉！當然囉，由於是基於 GNU 的架構下，因此各家公司所發行的光碟套件是可以在網路上面自由下載的。不過，如果想要有較佳的服務，那麼購買該公司發行的光碟也是不錯的！

不過，由於發展的 Linux 公司實在太多了，例如有名的 Red Hat, OpenLinux, Mandrake, Debian, SuSE 等等，所以很多人都很擔心，如此一來每個 distribution 是否都不相同呢？這就不需要擔心了，由於各個 distribution 都是架構在 Linux Kernel 下來發展屬於自己公司風格的 distribution，因此大家都遵守 Linux Standard Base ( LSB ) 的規範，也就是說，各個 distribution 其實都是差不多的！反正用到的都是 Linux Kernel 啊！只是各個 distribution 裡面所使用的各套件可能並不完全相同而已。所以囉，大家可以按照自己的喜好來選擇 Linux 的 distribution 光碟囉！底下列出幾個主要的 Linux 發行者網址：

* Red Hat: http://www.redhat.com
* Mandrake: http://www.linux-mandrake.com/en/
* Slackware: http://www.slackware.com/
* SuSE: http://www.suse.com/index_us.html
* OpenLinux: http://www.caldera.com/
* Debian: http://www.debian.org/
* Linpus: http://www.linpus.com.tw/
* UniteLinux:http://www.sco.com/unitedlinux/

當然發行套件者不僅於此，您可以查閱其他的 Linux 新聞來發現喔！而其中中文化較為有名的就屬 CLE 這個套件發行者了！另外，台灣還有另一家 Linux 開發商，稱為 Linpus (百資)，有興趣的話也可以到底下的網頁上看看！