Unix 与 Linux 操作系统的源头历史

操作系统

本文是自己看 鸟哥的 Linux 私房菜 -- Linux是什么?从Linux的历史谈起 的摘录,对原文做了部分摘录,并加以自己的注释。感谢鸟哥的文章。

Unix 起源

60 年代,为了强化大型主机的功能,让主机的资源更好的被利用,在 1965 年前后, 由贝尔实验室 (Bell)、麻省理工学院 (MIT) 及奇异公司 (GE, 或称为通用电器) 共同发起了 Multics 的计划, Multics 计划的目的是想要 让大型主机可以达成提供 300 个以上的终端机联机使用的目标 。 不过,到了 1969 年前后,计划进度落后,资金也短缺,所以该计划虽然继续在研究,但贝尔实验室还是退出了该计划的研究工作。

一个大项目失败了。失败其实是常态,成功不易。

在认为 Multics 计划不可能成功之后, 贝尔研究室 就退出该计划。不过,原本参与 Multics 计划的人员中,已经从该计划当中获得一些点子, Ken Thompson 就是其中一位!

即使失败,但是参与的过程中,参与的人一定有收获。

Thompson 因为自己的需要,希望开发一个小的操作系统以满足自己的需求。 在开发时,有一部 DEC (Digital Equipment Corporation) 公司推出的 PDP-7 刚好没人使用, 于是他就准备针对这部主机进行操作系统核心程序的撰写。

本来 Thompson 应该是没时间的 (有家有小孩的宿命?), 巧的是,在 1969 年八月份左右,刚好 Thompson 的妻儿去了美西探亲, 于是他有了额外的一个月的时间好好的待在家将一些构想实现出来!

巧了,Unix 应该给 Thompson 媳妇发一份感谢信。

经过四个星期的奋斗,他终于以汇编语言 (Assembler) 写出了一组核心程序,同时包括一些核心工具程序, 以及一个小小的文件系统。那个系统就是 Unix 的原型! 当时 Thompson 将 Multics 庞大的复杂系统简化了不少,于是同实验室的朋友都戏称这个系统为:Unics。

一开始的 Unix 雏形使用汇编语言写的,厉害厉害,不过那时可选择的语言也并不多。

由于 Thompson 写的那个操作系统实在太好用了,所以在贝尔实验室内部广为流传,并且数度经过改版。 但是因为 Unics 本来是以汇编语言写成的,而汇编语言跟硬件平台有关,不同的平台指令,加上当时的计算机机器架构都不太相同,所以每次要安装到不同的机器都得要重新编写汇编语言,真不方便!

是的,非常麻烦,汇编语言没有可移植性,还是要高阶的语言写操作系统才合适。

后来 Thompson 与 Ritchie 合作想将 Unics 改以高阶程序语言来撰写。当时现成的高阶程序语言有 B 语言。 但是由 B 语言所编译出来的核心效能不是很好。后来 Dennis Ritchie 将 B 语言重新改写成 C 语言,再以 C 语言重新改写与编译 Unics 的核心, 最后正名与发行出 Unix 的正式版本!

正式发行的 Unix 是 C 语言实现的。这很重要,这样他的可移植性大大增加。

由于贝尔实验室是隶属于美国电信大厂 AT&T 公司的, 只是 AT&T 当时忙于其他商业活动,对于 Unix 并不支持也不排斥。此外,Unix 在这个时期的发展者都是贝尔实验室的工程师, 这些工程师对于程序当然相当有研究,所以,Unix 在此时当然是不容易被一般人所接受的!

那时应该还没有产品经理一职吧,Unix 的产品经理就是那些工程师,牛逼…

另外,原来贝尔实验室是电信公司 AT&T 下面的,贝尔实验室真是出了不少出名的东西,计算机界的活化石。

虽然贝尔属于 AT&T,但是 AT&T 此时对于 Unix 是采取较开放的态度,此外,Unix 是以高阶的 C 语言写成的, 理论上是具有可移植性的!亦即只要取得 Unix 的源代码,并且针对大型主机的特性加以修订原有的源代码 (Source Code), 就可能将 Unix 移植到另一部不同的主机上头了。所以在 1973 年以后,Unix 便得以与学术界合作开发! 最重要的接触就是与加州柏克莱 (Berkeley) 大学的合作了。

柏克莱大学的 Bill Joy 在取得了 Unix 的核心原代码后,着手修改成适合自己机器的版本, 并且同时增加了很多工具软件与编译程序,最终将它命名为 Berkeley Software Distribution (BSD)。这个 BSD 是 Unix 很重要的一个分支,Bill Joy 也是 Unix 业者『Sun (升阳)』这家公司的创办者! Sun 公司即是以 BSD 发展的核心进行自己的商业 Unix 版本的发展的。

