1.3 Linux操作系統

從操作系統的功能來看，Windows操作系統和Linux操作系統實現的功能是一致的，只是所用的形式不同。操作系統是一種用于管理計算機系統資源和控制程序執行的系統軟件，可以擴充硬件的功能，為用戶提供方便的使用接口和良好的運行環境。

1.3.1 Linux操作系統結構

Linux作為一個成熟的操作系統，系統結構都是比較完善的。它不僅繼承了UNIX的精髓，而且得到了更大的發展。與UNIX的內核層和外殼層兩部分結構不同，Linux操作系統由Linux內核、Linux Shell和文件結構3個部分組成。

1. Linux內核

內核負責管理系統的各種資源，比如進程、內存、設備驅動程序、文件和網絡系統等，其決定了系統的性能和穩定性。

（1）Linux內核簡介

Linux的內核源程序遵循GPL規定，都是開放的，可以在系統目錄/usr/src/linux下找到。而基于Linux的大部分應用軟件也遵循GPL，普通用戶同樣可以獲得相應的源代碼。Linux內核最大的好處就是用戶可以通過源程序了解操作系統是如何工作的。通過閱讀源代碼，程序員可以了解操作系統的工作原理，甚至可以根據自身環境重新編譯Linux的內核，定制一套符合自己工作習慣的操作系統。

（2）內核版本號

由于Linux的源程序是完全公開的，任何人只要遵循GPL就可以對內核加以修改并發布。帶來便利的同時也會帶來一個問題，那就是哪個版本的Linux是原始的版本，哪個版本是其他人開發的呢？為此，Linux開發人員對Linux版本采用了雙樹系統，即一個是穩定樹，另一個是非穩定樹。一些新特性、實驗性改進首先在開發樹中進行，如果在開發樹中所做的改進也可以應用于穩定樹，那么在開發樹中的改進經過測試以后，在穩定樹中將進行相同的改進。

開發樹與穩定樹的區別主要是版本號，一般Linux的版本號的形式為x.y.z。如果是穩定樹，那么y是偶數，而開發樹的y值比相應的穩定樹大1（奇數）。

通常新內核會支持更多的硬件，具有更好的進程管理能力，運行速度更快、更穩定。另外，新內核一般還會修復老版本中的許多漏洞。Linux內核版本發布的官方網站是http://www.kernel.org。

2. Linux Shell

Shell是Linux操作系統的用戶界面，為用戶與內核間的交互操作提供接口，接收用戶命令并進行編譯，然后再送到Linux內核執行。

Shell是一個命令解釋器，也可以看作是一種編程語言，用戶可以利用Shell命令編寫程序。與普通編程語言相似，Shell編程語言也可以使用循環結構和分支控制結構。

Linux操作系統剛開始發布的時候，大多數的命令都是通過命令行來實現的。隨著Windows圖形界面在用戶中的不斷普及，Linux也提供了類似Microsoft Windows的圖形界面KDE（King Desktop Environment，桌面環境之王）和GNOME（GNU Network Object Model Envirment）。這是Linux操作系統中最常見的兩種窗口管理器，為用戶提供了類似Windows操作系統的工作環境，通過鼠標就可以完成大多數的系統管理操作。

需要說明的是，Linux實際上只是一個基于命令行的操作系統，圖形界面并不是其組成架構，只是系統的擴展。這與Windows操作系統有很大的差別，尤其是Windows 95之后的操作系統。此類Windows操作系統如果沒有圖形界面，那么就不能被稱為“Windows”。

每個Linux系統用戶都可以擁有獨立的用戶界面或者Shell，也就是說Linux的Shell及用戶界面是可以定制的。Shell具有多個版本，常見的有以下幾個。

● Bourne Shell：是由貝爾實驗室開發的。

● BASH：是GNU的Bourne Again Shell，是GNU操作系統上默認的Shell。

● Korn Shell：是對Bourne SHell的發展，在內容上基本與Bourne Shell兼容。

● C Shell：是SUN公司Shell的BSD版本。

3. Linux文件結構

文件在磁盤等存儲設備上的組織存儲方式稱為文件結構。任何一種操作系統都是由很多個文件組成的，而這些文件又自成體系，有自己的構成方式。

目錄為文件管理提供了一種方便而有效的途徑，用戶不僅能夠從一個目錄切換到另一個目錄，還可以設置目錄和文件的權限以及共享程度。

系統管理員及其他用戶可以設置目錄和文件的權限，以便允許或拒絕其他人對其進行訪問。Linux目錄采用多級樹形結構，用戶可以瀏覽整個系統，可以進入任何一個已授權進入的目錄，訪問那里的文件。

Linux是一個多用戶系統，文件結構的相互關聯性使共享數據變得容易，幾個用戶可以訪問同一個文件。

內核、Shell和文件結構一起形成了操作系統的基本結構。它們使得用戶可以運行程序，管理文件以及使用系統。此外，Linux操作系統還有許多被稱為實用工具的程序，輔助用戶完成一些特定的任務。

1.3.2 Linux操作系統特點

Linux操作系統在推出之后得到了迅猛的發展，這與其良好的性能分不開。Linux操作系統主要具有以下特性。

1. 開放性

Linux操作系統的兼容性很高，遵循世界標準規范，特別是開放系統互聯（OSI）國際標準，而微軟的視窗操作系統源代碼基本保密。

2. 多任務

在多核處理器時代，Linux操作系統的一大優勢是：系統調度的每一個進程都可以平等地訪問微處理器。而因為CPU的處理速度非?？?，所以各個應用程序看起來就像是同時運行的。

