Linux

Linux 详解指南

1. Linux 简介

1.1 什么是 Linux

Linux 是一个开源的类 Unix 操作系统内核,由芬兰学生 Linus Torvalds 于 1991 年创建。严格来说,Linux 只是指操作系统的内核,但在日常使用中,"Linux"通常指代基于 Linux 内核的完整操作系统,包括各种软件和库。

Linux 具有以下主要特点:

  • 开源免费:遵循 GPL 许可证,源代码公开
  • 多用户:支持多用户同时在系统上工作
  • 多任务:能够同时运行多个程序
  • 高安全性:具有强大的安全机制
  • 可移植性:支持多种硬件架构
  • 稳定性:系统稳定,可长时间运行
  • 网络支持:强大的网络功能

1.2 Linux 的历史

Linux 的发展历程可以概括为以下几个重要阶段:

  • 1983年:Richard Stallman 启动 GNU 项目,目标是创建一个完全自由的操作系统
  • 1989年:GNU 项目开发了许多组件,但核心部分(内核)尚未完成
  • 1991年:Linus Torvalds 开始开发 Linux 内核
  • 1992年:Linux 被采用 GPL 许可证,成为自由软件
  • 1993年:Slackware 和 Debian 等第一批 Linux 发行版出现
  • 1994年:Linux 内核 1.0 版发布
  • 1996年:Linux 吉祥物 Tux(企鹅)诞生
  • 1998年:大企业如 IBM 开始支持 Linux
  • 2000年代初:Linux 在服务器市场获得广泛应用
  • 2005年:Linus Torvalds 创建 Git 版本控制系统用于管理 Linux 内核开发
  • 2008年:Android(基于 Linux 内核)发布
  • 2011年:Linux 内核 3.0 发布
  • 2015年:Linux 内核 4.0 发布
  • 2019年:Linux 内核 5.0 发布
  • 2023年:Linux 内核 6.0 系列持续发展

1.3 Linux 与 Unix 的关系

Linux 虽然与 Unix 有密切关系,但它们并不相同:

  • Unix 是在 1969 年由贝尔实验室开发的专有操作系统
  • Linux 是遵循 Unix 设计哲学和接口的重新实现,但不包含任何 Unix 代码
  • Linux 是开源的,而 Unix 有多种版本,包括商业版本和开源版本
  • Linux 与 POSIX(可移植操作系统接口)标准兼容,这使得为 Unix 编写的软件可以相对容易地在 Linux 上运行

1.4 Linux 发行版

Linux 发行版是基于 Linux 内核构建的完整操作系统,包括各种应用程序和工具。主要的 Linux 发行版可以分为以下几类:

1.4.1 基于 Debian 的发行版
  • Debian:注重稳定性和自由软件原则
  • Ubuntu:面向普通用户的用户友好发行版
  • Linux Mint:专注于易用性和现代界面
1.4.2 基于 Red Hat 的发行版
  • Red Hat Enterprise Linux (RHEL):面向企业的商业发行版
  • Fedora:由 Red Hat 赞助的创新社区发行版
  • CentOS:基于 RHEL 源代码的免费版本
  • Rocky Linux/AlmaLinux:CentOS 转变后的社区替代品
1.4.3 其他主要发行版
  • SUSE/openSUSE:德国开发的企业级和社区发行版
  • Arch Linux:遵循简洁、极简主义设计的滚动更新发行版
  • Gentoo:源代码级别的定制发行版
  • Slackware:最古老的仍在维护的发行版之一

2. Linux 系统架构

2.1 核心架构

Linux 的系统架构可以分为以下几层:

  1. 硬件层:包括 CPU、内存、存储设备等物理硬件
  2. 内核层:Linux 内核,管理硬件资源并提供底层服务
  3. 系统库层:提供各种功能的系统库和 API
  4. 系统工具层:各种系统工具和实用程序
  5. 应用层:用户应用程序
+----------------------+
|   应用程序           |  用户空间
+----------------------+
|   系统库/工具         |
+----------------------+
|   内核               |  内核空间
+----------------------+
|   硬件               |
+----------------------+

2.2 Linux 内核

Linux 内核是操作系统的核心,负责管理系统资源,提供基础功能。内核的主要组件包括:

  • 进程管理:负责创建和终止进程,控制进程执行和调度
  • 内存管理:管理物理内存和虚拟内存
  • 设备驱动程序:与硬件交互的接口
  • 文件系统:管理文件和目录的存储与访问
  • 网络栈:实现网络协议和通信
  • 系统调用接口:为用户空间程序提供与内核交互的接口

2.3 用户空间与内核空间

Linux 系统将内存划分为两个主要区域:

  • 内核空间:内核代码运行的受保护区域,具有对系统资源的完全访问权限
  • 用户空间:普通应用程序运行的区域,权限受限

这种分离增强了系统的安全性和稳定性,防止用户程序直接访问或破坏关键系统资源。

3. Linux 文件系统

3.1 文件系统层次结构

Linux 使用单一的文件系统树,所有存储设备都挂载到这个树中。主要目录包括:

  • /bin:基本命令二进制文件
  • /boot:引导加载程序文件和内核
  • /dev:设备文件
  • /etc:系统配置文件
  • /home:用户主目录
  • /lib:共享库文件
  • /media:可移动媒体挂载点
  • /mnt:临时挂载点
  • /opt:可选软件包
  • /proc:进程和系统信息的虚拟文件系统
  • /root:root 用户的主目录
  • /run:运行时变量数据
  • /sbin:系统二进制文件
  • /srv:服务数据
  • /sys:系统和设备信息的虚拟文件系统
  • /tmp:临时文件
  • /usr:用户程序和数据
  • /var:可变数据文件(如日志)

3.2 常见文件系统类型

Linux 支持多种文件系统类型:

  • ext2/ext3/ext4:Linux 的原生文件系统系列
  • XFS:高性能的日志文件系统
  • Btrfs:下一代 Linux 文件系统,支持高级功能
  • ZFS:源自 Solaris 的高级文件系统
  • NTFS/FAT32:Windows 文件系统(有限支持)
  • NFS:网络文件系统,用于网络共享

3.3 文件类型

Linux 中的文件有以下几种类型:

  • 普通文件:包含数据的
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