相关概念

操作系统

• 世界上流行的操作系统举例：
  • 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：
  • 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 。
  • 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 语言的推广使用，Unix 系统也被传播开来。
  • 80 年代，贝尔实验室所属的 AT&T 公司将 Unix 作为闭源的商业软件发售。当时用户对 Unix 进行研究、改动，衍生了多种闭源的操作系统，但这些操作系统之间越来越不兼容，使得人们不得不制定了 UNIX 规范和 POSIX 规范。
  • 90 年代，一些人借鉴 Unix 的功能，开发了一些新的操作系统，称为类 Unix 系统。它们与 Unix 相似，但不符合 Unix 规范，源代码也不同。
    • Unix 因为闭源，一直用户少。反而某些类 Unix 系统更流行。
  • 目前，Unix 系统主要有两个分支：
    • System V ：由贝尔实验室所属的 AT&T 公司开发，属于闭源的商业软件。
    • BSD ：由加州大学伯克利分校开发，基于贝尔实验室的 Unix 源码，属于自由软件。其中最流行的发行版是 OpenBSD 。

Linux

• 1991 年，芬兰的大学生 Linus Torvalds 开发了一个类 Unix 系统，取名为 Linux 。
  • Linux 最初只有一个内核。Linus 将它按 GPL 协议授权为自由软件，吸引了其他人参与开发，形成了一个积极的社区。
  • 后来，Linux 内核与诸多 GNU 软件组合在一起，构成了一个功能完善的操作系统，称为 GNU/Linux 。严格来说，Linux 并不是一个操作系统，只是操作系统的内核。
• 2007 年，开源发展实验室（Open Source Development Labs ，OSDL）与自由标准组织（Free Standards Group ，FSG）合并，成立 Linux 基金会，负责管理 Linux 社区。

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。