3. 多用戶

Linux是一個多用戶操作系統，系統資源可以被不同用戶各自擁有使用，而每個用戶對自己的資源（例如文件、設備）都有特定的權限，互不影響。

4. 設備獨立性

Linux可以把所有外部設備統一當作文件，只要安裝相關的驅動程序，任何用戶都可以像使用文件一樣使用這些設備。另外，用戶可以免費得到Linux的內核源代碼，這樣，用戶便可以自己修改操作系統的內核源代碼，以適應新增加的外部設備。

5. 提供了豐富的網絡功能

一般的操作系統并沒有內置的網絡連接功能，也不具備聯網的靈活性。而Linux操作系統具有完善的與內核結合在一起的網絡功能，在通信和網絡功能方面優于其他操作系統。

6. 費用低廉

與微軟的Windows操作系統相比，Linux系統的使用費用幾乎可以忽略。由于Linux基于GPL，系統本身免費，而且不少發行套件包含了豐富的應用軟件，基本上都可以滿足大多數用戶的使用需求。

1.3.3 Linux操作系統的應用領域

Linux操作系統常用于基礎服務器應用，如DNS服務器、DHCP服務器、Web服務器、目錄服務器、防火墻、文件和打印服務器、Intranet代理服務器等。另外，Linux操作系統還用于高性能計算、密集型計算應用等方面，如風險分析、數據分析、數據建模等。

Linux操作系統從第一個內核誕生到現在，其開放、安全、穩定的特性得到越來越多用戶的認可。自由軟件的低成本、高安全性，又使得Linux得到了各國政府強有力的支持。Linux的應用領域逐漸擴展，從最早的Web、FTP、郵件服務，到個人桌面應用、網絡安全、電子商務、遠程教育、集群運算、網格運算、嵌入式系統等各個領域。

很多對Linux操作系統比較陌生的用戶，可能會認為其應用領域比較窄。實際上，自Linux推出以后，其應用已經遍及服務器、嵌入式操作系統、桌面系統等各個領域，成為了用戶工作、生活的良好助手。

1. 服務器系統

目前，Linux應用最廣泛的是服務器操作系統領域。以Linux為基礎的“LAMP（Linux，Apache，MySQL，Perl/PHP/Python的組合）”技術，已在開發者群體中廣泛流行，也是網站服務供應商最常使用的平臺。

2. 桌面系統

新版本的Linux操作系統特別在桌面應用方面進行了改進，完全可以作為一種集辦公應用、多媒體應用、網絡應用等多功能于一體的圖形界面操作系統，而且它也是免費的。

3. 嵌入式系統

目前，Linux操作系統的一項非常重要的應用是作為移動設備的嵌入式系統。例如機頂盒、移動電話及行動裝置等，都使用了嵌入式Linux操作系統。由于Linux內核完全公開，大大降低了基于Linux的嵌入式系統的研發成本，而且不受其他非人為因素的干擾。

4. 電子政務

由于眾多IT知名廠商的支持以及安全性方面的優勢，Linux正在成為一股可以與Windows分庭抗衡的力量，并且廣泛地應用于政府領域。目前許多國家的電子政務系統都建立在Linux平臺上，如墨西哥政府已經宣布在全國所有的中、小學配置Linux并為學生提供Internet服務。中國政府在Linux領域一直給予極大的支持，由工業和信息化部、科技部、國家信息化推進工作辦公室等相關部門牽頭，業界企業、大專院校、科研機構等參與，目標是加強Linux軟件標準建設的一系列重要舉措。這些重要舉措是：成立Linux軟件標準工作組、建立國家Linux公共服務平臺體系并出臺軟件政府采購管理辦法，如紅旗Linux，已經獲得了中國政府的認可。

1.3.4 Red Hat Enterprise Linux 5

Red Hat Enterprise Linux 5發布于2007年3月14日，是Red Hat商業操作系統的第5個重要版本，新版本的主要變化是內核升級為2.6.18，開始支持Xen虛擬化技術、集群存儲等，如圖1-5所示。

Red Hat Enterprise Linux主要有以下特性。

1. 性能強

Red Hat Enterprise Linux 5基于新的2.6.18內核，對于多內核處理器的支持更完善，并支持Intel Network Accelerator Technology（IOAT），增強了基于Kexec/Kdump的Dump支持，增強了對于大型SMP系統的支持，增強了管道緩存。

2. 虛擬化技術

支持在各種平臺上的虛擬化技術，在Red Hat Enterprise Linux Advanced Platform上甚至支持了存儲與擴展的服務器虛擬化技術，還提供了virt-manager、libvirt/virsh管理工具。

3. 網絡與存儲

Red Hat Enterprise Linux 5支持Autofs、FS-Cache和iSCSI，讓用戶可以更方便地管理存儲設備，增強了對于IPv6的支持。此外，還改進了對于Microsoft文件/打印和Active Directory（目錄服務）的支持。

4. 管理

Red Hat Enterprise Linux 5首先簡化了安裝過程的系統配置，采用基于Yum/Pup的Red Hat Network更新以方便修補系統漏洞，此外，它還采用了更好用的Conga集群和存儲管理。

5. 安全

Red Hat Enterprise Linux 5采用SELinux以增強系統的安全性，并且內置了圖形化的SELinux管理工具，集成了目錄和安全機制，增強的IPSec提高了系統安全性等性能，新的審核機制還可以提供搜索、產生報表和實時監控能力。