Mac OX 也是源自 Unix 的 BSD 分支,只是 BSD 允许闭源,所以 Mac OS 闭源的。

Unix 越来越火,与此同时,商业纠纷也越来越多。

因为 AT&T 由于商业的考虑,以及在当时现实环境下的思考,于是想将 Unix 的版权收回去。因此, AT&T 在 1979 年发行的第七版 Unix 中,特别提到了 『不可对学生提供原始码』 的严格限制! 同时,也造成 Unix 业界之间的紧张气氛,并且也引爆了很多的商业纠纷~

不是很明白为什么要对学生禁止。

1979 年的版权声明中,影响最大的当然就是学校教 Unix 核心原始码相关学问的教授了! 如果没有核心原始码,那么如何教导学生认识 Unix 呢?这问题对于 Andrew Tanenbaum 教授来说,实在是很伤脑筋的!不过,学校的课程还是得继续啊!那怎么办?

既然 1979 年的 Unix 第七版可以在 Intel 的 x86 架构上面进行移植, 那么是否意味着可以将 Unix 改写并移植到 x86 上面了呢?在这个想法上, Tanenbaum教授于是乎自己动手写了 Minix 这个 Unix Like 的核心程序! 在撰写的过程中,为了避免版权纠纷,Tanenbaum完全不看 Unix 核心原始码! 并且强调他的 Minix 必须能够与 Unix 兼容才行!Tanenbaum在 1984 年开始撰写核心程序, 到了 1986 年终于完成。

没有出路自己就创造道路,况且能用代码解决的问题都不算大问题。 Minix 花了两年完成,非常棒啊。

这个 Minix 版本比较有趣的地方是,他并不是完全免费的,无法在网络上提供下载! ** 必须要透过磁盘 / 磁带购买才行!** 虽然真的很便宜~不过,毕竟因为没有在网络上流传, 所以 Minix 的传递速度并没有很快速!此外,购买时,随磁盘还会附上 Minix 的原始代码! 这意味着使用者可以学习 Minix 的核心程序设计概念喔! (这个特色对于 Linux 的启始开发阶段,可是有很大的关系喔!)

此外,Minix 操作系统的开发者仅有 Tanenbaum 教授,因为学者很忙啊!加上 Tanenbaum 始终认为 Minix 主要用在教育用途上面, 所以对于 Minix 是点到为止!

其实是可以理解的。教授的时间有限,能开发出来已经不错,那先发扬光大的事交给学生做更好。

GNU 计划与 FSF 基金会的成立

Richard Mathew Stallman (史托曼) 在 1984 年发起的 GNU 计划,对于现今的自由软件风潮, 真有不可磨灭的地位!目前我们所使用得很多自由软件,几乎均直接或间接受益于 GNU 这个计划呢! 那么史托曼是何许人也?为何他会发起这个 GNU 计划呢?

Stallman 可以称为自由软件鼻祖。他崇尚自由软件。

Richard Mathew Stallman (生于 1953 年, 网络上自称的 ID 为 RMS) 从小就很聪明!他在 1971 年的时候,进入黑客圈中相当出名的人工智能实验室 (AI Lab.)

当时的黑客圈对于软件的着眼点几乎都是在 『分享』 ,所以并没有专利方面的困扰! 这个特色对于史托曼的影响很大!

不过,后来由于管理阶层的问题,导致实验室的优秀黑客离开该实验室, 并且进入其他商业公司继续发展优秀的软件。但史托曼并不服输,仍然持续在原来的实验室开发新的程序与软件。 后来,他发现到,自己一个人并无法完成所有的工作,于是想要成立一个开放的团体来共同努力!

一个人的力量是渺小的,要干大事一定需要一个团队。

1983 年以后,因为实验室硬件的更换,使得史托曼无法继续以原有的硬件与操作系统继续自由程序的撰写~ 而且他进一步发现到,过去他所使用的 Lisp 操作系统,是麻省理工学院的 专利软件, 是无法共享的 ,这对于想要成立一个开放团体的史托曼是个阻碍。

于是他便放弃了 Lisp 这个系统。 后来,他接触到 Unix 这个系统,并且发现,Unix 在理论与实际上,都可以在不同的机器间进行移植。虽然 Unix 依旧是专利软件, 但至少 Unix 架构上还是比较开放的!于是他开始转而使用 Unix 系统。

因为 Lisp 与 Unix 是不同的系统,所以,他原本已经撰写完毕的软件是无法在 Unix 上面运行的!为此, 他就开始将软件移植到 Unix 上面。并且,为了让软件可以在不同的平台上运作, 因此,史托曼将他发展的软件均撰写成可以移植的型态!也就是他都会将程序的原始代码公布出来!

