Linux学习笔记-计算机基础（2）

2.操作系统

2.1 操作系统的功能

OS：Operating System 操作系统，通用目的的软件程序

主要功能：

硬件驱动
进程管理
内存管理
网络管理
安全管理
文件管理

OS分类：

服务器OS：CentOS，Ubuntu，Windows Server，AIX
桌面OS：Windows 10，Mac OS，Fedora
移动设备OS：Andriod，IOS，AliOS，HarmonyOS

2.2 操作系统相关概念

接口：interface，软件包对外提供的功能模块的函数接口，操作系统通过接口的方式建立用户和计算机硬件的沟通方式，用户通过调用操作系统的接口来使用计算机的各种计算服务。

操作系统一般提供的重要接口：

命令行：通过shell终端提供功能，shell调用操作系统提供的函数
窗口界面：通过窗口程序接受操作系统消息队列的键鼠动作，做出响应

ABI：Application Binary Interface，应用程序二进制接口，ABI描述了应用程序与OS之间的底层接口，允许编译好的目标代码在使用兼容ABI的系统中无需改动就能运行
运行程序格式：

Windows: PE(portable executable）格式， .dll(dynamic link library)，.lib
Linux: ELF(Executable and Linking Format)格式， .so(shared object)， .a

API：Application Programming Interface，应用程序开发接口，API定义了源代码和库之间的接口，因此同样的源代码可以在支持这个API的任何系统中编译

POSIX: Portable Operating System Interface 可移植的操作系统接口

IEEE在操作系统上定义的一系列API标准
POSIX兼容的程序可在其它POSIX操作系统编译执行

ABI 与 API 的区别

通过上面的介绍，可以知道 ABI 和 API 是两种完全不同的东西。二者的区别可总结概括为如下几点：

描述的内容不同：ABI规定了二进制文件的格式、内容、装载/卸载程序的要求、函数调用时的参数传递规则、寄存器、堆栈的使用；API规定操作系统、硬件平台、服务组件、语言函数库等需要提供的功能函数接口；
作用的层面不同：ABI描述二进制层面的接口，API描述代码级层面的接口；
兼容的难度不同：ABI的兼容程度比API更为严格，即ABI实现兼容更加困难。

用户态和内核态：

为了增加操作系统的稳定性和安全性，将内核程序与用户程序隔离开，在硬件层面上提供了一次机制，将程序执行的状态分为了不同的级别，从0到3，数字越小，访问级别越高。0代表内核态，在该特权级别下，所有内存上的数据都是可见的，可访问的。3代表用户态，在这个特权级下，程序只能访问一部分的内存区域，只能执行一些限定的指令

函数库和系统调用：

对于非一般性使用需求，操作系统提供了一系列的函数调用给软件开发者，由软件开发者来实现一些用户需要的功能。这些函数调用由于是操作系统内核提供的，为了有别于一般的函数调用，被称为系统调用。比如使用C语言进行软件开发时，经常用的printf函数，它的内部实际就是通过write这个系统调用，让操作系统内核把字符打印在屏幕上的。

用户和内核空间：

用户空间：User Space

用户程序运行空间。只能执行简单的运算，不能直接调用系统资源，必须通过系统接口才能想内核发送指令

内核空间：Kernel Space

Linux内核的运行空间，可以执行任意命令，调用系统的一切资源

范例：

str = "www.magedu.com" // 用户空间
x = x + 100 // 用户空间
file.write(str) // 切换到内核空间
y = x + 200 // 切换回用户空间

说明：第一行和第二行都是简单的赋值运算，在 User space 执行。第三行需要写入文件，就要切换到Kernel space，因为用户不能直接写文件，必须通过内核安排。第四行又是赋值运算，就切换回 User space

