Linux：一个充满生机的操作系统

Linux的成功得益于如下因素：
(1) 具有良好的开放性。Linux及其生成工具的源代码均可通过Internet免费获取，linux爱    好者能非常  容易地建立一个Linux开发平台。

(2) Internet的普及使热心于Linux的开发者们能进行高效、快捷的交流，从而为Linux  创造了一个优良的分布式开发环境。

(3) Linux具有很强的适应性，能适应各种不同的硬件平台。
 Linux的版本更新很快。在短短的七年时间里，其版本已升至2.1.x。这里之所以用"x"表示，是因为 x的值变化太快，很难准确地定位它的值。这也从侧面反映了从事Linux的研究者之多。不过，Linux用得最 多的版本还是2.0.30，许多商品化的操作系统都以它为核心。

二、 Linux的主要特点
 作为一个操作系统，Linux几乎满足当今Unix操作系统的所有要求，因此，它具有Unix操作系统的基本 特征。
1.符合POSIX 1003.1标准
POSIX 1003.1标准定义了一个最小的Unix操作系统接口，任何操作系统只有符合这一标准，才有可能运 行Unix程序。考虑到Unix具有丰富的应用程序，当今绝大多数操作系统都把满足POSIX 1003.1标准作为实现 目标，Linux也不例外，它完全支持POSIX 1003.1标准。另外，为了使Unix System V和BSD上的程序能直接在 Linux上运行， Linux还增加了部分System V和BSD的系统接口，使Linux成为一个完善的Unix程序开发系统。

2.支持多用户访问和多任务编程
 Linux是一个多用户操作系统，它允许多个用户同时访问系统而不会造成用户之间的相互干扰。另外， Linux还支持真正的多用户编程，一个用户可以创建多个进程，并使各个进程协同工作来完成用户的需求.

3.采用页式存储管理
页式存储管理使Linux能更有效地利用物理存储空间，页面的换入换出为用户提供了更大的存储空间。

4.支持动态链接
 用户程序的执行往往离不开标准库的支持，一般的系统往往采用静态链接方式，即在装配阶段就已将 用户程序和标准库链接好，这样，当多个进程运行时，可能会出现库代码在内存中有多个副本而浪费存储 空间的情况。Linux 支持动态链接方式，当运行时才进行库链接，如果所需要的库已被其它进程装入内存， 则不必再装入，否则才从硬盘中将库调入。这样能保证内存中的库程序代码是唯一的。

5.支持多种文件系统
 Linux能支持多种文件系统。目前支持的文件系统有：EXT2、EXT、XIAFS、ISOFS、HPFS、MSDOS、UMSDOS、 PROC、NFS、SYSV、MINIX、SMB、UFS、NCP、VFAT、AFFS。Linux最常用的文件系统是EXT2，它的文件名长度可 达255字符，并且还有许多特有的功能，使它比常规的Unix文件系统更加安全。

6.支持TCP/IP、SLIP和PPP
 在Linux中，用户可以使用所有的网络服务，如网络文件系统、远程登录等。SLIP和PPP能支持串行线上的 TCP/IP协议的使用，这意味着用户可用一个高速Modem通过电话线连入Internet网中。

除了上述基本特征外，Linux还具有其独有的特色：

      支持硬盘的动态Cache 这一功能与MSDOS中的Smartdrive相似。所不同的是，Linux能动态调整所用的 Cache存储器的大小，以适合当前存储器的使用情况，当某一时刻没有更多的存储空间可用时，Cache将被减少， 以增加空闲的存储空间，一旦存储空间不再紧张，Cache的大小又将增加。
 　　 支持不同格式的可执行文件 Linux具有多种模拟器，这使它能运行不同格式的目标文件。其中，DOS和 MSWindows正在开发之中，iBCS2模拟器能运行SCO Unix的目标程序。(iBCS2 模拟器不是Linux标准核心的 一部分，但可从ftp.informatik.huberlin.de：/pub/os/linux下载)
 
三、 Linux的主要构成
 　　Linux主要由存储管理、进程管理、文件系统、进程间通信等几部分组成，在许多算法及实现策略上， Linux借鉴了Unix的成功经验，但也不乏自己的特色。

  1.存储管理
　　Linux采用页式存储管理机制，每个页面的大小随处理机芯片而异。例如，Intel 386处理机页面大小 可为4KB和2MB两种，而Alpha处理机页面大小可为8KB、16KB、32KB和64KB。页面大小的选择对地址变换算 法和页表结构会有一定的影响，如Alpha的虚地址和物理地址的有效长度随页面尺寸的变化而变化，这种变 化必将在地址变换和页表项中有所反映。
　　在Linux中，每一个进程都有一个比实际物理空间大得多的进程虚拟空间，为了建立虚拟空间和物理空 间之间的映射，每个进程还保留一张页表，用于将本进程空间中的虚地址变换成物理地址。页表还对物理页 的访问权限作出了规定，定义了哪些页可读写，哪些页是只读页，在进行虚实变换时，Linux将根据页表中规 定的访问权限来判定进程对物理地址的访问是否合法，从而达到存储保护的目的。
　　Linux存储空间分配遵循的是不到有实际需要的时候决不分配物理空间的原则。当一个程序加载执行时， Linux只为它分配了虚空间，只有访问某一虚地址而发生了缺页中断时，才为它分配物理空间，这样就可能 出现某些程序运行完成后，其中的一些页从来就没有装进过内存。这种存储分配策略带来的好处是显而易见的，因为它最大限度地利用了物理存储器。
　　尽管Linux对物理存储器资源的使用十分谨慎，但还是经常出现物理存储器资源短缺的情况。Linux有一 个名为kswapd的进程专门负责页面的换出，当系统中的空闲页面小于一定的数目时，kswapd将按照一定的淘 汰算法选出某些页面，或者直接丢弃(页面未作修改)，或者将其写回硬盘(页面已被修改)。这种换出方式不 同于较旧版本Unix的换出方式，它是将一个进程的所有页全部写回硬盘。相比之下，Linux的效率更高。

