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[26518] 2021-08-31_硬核致敬Linux！30岁生日快乐！

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-08-31_硬核致敬Linux！30岁生日快乐！ 硬 核 致 敬 L i n u x   ！ 3 0 岁 生 日 快 乐 ！ L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 8 - 3 1 以 下 文 章 来 源 于 极 客 重 生   ， 作 者 极 客 重 生 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： 极 客 重 生 极 客 重 生 1 9 9 1 年 8 月 2 5 日 ， 2 1 岁 的 L i n u s   T o r v a l d s （ 以 下 简 称 L i n u s ） 做 了 一 个 免 费 的 操 作 系 统 “ L i n u x ” ， 并 在 这 一 天 向 外 界 公 布 这 个 由 “ 业 余 爱 好 ” 主 导 的 个 人 项 目 ； 如 今 ， 全 球 超 级 计 算 机 5 0 0 强 和 超 过 7 0 % 的 智 能 手 机 都 在 运 行 L i n u x ， 因 此 ， 8 月 2 5 日 也 被 许 多 L i n u x 的 爱 好 者 视 为 L i n u x 真 正 的 诞 生 日 期 。 3 0   年 前 ， L i n u s   T o r v a l d s   首 次 发 布   L i n u x   内 核 时 还 是 赫 尔 辛 基 大 学 的 一 名   2 1   岁 学 生 。 他 的 声 明 是 这 样 开 始 的 ， “ 我 正 在 做 一 个 （ 免 费 的 ） 操 作 系 统 （ 只 是 一 个 爱 好 ， 不 会 很 大 和 专 业 . . . . . . ） ” 。 三 十 年 后 ， 排 名 前   5 0 0   的 超 级 计 算 机 都 在 运 行   L i n u x ， 所 有 智 能 手 机 的   7 0 %   以 上 都 是 如 此 。 L i n u x   显 然 既 庞 大 又 专 业 。 三 十 年 来 ， L i n u s   T o r v a l d s   领 导 了   L i n u x   内 核 开 发 ， 激 励 了 无 数 其 他 开 发 人 员 和 开 源 项 目 。 2 0 0 5   年 ， L i n u s   还 创 建 了   G i t 来 帮 助 管 理 内 核 开 发 过 程 ， 此 后 它 成 为 最 受 欢 迎 的 版 本 控 制 系 统 ， 受 到 无 数 开 源 和 专 有 项 目 的 信 赖 。 L i n u x 历 史 O S 史 前 历 史 史 前 历 史 极 客 重 生 极 客 重 生   . 大 厂 资 深 工 程 师 ， 专 注 硬 核 知 识 分 享 ， 包 括 云 计 算 ， 后 台 开 发 ， 网 络 ， 高 性 能 服 务 器 ， L i n u x 内 核 ， 丰 富 面 试 & 职 场 经 验 ,   转 行 互 联 网 ， 帮 助 你 收 获 更 好 的 自 己 。
L i n u x 的 历 史 的 历 史


L i n u x 系 统 L i n u x 系 统 软 件 架 构 系 统 软 件 架 构
L i n u x 系 统 由 硬 件 、 k e r n e l 、 系 统 调 用 、 s h e l l 、 c 库 、 应 用 程 序 组 成 ， 架 构 层 次 分 明 ， L i n u x 内 的 各 种 层 功 能 独 立 ， 程 序 在 用 户 空 间 和 内 核 空 间 之 间 的 分 离 ， 能 支 持 更 多 应 用 。 