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01 Linux概述

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Linux 是一种自由和开放源码的、独立开发的类 Unix 操作系统。Linus 编写了内核，而 GNU 计划提供了绝大多数基础软件和命令工具。 哲学：“一切皆文件”，Linux 没有 C/D/E 盘的概念，所有文件和设备都统一由根目录 / 开始管理。

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Linux系统的组成

发行版

狭义的Linux（内核）负责控制硬件，但普通用户没办法使用，许多公司和社区把 Linux 内核 加上 图形界面、软件管理器、常用应用 打包在一起，做成了完整的操作系统，这些被称为 Linux 发行版。

国产系发行版

  • 统信UOS，基于深度(Deepin)社区，面向普通用户的桌面系统，注重易用性和低学习成本。
  • 麒麟 (Kylin)，高安全关键领域，强调最高等级的安全与可信。
    • 麒麟软件有限公司，由中国电子集团整合而成
      • 银河麒麟，旗舰品牌，面向党政、金融、能源、交通等关键行业的核心业务场景。
      • 中标麒麟，存量市场与过渡品牌，主要面向原有中标麒麟系统的用户和项目。
      • 星光麒麟，万物智联 (IoT) 品牌，面向物联网、边缘计算、嵌入式设备等新兴智能终端。
      • 开放麒麟 (openKylin)，开源桌面社区，由麒麟软件等发起，旨在打造一个开源、开放的桌面操作系统根社区。
    • 湖南麒麟信安，科创独立上市公司。
  • 欧拉 (openEuler)，华为发起，开源基金会托管。
  • 龙蜥 (OpenAnolis)，阿里云牵头，CentOS的平滑替代，针对云原生优化。
  • 深度 (Deepin)，一个拥有全球用户的独立社区发行版，以其美观的界面和易用性闻名，是统信UOS的社区版本上游。

图形界面

Linux 的系统内核和图形界面是完全分离的。这意味着你可以根据自己的喜好、电脑的配置，像换衣服一样自由更换甚至定制你的桌面。

  • GNOME、KDE Plasma、XFCE、Cinnamon、MATE、Deepin DE（DDE）、Pantheon

包管理工具

包管理器（Package Manager） 就像是智能手机上的“应用商店”。它负责软件的安装、更新、卸载，以及最让人头疼的依赖关系处理。

发行版包管理工具软件包格式简介
Debian/Ubuntuapt，底层工具dpkg.deb核心命令apt，稳定，软件丰富
Fedora/RHEL/Centosdnf，底层工具rpm.rpm核心命令dnf/yum，依赖解析高效
Archpacman.pkg.tar.zst核心命令pacman，简洁快速，AUR社区仓库强大
跨发行版的“通用”包管理器：Flatpak、Snap、AppImage。

Linux内核

Linux 内核是操作系统的核心。它像一个全能的“大管家”，一端连接着计算机的物理硬件，另一端服务于各种运行的程序（软件）。

系统内存管理

  • 虚拟内存（Virtual Memory）： 内核给每个程序制造了一个“我独占了巨大内存”的假象（虚拟地址）。这样程序之间互不干扰，极大地提高了系统的安全性。
  • 内存保护： 严格隔离不同程序的内存区域。程序 A 绝对无法偷看或修改程序 B 的内存数据，这也是 Linux 极难崩溃和中病毒的原因之一。
  • 交换空间（Swap）： 当物理内存快不够用时，内核会聪明地把暂时不用的数据挪到硬盘的特定区域（Swap 分区），等需要时再挪回来。

软件程序管理

  • 时间片轮转： 内核把 CPU 的时间切成极小的微秒级碎片。上一微秒给微信，下一微秒给浏览器，因为切换极快，给用户的感觉就是所有程序在“同时运行”。
  • 优先级调度： 内核会给不同的进程划分优先级。比如，保障系统运行的底层服务拥有高优先级，而你挂在后台下载文件的进程优先级较低。
  • 进程间通信（IPC）： 内核为不同的程序提供“打电话”的机制，让它们能够安全地交换数据。