能感觉到 Stallman 是一个非常 open 的人。

1984 年,史托曼开始 GNU 计划, 这个计划的目的是: 建立一个自由、开放的 Unix 操作系统 (Free Unix)。 但是建立一个操作系统谈何容易啊!而且在当时的 GNU 是仅有自己一个人单打独斗的史托曼~ 这实在太麻烦,但又不想放弃这个计划,那可怎么办啊?

聪明的史托曼干脆反其道而行~『既然操作系统太复杂,我就先写可以在 Unix 上面运行的小程序,这总可以了吧?』在这个想法上, 史托曼开始参考 Unix 上面现有的软件,并依据这些软件的作用开发出功能相同的软件,且开发期间史托曼绝不看其他软件的源代码, 以避免吃上官司。后来一堆人知道免费的 GNU 软件,并且实际使用后发现与原有的专利软件也差不了太多,于是便转而使用 GNU 软件, 于是 GNU 计划逐渐打开知名度。

联合大家的力量,让 Unix 变得 open

虽然 GNU 计划渐渐打开知名度,但是能见度还是不够。这时史托曼又想:不论是什么软件, 都得要进行编译成为二进制文件 (binary program) 后才能够执行,如果能够写出一个不错的编译程序,那不就是大家都需要的软件了吗? 因此他便开始撰写 C 语言的编译程序,那就是现在相当有名的 GNU C Compiler (gcc)! 这个点相当的重要!这是因为 C 语言编译程序版本众多,但都是专利软件, 如果他写的 C 编译程序够棒,效能够佳,那么将会大大的让 GNU 计划出现在众人眼前!

原来 GCC 就是这样来的,它是一个编译软件。

到了 1985 年,为了避免 GNU 所开发的自由软件被其他人所利用而成为专利软件, 所以他与律师草拟了有名的通用公共许可证 (General Public License, GPL), 并且称呼他为 copyleft (相对于专利软件的 copyright!)。

而为了避免自己的开发出来的 Open source 自由软件被拿去做成专利软件, 于是 Stallman 同时将 GNU 与 FSF 发展出来的软件,都挂上 GPL 的版权宣告~ 这个 FSF 的核心观念是『版权制度是促进社会进步的手段, 版权本身不是自然权力。

这是一个厉害人,他非常清楚自己要做什么,他所有做的事都在围绕着自己的目标。GPL 应该是限制最宽泛的软件许可证。

自由软件活动

1984 年创立 GNU 计划与 FSF 基金会的 Stallman 先生认为, 写程序最大的快乐就是让自己发展的良好的软件让大家来使用了! 而既然程序是想要分享给大家使用的,不过,每个人所使用的计算机软硬件并不相同, 既然如此的话,那么该程序的源代码 (Source code) 就应该要同时释出, 这样才能方便大家修改而适用于每个人的计算机中呢!这个将源代码连同软件程序释出的举动, 就称为自由软件 (Free Software) 运动!

此外,史托曼同时认为,如果你将你程序的 Source code 分享出来时,若该程序是很优秀的,那么将会有很多人使用, 而每个人对于该程序都可以查阅 source code,无形之中,就会有一票人帮你除错啰! 你的这支程序将会越来越壮大!越来越优秀呢!

是的,就是这种分享精神,分享让我快乐,让我觉得自己的价值被体现。

Linux 出世

Linus Torvalds (托瓦兹,1969 年出生) 的外祖父是赫尔辛基大学的统计学家, 他的外祖父为了让自己的小孙子能够学点东西,所以从小就将托瓦兹带到身边来管理一些微计算机。 在这个时期,托瓦兹接触了汇编语言 (Assembly Language),那是一种直接与芯片对谈的程序语言,也就是所谓的低级语言。 必须要很了解硬件的架构,否则很难以汇编语言撰写程序的。

一个人的家庭环境对自己日后的影响真大,所以家庭很重要,孩子的好奇心也很重要。

在 1988 年间,托瓦兹顺利的进入了赫尔辛基大学,并选读了计算机科学系。在就学期间,因为学业的需要与自己的兴趣, 托瓦兹接触到了 Unix 这个操作系统。当时整个赫尔辛基只有一部最新的 Unix 系统,同时仅提供 16 个终端机 (terminal)。 还记得我们上一节刚刚提过的,早期的计算机仅有主机具有运算功能,terminal 仅负责提供 Input/Output 而已。在这种情况下, 实在很难满足托瓦兹的需求,因为….. 光是等待使用 Unix 的时间,就很耗时~为此,他不禁想到: 『我何不自己搞一部 Unix 来玩?』不过,就如同 Stallman 当初的 GNU 计划一样,要写核心程序,谈何容易~