2.进程管理
　　在Linux中，进程是资源分配的基本单位，所有资源都是以进程为对象来进行分配的。 在一个进程的生 命期内，它会用到许多系统资源，会用CPU运行其指令，用存储器存储其指令和数据，它也会打开和使用文件 系统中的文件，直接或间接用到系统中的物理设备，因此，Linux设计了一系列的数据结构，它们能准确地描 述进程的状态和其资源使用情况，以便能公平有效地使用系统资源。Linux的调度算法能确保不出现某些进程 过度占用系统资源而导致另一些进程无休止地等待的情况。

    进程的创建是一个十分复杂的过程，通常的做法需为子进程重新分配物理空间，并把父进程空间的内容全 盘复制到子进程空间中，其开销非常大。为了降低进程创建的开销，Linux采用了Copyonwrite技术，即不 拷贝父进程的空间，而是拷贝父进程的页表，使父进程和子进程共享物理空间，并将这个共享空间的访问权限 置为只读。当父进程和子进程的某一方进行写操作时，Linux检测到一个非法操作，这时才将要写的页进行复制 。这一做法免除了只读页的复制，从而降低了开销。
　　Linux目前尚未提供用户级线程，但提供了核心级线程，核心线程的创建是在进程创建的基础上稍做修改， 使创建的子进程与父进程共享虚存空间。从这一意义上讲，核心线程更像一个共享进程组。

3.文件系统
　　Linux最重要的特征之一就是支持多个不同的文件系统，前面我们已经看到，Linux目前支持的文件系统 多达十余种，随着时间的推移，这一数目还在不断增加。在Linux中，一个分离的文件系统不是通过设备标识 (如驱动器号或驱动器名)来访问，而是 把它合到一个单一的目录树结构中，通过目录来访问，这一点与Unix十分相似。Linux用 安装命令将一个新的文件系统安装到系统单一目录树的某一目录下，一旦安装成功，该目录下的所有内容将 被新安装的文件系统所覆盖，当文件系统被卸下后，安装目录下的文件将会被重新恢复。

    Linux最初的文件系统是Minix。该文件系统对文件限制过多，并且性能低下，如文件名长度不能超过14 个字符、文件大小不能超过64MB。为了解决这些问题，Linux的开发者们设计了一个Linux专用的文件系统EXT。 EXT对文件的要求放松了许多，但在性能上并没有大的改观，于是就有了后面的EXT2文件系统。EXT2文件系统 是一个非常成功的文件系统，它无论是对文件的限制还是在性能方面都大大优于EXT文件系统，所以，EXT2自 从推出就一直是Linux最常用的文件系统。
　　为了支持多种文件系统，Linux用一个被称为虚拟文件系统(VFS)的接口层将真正的文件系统同操作系统及 系统服务分离开。VFS掩盖了不同文件系统之间的差异，使所有文件系统在操作系统和用户程序看来都是等同的。VFS允许用户同时透明地安装多个不同的文件系统。

4.进程间通信
　　Linux提供了多种进程间的通信机制，其中，信号和管道是最基本的两种。除此以外，Linux也提供 System V的进程间通信机制，包括消息队列、信号灯及共享内存。为了支持不同机器之间的进程通信， Linux还引入了BSD的Socket机制。

四、 Linux的不足及发展趋势
　　Linux从出现到现今只经历了短短七年的时间，但其发展速度是惊人的，这与它的开放性和优良的性能 是密不可分的。不过我们应该看到，作为一个由学生开发的系统，Linux还有许多先天不足，它的设计思想 过多地受到传统操作系统的约束，没有体现出当今操作系统的发展潮流，具体表现在以下几个方面：

                          不是一个微内核操作系统；
                          是一个分布式操作系统；
                          不是一个安全的操作系统；
                          没有用户线程；
                          不支持实时处理；

代码是用C而不是C＋＋这样的现代程序设计语言编写的。
 尽管Linux有这样和那样的不足，但其发展潜力不容低估，其发展的动力就是遍布全球、为数众多的 Linux热心者。今后Linux将会朝着完善功能、提高效率的方向发展，包括允许用户创建线程、增加实时处 理功能、开发适合多处理机体系结构的版本。我们相信，Linux、Unix及NT三足鼎立的时代将为期不远。

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