硬件设备管理

  • 驱动程序（Drivers）： 内核中包含了大量的硬件驱动，或者支持动态加载驱动。驱动就像是翻译官，把内核的通用指令翻译成特定硬件能听懂的“方言”。
  • 中断处理（Interrupts）： 当你敲击键盘或移动鼠标时，硬件会向内核发送一个“中断”信号。内核会立刻停下手里不重要的活，优先处理你的输入。
  • 设备即文件： 再次呼应 Linux 的终极哲学——内核把所有的硬件设备都抽象成 /dev 目录下的一个“文件”（例如：第一块硬盘叫 /dev/sda），让软件可以像读写普通文件一样去操作硬件。

Linux硬件设备分类

  1. 块设备（Block Device）—— 文件标识：b1。
    • 数据以固定的“块”（Block，如 512 字节或 4KB）为单位进行读写。它最大的特点是支持随机访问。
    • 典型代表：如硬盘、SSD、U盘。
  2. 字符设备（Character Device）—— 文件标识：c
    • 数据像水流一样，以“字节/字符”为单位按顺序进行读写。它不支持随机访问，数据必须先进先出。
    • 典型代表：键盘、鼠标、声卡、打印机。
  3. 网络设备（Network Device），网络设备在 Linux 中地位非常特殊，它是唯一不遵循一切皆文件哲学的硬件设备。
    • 它负责在网络上收发数据包。为了追求极致的传输效率，Linux 内核没有为它在 /dev/ 下创建对应的设备文件，程序无法通过普通的 open、read 命令去操作它。
    • 典型代表：网卡。
  4. 虚拟设备 / 伪设备（Virtual Device），这类设备没有对应的物理硬件，纯粹是由 Linux 内核或软件通过代码模拟出来的“工具人”设备。为了让软件能像调用硬件一样调用它们，它们通常会伪装成字符设备或块设备。
    • 典型代表
      • /dev/random 与 /dev/urandom： 内核的随机数生成器（伪装成字符设备），程序需要加密密钥时就会从这里读取数据。
      • /dev/null： 传说中的“无底洞/黑洞”。任何丢给它的数据都会直接消失，常用于在终端中屏蔽报错信息（如 cmd > /dev/null 2>&1）。
      • /dev/zero： 零值生成器。读取它会得到无穷无尽的 0，常用于初始化一个全零的大文件。
      • /dev/loop0（回环设备）： 伪装成块设备。它可以把一个普通的 .iso 镜像文件挂载起来，让系统以为这是一个真正的光盘或硬盘。

关于设备命名，因为 Linux 追求自由，Linux 内核官方从未、也永远不会规定一套强制的设备命名策略，这个权力交给了用户空间（如 systemd 和发行版）。由一个叫 udev（设备管理器）的守护进程在后台根据一系列规则文件动态生成的。不过，业界有一些公认的、标准的参考来源和命名规律。

Linux 内核官方设备清单 ArchWiki 的 udev 规则指南 Red Hat 官方关于“可预测网络设备命名”的文档

设备驱动管理

Linux驱动的两种存在形式

  1. 内核模块（Kernel Module）
    • 定义： 动态加载到内核的驱动（类似插件）。
    • 文件格式： 以 .ko（Kernel Object）为后缀。
    • 存储路径： /lib/modules/$(uname -r)/kernel/。
    • 优点： 按需加载，不占用多余内存，升级驱动不需要重新编译整个内核。
  2. 内置驱动（Built-in Driver）
    • 内置驱动（Built-in Driver）
    • 定义： 在编译内核时，直接静态编译进内核二进制文件（vmlinuz）中的驱动。
    • 优点： 系统启动时立即可用。
    • 缺点： 无法动态卸载。

驱动管理命令

文件系统管理

  • VFS（虚拟文件系统）： 这是 Linux 的一大神器。不管你的硬盘格式是 ext4、XFS、还是 Windows 的 NTFS，内核在最上层提供了一套完全统一的接口。你拷文件时，根本不需要关心底层是什么格式。
  • 日志式文件系统（Journaling）： 现代 Linux 文件系统（如 ext4）都有日志功能。如果电脑突然断电，内核可以通过读取日志快速修复文件，防止数据损坏。
  • 权限控制： 配合 Linux 的多用户机制，内核严格把关谁能“读”、谁能“写”、谁能“执行”某一个文件。

Footnotes

  1. 终端输入ls -l，每行最左边第一个字符输出为文件标识。 ↩

关系图谱

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