用 用 户 户 模 模 态 态 用 户 用 户 应 用 应 用 例 如 ： B a s h ， L i b r e O f f i c e ， G I M P ， B l e n d e r ， 0   A . D . ， M o z i l l a   F i r e f o x 等 低 层 系 统 构 件 系 统 守 护 进 程 系 统 守 护 进 程 ： s y s t e m d ， r u n i t ， l o g i n d ， n e t w o r k d ， P u l s e A u d i o 等 窗 口 系 统 窗 口 系 统 ： X 1 1 ， W a y l a n d ， S u r f a c e F l i n g e r ( A n d r o i d ) 其 他 库 其 他 库 ： G T K + ,   Q t ,   E F L ,   S D L ,   S F M L ,   F L T K ,   G N U s t e p 等 图 形 图 形 ： M e s a ， A M D C a t a l y s t 等 C 标 标 准 库 准 库 o p e n ( ) ， e x e c ( ) ， s b r k ( ) ， s o c k e t ( ) ， f o p e n ( ) ， c a l l o c ( ) ， . . .   ( 直 到 2 0 0 0 个 子 例 程 ) g l i b c 目 标 为 P O S I X / S U S 兼 容 ， m u s l 和 u C l i b c 目 标 为 嵌 入 式 系 统 ， b i o n i c 为 A n d r o i d 而 写 等 内 内 核 核 模 模 态 态 L i n u x 内 核 内 核 s t a t ,   s p l i c e ,   d u p ,   r e a d ,   o p e n ,   i o c t l ,   w r i t e ,   m m a p ,   c l o s e ,   e x i t 等 （ 大 约 3 8 0 个 系 统 调 用 ） L i n u x 内 核 系 统 调 用 接 口 （ S C I ， 目 标 为 P O S I X / S U S 兼 容 ） 进 程 调 度 子 系 统 I P C 子 系 统 内 存 管 理 子 系 统 虚 拟 文 件 子 系 统 网 络 子 系 统 其 他 构 件 ： A L S A ， D R I ， e v d e v ， L V M ， d e v i c e   m a p p e r ， L i n u x   N e t w o r k   S c h e d u l e r ， N e t f i l t e r L i n u x 安 全 模 块 ： S E L i n u x ， T O M O Y O ， A p p A r m o r ,   S m a c k 硬 件 （ 硬 件 （ C P U ， 内 存 ， 数 据 存 储 设 备 等 。 ） ， 内 存 ， 数 据 存 储 设 备 等 。 ） L i n u x 内 核 代 码 架 构 内 核 代 码 架 构
L i n u x 代 码 包 含 核 心 几 个 子 系 统 ， 比 如 内 存 子 系 统 内 存 子 系 统 ， I / O 子 系 统 子 系 统 ， C P U ( 调 度 ） 子 系 统 调 度 ） 子 系 统 ， 设 备 驱 动 子 系 统 设 备 驱 动 子 系 统 ， 网 络 子 系 统 网 络 子 系 统 ， 虚 拟 文 件 子 系 统 虚 拟 文 件 子 系 统 等 。 这 里 简 单 介 绍 一 些 比 较 重 要 的 子 系 统 。 调 度 子 系 统 调 度 子 系 统 进 程 调 度 进 程 调 度 是 L i n u x 内 核 中 最 重 要 的 子 系 统 ， 它 主 要 提 供 对 C P U 的 访 问 控 制 。 因 为 在 计 算 机 中 ， C P U 资 源 是 有 限 的 ， 而 众 多 的 应 用 程 序 都 要 使 用 C P U 资 源 ， 所 以 需 要 “ 进 程 调 度 子 系 统 ” 对 C P U 进 行 调 度 管 理 。 进 程 调 度 子 系 统 进 程 调 度 子 系 统 包 括 4 个 子 模 块 （ 见 下 图 ） ， 它 们 的 功 能 如 下 ： S c h e d u l i n g   P o l i c y ， 实 现 进 程 调 度 的 策 略 实 现 进 程 调 度 的 策 略 ， 它 决 定 哪 个 （ 或 哪 几 个 ） 进 程 将 拥 有 C P U 。 A r c h i t e c t u r e - s p e c i f i c   S c h e d u l e r s ， 体 系 结 构 相 关 的 部 分 体 系 结 构 相 关 的 部 分 ， 用 于 将 对 不 同 C P U 的 控 制 ， 抽 象 为 统 一 的 接 口 。 这 些 控 制 主 要 在 s u s p e n d 和 r e s u m e 进 程 时 使 用 ， 牵 涉 到 C P U 的 寄 存 器 访 问 、 汇 编 指 令 操 作 等 。