编程语言：

低级语言：计算机能理解的语言，二进制

机器语言：0和1

汇编语言：和机器语言一一对应，与硬件相关的特有代码，比如驱动程序开发

中级语言：C语言，系统应用、驱动程序
高级语言：Java，Python，Go，PHP，C#，应用程序开发，人类语言实现

2.3 各种操作系统

操作系统演变：

单用户系统》批处理系统》多道程序系统》分时系统》个人计算机====>分布式计算机

服务器三大操作系统

Windows
Linux：GNU/Linux
Unix：1969年 Ken Thompson

System：Bell Lab

AIX （IBM）

Soliars（SUN）

HP-UX（HP）
BSD：（BSRG）Berkeley System Distribution

NetBSD

OpenBSD

FreeBSD

服务器操作系统市场

Unix历史

1964年，贝尔实验室、麻省理工大学和GE美国通用电气公司共同发起了Multics(多路信息)的计划，目的是让大型主机可以同时支持300个以上的终端机连线使用1966年 Ken Thompson加入贝尔实验室，参与Multics系统的研发，他基于Multics开发了“star travel”游戏，，1969年，由于种种原因最后贝尔实验室选择退出。Ken就没有机器再玩这个游戏了，于是他决定自己写一个操作系统来满足需求，Ken找到一台废弃已久的老式PDP-7并在机器上重写了他的游戏。在这个过程中Ken决定开发一个全新的操作系统，利用PDP-7上的汇编语言，在一个月中完成了操作系统的内核、文件系统、编辑器和编译程序的开发。

1969年Unix的雏形UNICS初现
Ken Thompson 汇编语言 B语言
1973 正式命名为 Unix
Dennis Ritchie C语言
1977 BSD
Berkeley Software Distribution 伯克利大学
1979 System V架构版权声明
HP-UNIX IBM AIX “不对学生提供源码” 收回版权
1984年 Minix操作系统
Andrew S. Tanenbaum 荷兰阿姆斯特丹自由大学计算机科学系

GNU

GNU:GNU is not Unix

1984年由Richard Stallman发起并创建

目标是编写大量兼容于Unix系统的自由软件

GPL：GNU General Public License

自由软件基金会：Free Software Foundation

允许用户任意复制、传递、修改及再发布

基于自由软件修改再次发布的软件，仍需遵守GPL

LGPL：Lesser General Public License，LGPL相对于GPL较为宽松，允许不公开全部源代码

GNU操作系统：

Hurd：Hird(Hurd of Interfaces Representing Depth) of Unix-Replacing Daemons

官网：http://www.gnu.org/software/hurd/hurd.html

2.4 Linux

1991年的10月5日Linus Benedict Torvalds在comp.os.minix 新闻组上发布消息，正式向外宣布他自行编写的完全自由免费的内核诞生（Freeminix-like kernel sources for 386-AT） — FREAX，含义是怪诞的、怪物、异想天开类Unix的内核，在GPL下发布

官网：www.kernel.org

Linux操作系统：

Linux内核+GNU工具=Linux/GNU

Linux的内核版本组成

主版本号
次版本号
末版本号
打包版本号
厂商版本

Linux发行版本

slackware：SUSE Linux Enterprise Server (SLES) , OpenSuse桌面
debian: ubuntu，deepin（深度），mint
redhat： RHEL: RedHat Enterprise Linux, 每18个月发行一个新版本

CentOS： Community Enterprise Operating System 兼容RHEL的格式

中标麒麟：中标软件

Fedora：每6个月发行一个新版本
Alpine：一个面向安全的轻型 Linux 发行版。它不同于通常 Linux 发行版，Alpine 采用了 musllibc 和 busybox 以减小系统的体积和运行时资源消耗，但功能上比 busybox 又完善的多，只有5M左右大小
ArchLinux：轻量简洁，遵循K.I.S.S.原则（ keep it simple and stupid ），Manjaro
Gentoo：极致性能，不提供传统意义的安装程序，下载源代码在本机上编译安装软件
LFS：Linux From scratch 自制Linux，只是一个说明书
Android：kernel+busybox（工具集）+java虚拟机