LeoHsiao's Notes

# 相关概念

# 操作系统

  • 世界上流行的操作系统举例：
    • Unix ：开源
    • Linux ：开源
    • Windows ：闭源，收费
    • Darwin ：闭源，收费
    • Android ：开源
  • 一般的程序只能在一种操作系统上运行，而某些编程语言开发的程序可以兼容多种操作系统。

# Multics

  • 1964 年，贝尔实验室、麻省理工学院、通用电气公司开始合作研发一个分时操作系统 Multics 。
    • 它提出了许多新概念，比如动态链接代码库、分层文件系统、命令行解释器。
    • 它计划安装在通用电力公司的大型机上，支持 300 个用户同时使用。
  • 1966 年，Ken Thompson 从加州大学伯克利分校毕业，加入贝尔实验室，参与研发 Multics 。
    • 在此过程中，他发明了 B 语言，并在 Multics 系统中编写了一个名为 "Space Travel" 的小游戏。
  • 1967 年，剑桥大学的 Matin Richards 将 CPL 语言改进成 BCPL 语言（Basic Combined Programming Language ，基本组合编程语言）。
    • 它是第一种在语法中使用花括号 { } 的语言。
  • 1969 年，由于 Multics 的研发进度缓慢，贝尔实验室决定退出该项目。因此，Ken Thompson 不得不将他的小游戏移植到另一台老机器上。移植过程如下：
    • 先借鉴 Multics 系统的设计思路，用汇编语言开发一个新操作系统，取名为 Unix 。
    • 然后在 BCPL 语言的基础上设计出 B 语言，用 B 语言搭配汇编语言在 Unix 系统中开发应用程序。

# Unix

  • 1972 年，因为使用 B 语言移植程序仍然比较麻烦，Ken Thompson 和 Dennis Ritchie 决定改进解释型的 B 语言，发明了编译型的 C 语言，用它重写了 Unix 系统。
    • Dennis Ritchie 吸取了 Multics 项目的教训，在设计 Unix 系统时采用 "Keep it simple and stupid" 的原则：将复杂的程序拆分成多个小模块分别实现，然后再灵活地组合。
  • 1978 年，Brian Kernighan 和 Dennis Ritchie 出版《The C Programming Language》，将 C 语言介绍给全世界。
    • 这是第一本介绍 C 语言编程的书籍，书中的第一个示例程序是显示 "hello world" ，成为了众多编程语言教程的传统。
    • 这本书中描述的 C 语言，此时还没有正式的语法标准，称为 "K&R C" 。
    • 随着 C 语言的传播，Unix 系统逐渐成为了主流的操作系统。
  • 目前，Unix 系统主要有两个分支：
    • System V ：由贝尔实验室所在的 AT&T 公司开发，属于商业软件。
    • BSD ：由加州大学伯克利分校开发，属于自由软件。其中最流行的发行版是 OpenBSD 。

# Darwin

  • 一个开源的类 Unix 系统，其内核称为 XNU （X is Not Unix），混合了 Mach 内核、FreeBSD 组件。
  • 由 Apple 公司开发，用作 MacOS、IOS 系统的底层。
    • MacOS 系统（原名为 Mac OS X ，缩写为 OS X ）
      • 用作 Apple 公司生产的 Macintosh （简称为 Mac ）品牌电脑的专用系统。
    • IOS 系统
      • 用作 Apple 公司生产的 iPhone 手机、iPad 平板的专用系统。
  • 关于应用程序：
    • 安装包的扩展名：
      • .dmg ：一种压缩文件格式，类似于 .iso ，
      • .pkg ：一种安装包格式。
    • 包管理工具：
      • Mac App Store
      • Homebrew ：提供了命令行工具 brew 。
    • 开发语言：
      • Objective-C
        • 一种编译型语言，在 ANSI C 的基础上增加了 Smalltalk 语言的特性，支持面向对象编程。
        • 于 1983 年由美国人 Brad Cox 发明。
      • C++
        • 可以基于 Qt 开发程序。
      • Swift
        • 于 2014 年由 Apple 公司发布，目标为取代 Objective-C 。

# Android

  • 于 2007 年由 Google 公司发布，主要用于智能手机、平板电脑等小型移动设备。
  • 采用 Linux 内核，操作系统的底层用 C 和汇编语言开发，上层用 Java 开发。
    • 与 Linux 系统的差异较大，比如用 Bionic 库取代了 GNU C 库。
  • 在 Android Open Source Project（AOSP）项目中开源，采用 Apache License 开源协议。
    • 虽然 Android 系统开源，但安装了该系统的设备，一般还会安装一些专有软件，比如 Google 移动服务（GMS）、Google Play 。
  • 关于应用程序：
    • 安装包的扩展名：
      • .apk
    • 包管理工具：
      • 各种平台提供的 Appstore ，比如 Google Play 。
    • 开发语言：
      • Java
        • 运行在专为 Android 设计的 JVM 上，称为 dalvik 。
      • C++
        • 可采用 Qt 或 Android Native Development Kit（NDK）开发程序，但是开发过程比平台原生语言麻烦。
      • Kotlin
        • 一种编译型语言，可以编译成 Java 字节码或 JavaScript 。
        • 于 2011 年由 JetBrains 公司发布。
        • 2019 年，Google 公司宣布 Kotlin 取代 Java 成为了 Android 的首选开发语言。