A r c h i t e c t u r e - i n d e p e n d e n t   S c h e d u l e r ， 体 系 结 构 无 关 的 部 分 体 系 结 构 无 关 的 部 分 。 它 会 和 “ S c h e d u l i n g P o l i c y 模 块 ” 沟 通 ， 决 定 接 下 来 要 执 行 哪 个 进 程 ， 然 后 通 过 “ A r c h i t e c t u r e - s p e c i f i c S c h e d u l e r s 模 块 ” r e s u m e 指 定 的 进 程 。 S y s t e m   C a l l   I n t e r f a c e ， 系 统 调 用 接 口 。 ， 系 统 调 用 接 口 。 进 程 调 度 子 系 统 通 过 系 统 调 用 接 口 ， 将 需 要 提 供 给 用 户 空 间 的 接 口 开 放 出 去 ， 同 时 屏 蔽 掉 不 需 要 用 户 空 间 程 序 关 心 的 细 节 。 内 存 子 系 统 内 存 子 系 统 内 存 管 理 内 存 管 理 同 样 是 L i n u x 内 核 中 最 重 要 的 子 系 统 ， 它 主 要 提 供 对 内 存 资 源 的 访 问 控 制 。 L i n u x 系 统 会 在 硬 件 物 理 内 存 和 进 程 所 使 用 的 内 存 （ 称 作 虚 拟 内 存 ） 之 间 建 立 一 种 映 射 关 系 ， 这 种 映 射 是 以 进 程 为 单 位 ， 因 而 不 同 的 进 程 可 以 使 用 相 同 的 虚 拟 内 存 ， 而 这 些 相 同 的 虚 拟 内 存 ， 可 以 映 射 到 不 同 的 物 理 内 存 上 。 内 存 管 理 子 系 统 内 存 管 理 子 系 统 包 括 3 个 子 模 块 （ 见 下 图 ） ， 它 们 的 功 能 如 下 ： A r c h i t e c t u r e   S p e c i f i c   M a n a g e r s ， 体 系 结 构 相 关 部 分 ， 体 系 结 构 相 关 部 分 。 提 供 用 于 访 问 硬 件 M e m o r y 的 虚 拟 接 口 。 A r c h i t e c t u r e   I n d e p e n d e n t   M a n a g e r ， 体 系 结 构 无 关 部 分 ， 体 系 结 构 无 关 部 分 。 提 供 所 有 的 内 存 管 理 机 制 ， 包 括 ： 以 进 程 为 单 位 的 m e m o r y   m a p p i n g ； 虚 拟 内 存 的 S w a p p i n g 。 S y s t e m   C a l l   I n t e r f a c e ， 系 统 调 用 接 口 。 ， 系 统 调 用 接 口 。 通 过 该 接 口 ， 向 用 户 空 间 程 序 应 用 程 序 提 供 内 存 的 分 配 、 释 放 ， 文 件 的 m a p 等 功 能 。 虚 拟 文 件 子 系 统 （ 虚 拟 文 件 子 系 统 （ V i r t u a l   F i l e s y s t e m ,   V F S ） ） 传 统 意 义 上 的 文 件 系 统 ， 是 一 种 存 储 和 组 织 计 算 机 数 据 的 方 法 。 它 用 易 懂 、 人 性 化 的 方 法 （ 文 件 和 目 录 结 构 ） ， 抽 象 计 算 机 磁 盘 、 硬 盘 等 设 备 上 冰 冷 的 数 据 块 ， 从 而 使 对 它 们 的 查 找 和 访 问 变 得 容 易 。 因 而 文 件 系 统 的 实 质 ， 就 是 “ 存 储 和 组 织 数 据 的 方 法 ” ， 文 件 系 统 的 表 现 形 式 ， 就 是 “ 从 某 个 设 备 中 读 取 数 据 和 向 某 个 设 备 写 入 数 据 ” 。 