爱玩的 Torvalds ,也是一个很能折腾的人啊…

不过,幸运之神并未背离托瓦兹,因为不久之后,他就知道有一个类似 Unix 的系统, 并且与 Unix 完全兼容,还可以在 Intel 386 机器上面跑的操作系统, 那就是我们上一节提过的,Tanenbaum 教授为了教育需要而撰写的 Minix 系统! 他在购买了最新的 Intel 386 的个人计算机后,就立即安装了 Minix 这个操作系统。

这时 Torvalds 跟其他 Minix 爱好者一样,都是拿到他折腾,在 Linus 的折腾下,当时的 minix 已经可以支持多任务了。

探索完了 386 的硬件之后,终于拿到 Minix 并且安装在托瓦兹的 386 计算机上之后,托瓦兹跟 BBS 上面一堆工程师一样, 他发现 Minix 虽然真的很棒,但是 Tanenbaum 教授就是不愿意进行功能的加强,导致一堆工程师在操作系统功能上面的欲求不满! 这个时候年轻的托瓦兹就想:『既然如此,那我何不自己来改写一个我想要的操作系统?』 于是他就开始了核心程序的撰写了。

历史会偶尔停下自己的脚步,但是终归还是要向前走…

撰写程序需要什么呢?首先需要的是能够进行工作的环境,再来则是可以将源代码编译成为可执行文件的编译程序。 好在有 GNU 计划提供的 bash 工作环境软件以及 gcc 编译程序等自由软件, 让托瓦兹得以顺利的撰写核心程序。

这时候,Linux 的历史条件都已经成熟很多了,就差 Torvalds 来完成最后一步…

他参考 Minix 的设计理念与书上的程序代码,然后仔细研究出 386 个人计算机的效能优化, 然后使用 GNU 的自由软件将核心程序代码与 386 紧紧的结合在一起,最终写出他所需要的核心程序。 而这个小玩意竟然真的可以在 386 上面顺利的跑起来~还可以读取 Minix 的文件系统。 真是太好了!不过还不够,他希望这个程序可以获得大家的一些修改建议, 于是他便将这个核心放置在网络上提供大家下载,同时在 BBS 上面贴了一则消息:

他说,他完成了一个小小的操作系统,这个核心是用在 386 机器上的, 同时,他真的仅是好玩,并不是想要做一个跟 GNU 一样大的计划! 另外,他希望能够得到更多人的建议与回馈来发展这个操作系统!这个概念跟 Minix 刚好背道而驰呢! 这则新闻引起很多人的注意,他们也去托瓦兹提供的网站上下载了这个核心来安装。

开放是 Linux 成功的前提。

同时,为了让自己的 Linux 能够兼容于 Unix 系统,于是托瓦兹开始将一些能够在 Unix 上面运作的软件拿来在 Linux 上面跑。 不过,他发现到有很多的软件无法在 Linux 这个核心上运作。这个时候他有两种作法, 一种是修改软件,让该软件可以在 Linux 上跑, 另一种则是修改 Linux,让 Linux 符合软件能够运作的规范! 由于 Linux 希望能够兼容于 Unix,于是托瓦兹选择了第二个作法『修改 Linux』! 为了让所有的软件都可以在 Linux 上执行,于是托瓦兹开始参考标准的 POSIX 规范。

作为一个有抱负的工程师,面对这个问题,他肯定会选择后者这种方式,因为这样能更彻底的解决问题,对 Linux 长远发展更有价值。况且,这时已经有规范了,所以实现规范一种非常专业的做法。

Tips:POSIX 是可携式操作系统接口 (Portable Operating System Interface) 的缩写,重点在规范核心与应用程序之间的接口, 这是由美国电器与电子工程师学会 (IEEE) 所发布的一项标准喔!

这个正确的决定让 Linux 在起步的时候体质就比别人优良~因为 POSIX 标准主要是针对 Unix 与一些软件运行时候的标准规范, 只要依据这些标准规范来设计的核心与软件,理论上,就可以搭配在一起执行了。 而 Linux 的发展就是依据这个 POSIX 的标准规范,Unix 上面的软件也是遵循这个规范来设计的, 如此一来,让 Linux 很容易就与 Unix 兼容共享互有的软件了!同时,因为 Linux 直接放置在网络下,提供大家下载, 所以在流通的速度上相当的快!导致 Linux 的使用率大增!这些都是造成 Linux 大受欢迎的几个重要因素呢!

所以大多数情况下,Linux 跟 Unix 的兼容性应该是非常好的。

读完应该知道

  • Linux 跟 Unix 完全是两码事,但是间接借鉴了 Unix 的设计
  • Linux 兼容 Unix,很多软件在两个平台均可运行

另外文章挺长的,后面的没有继续读…

参考链接

鸟哥的 Linux 私房菜 -- Linux是什么?从Linux的历史谈起

鸟哥这个介绍相当详细啊

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