# POSIX

：可移植的操作系统接口（Portable Operating System Interface of UNIX），是一种操作系统为应用程序提供接口的标准，符合该标准的操作系统称为 POSIX 系统。

  • 90 年代初，IEEE 协会为了提高应用程序在 Unix 系统上的可移植性，定义了 POSIX 标准。如果两个操作系统都遵循 POSIX 标准，则可以将应用程序移植运行。
    • Unix 系统采用 POSIX 标准。
    • Linux 系统也采用 POSIX 标准，因此 Linux 上运行的程序能与大部分 UNIX 系统兼容。
    • Windows 系统一直沿用 1993 年推出的 Windows NT 系统的接口标准。

# RTOS

：实时操作系统（Real Time Operating System），一类追求实时性的操作系统。

  • 特点：
    • 实时性：安排一个任务时，能在一定时间内（通常为毫秒级）被执行完成。分为两种：
      • 硬实时：如果超过时间，则任务失败。
      • 软实时：允许不实时，只是服务降级。
    • 抢占式调度：CPU 根据优先级大小来切换任务，一直执行当前优先级最高的任务，适合事件驱动。
      • 而分时操作系统是 CPU 轮流执行多个任务，根据时钟中断来切换任务，因此每个任务分配到一定的 CPU 时间。
      • RTOS 的 CPU 切换任务的频率通常比分时操作系统低很多。
    • 精简：常用于嵌入式设备，可以精简到几 MB 。
      • 有的嵌入式设备也使用 Linux 系统，提供更丰富的功能。
  • RTOS 系统举例：
    • FreeRTOS
    • RT-Thread
    • VxWorks
    • RTLinux

# GNU

：自由软件计划（GNU is Not Unix），1983 年由美国人 Richard Stallman 发起。

  • GNU 旨在推广自由软件（free software）的理念。
    • 他认为电子软件的一大优点就是容易拷贝，这是用户的基本自由，不能被非自由软件剥夺。
    • 他希望软件开发者不是靠昂贵的版权费获利，而是靠技术支持等服务获取报酬。简单来说就是 "资源免费，服务收费" 。
    • 自由软件强调自由，而不是单纯的免费。
    • 计算机软件的功能、设计原理、编程语言本身没有版权，因此一款软件可以被别人反向编程。比如 Java 语言没有版权，但甲骨文公司拥有 JVM 和一些类库的版权。
  • 1985 年他创建了自由软件基金会（Free Software Foundation ，FSF），作为 GNU 计划的主要赞助组织。
  • GNU 计划的目标是创建一个完全自由的操作系统，从里到外使用的软件都是自由软件。
    • GNU 计划已经开发了很多流行的自由软件，比如 gcc、make、bash 。
    • GNU 计划本来打算为这个操作系统开发一个内核，称为 hurd ，但一直没有完成。后来采用 Linux 内核。

# GPL

：GNU 通用公共许可证（GNU General Public License），是 GNU 运动推广的一种开放授权的版权协议。

  • 1989 年发布 v1 版本，允许 GNU 软件可以被所有人自由地使用、复制、修改和再发布，任何人都不能限制该权利。
  • 1991 年发布 v2 版本，对程序库的许可宽松一些。
  • 2007 年发布 v3 版本，修补了一些法律漏洞。

# 开源

1998 年，自由软件阵营中的部分成员分裂出来，以 "开源" 的名义开展活动。

  • 开源是指对外公布软件的源代码，但不一定允许其他人使用、修改源代码，因此开源软件不一定是自由软件。
  • 很多公司利用开源的方式，吸引社区开发者免费贡献，提高软件质量。

# ASF

：Apache 软件基金会（Apache Software Foundation）

  • 于 1999 年由 Apache HTTP 服务器的开发者们创立 ，目前已成为世界上最大的开源基金会，管理的开源软件越来越多。
  • 其他个人或团体可以将项目捐赠给 ASF 管理、维护，这需要放弃自己对该项目及其商标的所有权。
    • 捐赠的项目需要先进入 Apache 孵化器（Incubator），通过一些质量审核、投票之后才可以毕业，正式成为 Apache 顶级项目，或者其它项目的子项目。
    • ASF 项目列表 (opens new window)

# X Window

：一种图形界面系统，又称为 X11 。

  • Linux 常见的图形桌面系统 GNOME、KDE 都是基于 X Window 实现的。