随 着 计 算 机 技 术 的 进 步 ， 存 储 和 组 织 数 据 的 方 法 也 是 在 不 断 进 步 的 ， 从 而 导 致 有 多 种 类 型 的 文 件 系 统 ， 例 如 F A T 、 F A T 3 2 、 N T F S 、 E X T 2 、 E X T 3 等 等 。 而 为 了 兼 容 ， 操 作 系 统 或 者 内 核 ， 要 以 相 同 的 表 现 形 式 ， 同 时 支 持 多 种 类 型 的 文 件 系 统 ， 这 就 延 伸 出 了 虚 拟 文 件 系 统 （ 虚 拟 文 件 系 统 （ V F S ） ） 的 概 念 。 V F S 的 功 能 就 是 管 理 各 种 各 样 的 文 件 系 统 ， 屏 蔽 它 们 的 差 异 ， 以 统 一 的 方 式 ， 为 用 户 程 序 提 供 访 问 文 件 的 接 口 。 我 们 可 以 从 磁 盘 、 硬 盘 、 N A N D   F l a s h 等 设 备 中 读 取 或 写 入 数 据 ， 因 而 最 初 的 文 件 系 统 都 是 构 建 在 这 些 设 备 之 上 的 。 这 个 概 念 也 可 以 推 广 到 其 它 的 硬 件 设 备 ， 例 如 内 存 、 显 示 器 （ L C D ） 、 键 盘 、 串 口 等 等 。 我 们 对 硬 件 设 备 的 访 问 控 制 ， 也 可 以 归 纳 为 读 取 或 者 写 入 数 据 ， 因 而 可 以 用 统 一 的 文 件 操 作 接 口 访 问 。 L i n u x 内 核 就 是 这 样 做 的 ， 除 了 传 统 的 磁 盘 文 件 系 统 之 外 ， 它 还 抽 象 出 了 设 备 文 件 系 统 、 内 存 文 件 系 统 等 等 。 这 些 逻 辑 ， 都 是 由 V F S 子 系 统 实 现 。 V F S 子 系 统 子 系 统 包 括 6 个 子 模 块 （ 见 下 图 ） ， 它 们 的 功 能 如 下 ：
D e v i c e   D r i v e r s ， 设 备 驱 动 ， 用 于 控 制 所 有 的 外 部 设 备 及 控 制 器 ， 设 备 驱 动 ， 用 于 控 制 所 有 的 外 部 设 备 及 控 制 器 。 由 于 存 在 大 量 不 能 相 互 兼 容 的 硬 件 设 备 （ 特 别 是 嵌 入 式 产 品 ） ， 所 以 也 有 非 常 多 的 设 备 驱 动 。 因 此 ， L i n u x 内 核 中 将 近 一 半 的 S o u r c e   C o d e 都 是 设 备 驱 动 ， 大 多 数 的 L i n u x 底 层 工 程 师 （ 特 别 是 国 内 的 企 业 ） 都 是 在 编 写 或 者 维 护 设 备 驱 动 ， 而 无 暇 估 计 其 它 内 容 （ 它 们 恰 恰 是 L i n u x 内 核 的 精 髓 所 在 ） 。 D e v i c e   I n d e p e n d e n t   I n t e r f a c e ， ，   该 模 块 定 义 了 描 述 硬 件 设 备 的 统 一 方 式 该 模 块 定 义 了 描 述 硬 件 设 备 的 统 一 方 式 （ 统 一 设 备 模 型 ） ， 所 有 的 设 备 驱 动 都 遵 守 这 个 定 义 ， 可 以 降 低 开 发 的 难 度 。 同 时 可 以 用 一 致 的 形 势 向 上 提 供 接 口 。 L o g i c a l   S y s t e m s ， 每 一 种 文 件 系 统 ， 每 一 种 文 件 系 统 ， 都 会 对 应 一 个 L o g i c a l   S y s t e m （ 逻 辑 文 件 系 统 ） ， 它 会 实 现 具 体 的 文 件 系 统 逻 辑 。 S y s t e m   I n d e p e n d e n t   I n t e r f a c e ， 该 模 块 负 责 以 统 一 的 接 口 ， 该 模 块 负 责 以 统 一 的 接 口 （ 快 设 备 和 字 符 设 备 ） 表 示 硬 件 设 备 和 逻 辑 文 件 系 统 ， 这 样 上 层 软 件 就 不 再 关 心 具 体 的 硬 件 形 态 了 。 S y s t e m   C a l l   I n t e r f a c e ， 系 统 调 用 接 口 ， 系 统 调 用 接 口 ， 向 用 户 空 间 提 供 访 问 文 件 系 统 和 硬 件 设 备 的 统 一 的 接 口 。 网 络 子 系 统 （ 网 络 子 系 统 （ N e t ） ） 网 络 子 系 统 网 络 子 系 统 在 L i n u x 内 核 中 主 要 负 责 管 理 各 种 网 络 设 备 ， 并 实 现 各 种 网 络 协 议 栈 ， 最 终 实 现 通 过 网 络 连 接 其 它 系 统 的 功 能 。 在 L i n u x 内 核 中 ， 网 络 子 系 统 几 乎 是 自 成 体 系 ， 它 包 括 5 个 子 模 块 （ 见 下 图 ） ， 它 们 的 功 能 如 下 ： N e t w o r k   D e v i c e   D r i v e r s ， 网 络 设 备 的 驱 动 ， 网 络 设 备 的 驱 动 ， 和 V F S 子 系 统 中 的 设 备 驱 动 是 一 样 的 。 D e v i c e   I n d e p e n d e n t   I n t e r f a c e ， 和 V F S 子 系 统 中 的 是 一 样 的 。 N e t w o r k   P r o t o c o l s ， 实 现 各 种 网 络 传 输 协 议 ， 实 现 各 种 网 络 传 输 协 议 ， 例 如 I P ,   T C P ,   U D P 等 等 。 P r o t o c o l   I n d e p e n d e n t   I n t e r f a c e ， 屏 蔽 不 同 的 硬 件 设 备 和 网 络 协 议 ， 以 相 同 的 格 式 提 供 接 口 （ s o c k e t ) 。
S y s t e m   C a l l   i n t e r f a c e ， 系 统 调 用 接 口 ， 系 统 调 用 接 口 ， 向 用 户 空 间 提 供 访 问 网 络 设 备 的 统 一 的 接 口 。 L i n u x 内 核 版 本 时 间 线 ： L i n u x 内 核 支 持 各 种 硬 件 架 构 内 核 支 持 各 种 硬 件 架 构 L i n u x 内 核 内 核 最 成 功 的 地 方 之 一 就 是 支 持 各 种 硬 件 架 构 ， 为 软 件 提 供 了 公 共 的 平 台 ： 基 于 L i n u x 的 系 统 是 一 个 模 块 化 的 类 U n i x 操 作 系 统 。 L i n u x 操 作 系 统 操 作 系 统 的 大 部 分 设 计 思 想 来 源 于 2 0 世 纪 7 0 年 代 到 8 0 年 代 的 U n i x 操 作 系 统 所 建 立 的 基 本 设 计 思 想 。 L i n u x 系 统 使 用 宏 内 核 ， 由 L i n u x 内 核 负 责 处 理 进 程 控 制 、 网 络 ， 以 及 外 围 设 备 和 文 件 系 统 的 访 问 。 在 系 统 运 行 的 时 候 ， 设 备 驱 动 程 序 要 么 与 内 核 直 接 整 合 ， 要 么 以 加 载 模 块 形 式 添 加 。 L i n u x 具 有 设 备 独 立 性 具 有 设 备 独 立 性 ， 它 内 核 具 有 高 度 适 应 能 力 ， 从 而 给 系 统 提 供 了 更 高 级 的 功 能 。 G N U 用 户 界 面 组 件 是 大 多 数 L i n u x 操 作 系 统 的 重 要 组 成 部 分 ， 提 供 常 用 的 C 函 数 库 ， S h e l l ， 还 有 许 多 常 见 的 U n i x 实 用 工 具 ， 可 以 完 成 许 多 基 本 的 操 作 系 统 任 务 。 大 多 数 L i n u x 系 统 使 用 的 图 形 用 户 界 面 建 立 在 X 窗 口 系 统 之 上 ， 由 X 窗 口 ( X W i n d o w ) 系 统 通 过 软 件 工 具 及 架 构 协 议 来 建 立 操 作 系 统 所 用 的 图 形 用 户 界 面 . 基 于 基 于 L i n u x 内 核 各 种 衍 生 内 核 各 种 衍 生 O S 系 统 系 统
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