UNIX或Linux系统如何工作？[关闭]

我想知道操作系统是如何工作的，简而言之：

• 它所基于的基本组件
• 这些组件如何协同工作
• 是什么使UNIX UNIX
• 是什么让它与Windows等其他操作系统如此不同

UNIX系统由几个部分或层组成，我想称之为它们。

要启动系统，称为引导加载程序的程序位于硬盘分区的第一扇区。它由系统启动，然后找到操作系统内核并进行加载。

分层

1. 内核。这是由引导加载程序启动的中央程序。它执行系统的基本硬件交互（磁盘，内存，视频，声音），并提供一个可以启动程序的虚拟环境。内核还附带了处理硬件设备之间所有微小差异的所有驱动程序。对于外部世界（较高层），每类设备似乎都以相同的一致方式运行-进而可以在程序上进行构建。

2. 后台子系统。只有常规程序，这些程序不会影响您。他们处理诸如远程登录之类的事情，提供中央消息总线，并根据硬件/网络事件进行操作。例如，蓝牙发现，WiFi管理等。任何网络服务（文件服务器，打印服务器，Web服务器）也都处于此级别。在UNIX系统中，这些都是普通程序。

3. 命令行工具。这些都是小程序，可以启动它们来执行诸如文本编辑，下载文件或管理系统之类的任务。此时，UNIX系统对于系统管理员来说是完全可用的。在Windows中，该层不再存在。

4. 图形用户界面。这些也是程序，唯一的区别是它们在屏幕上绘制窗口而不是编写文本。这使得该系统更易于普通用户使用。

任何服务或事件都将自下而上。

图书馆-通用平台

程序执行许多常见的操作，例如显示窗口，在屏幕上绘制内容或下载文件。这些内容对于多个程序是相同的，因此代码被放在单独的“库”文件中（.so文件-表示共享对象）。该库可以在所有程序之间共享。

对于每一个可以想象的东西，都有一个图书馆。有一个用于读取/写入PNG文件的文件。有一个用于JPEG文件，用于读取XML，用于加密，用于视频播放等。

在Linux上，应用程序开发人员常用的库是Qt和Gtk。这些库在内部使用低级库来满足其特定需求，同时以一种一致而简洁的方式公开其功能，以使应用程序开发人员可以更快地创建应用程序。

库提供了应用程序平台，程序员可以在该平台上为操作系统构建最终用户应用程序。系统提供的库越多，编写精美程序所需要编写的代码就越少。

有些库可用于不同的操作系统（例如Qt），而某些库实际上是专门绑定到一个操作系统中的。这将限制您的程序只能在该平台上运行。

进程间通讯

操作系统的第三个角落是程序之间的通信方式。这些是进程间通信（IPC）机制。它们以几种形式存在，例如一块共享内存，或者在两个程序之间建立了一个小通道来交换数据。还有一个中央消息总线，每个程序都可以在其上发布消息并接收响应。这用于全局通信，不知道哪个程序可以响应。

从库到操作系统

有了库，IPC和内核，程序员就可以构建用于系统服务，用户管理，配置，管理，办公室工作，娱乐等的各种应用程序。这形成了一套完整的套件，新手用户将其视为“操作系统”。 ”。

在UNIX / Linux系统中，所有服务都只是程序。所有系统管理工具都只是程序。他们都在做自己的工作，而且可以将他们联系在一起。我在http://codingdomain.com/linux/sysadmin/上总结了很多主要程序。

Windows的可区分部分

UNIX主要是程序，文件和受限权限的系统。避免了很多复杂性，使它成为功能强大的系统，同时看起来很容易做到。

详细地讲，这些原则可以在UNIX / Linux系统中找到：

• 有访问信息的统一方法。（“一切都只是文件”）。您可以打开文件，网络套接字，IPC通道，内核参数和块设备作为文件。因此，虚拟文件​​系统出现在/ dev，/ sys和/ proc中。你唯一需要的API是open，read和close。

• 底层系统是透明的。每个程序都按照相同的规则运行。与Windows不同，“控制台程序”，“ gui程序”或“后台服务”之间没有人为的区别。它们都是程序，碰巧会做不同的事情。它们也都可以以相同的方式进行观察，分析和调试。

• 设置是可读的，可编辑的，并且可以用注释注释。它们通常具有INI样式的格式，但可以根据该应用程序的需要使用自定义格式。因为它们只是文件，所以可以将它们复制到其他系统，进行归档或使用标准工具进行备份。

• 没有大型的“一次完成所有操作”的应用程序。口头禅是“做一件事，做好事”。命令行工具可以链接在一起，并且功能强大。单独的服务（例如SMTP，IMAP和POP，以及登录）是单独的子程序，避免了复杂的代码纠缠和安全问题。复杂的桌面环境将辛苦的工作委托给各个程序。

• fork()。新程序通过克隆现有程序来启动。克隆将设置所有内容（例如文件句柄），并有选择地将其替换为新的程序代码。这使得将相同的安全设置和限制应用于新程序，共享内存或设置IPC机制确实非常容易。启动过程的成本也非常低。

• 文件系统是一棵树，可以在其中挂载其他磁盘分区和网络共享。再有，一种通用的访问数据的方式。常见的系统位置（例如，/usr可以轻松地作为网络共享安装。

• 该系统是为低用户权限而构建的。登录后，每个用户（root用户除外）仅限于自己的资源，仅运行应用程序和文件。网络服务会尽快降低其特权。有一种明确的方法来获取更多特权，或要求某人代表他们执行特权作业。其他每个调用都受到程序的限制和限制。

• 每个程序都将设置存储在用户主目录的隐藏文件/文件夹中。任何程序都不会尝试写入全局设置文件。

• 与秘密机制或特定的一对一机制相比，倾向于公开描述的通信机制。鼓励其他供应商和软件开发人员遵循相同的规范，以便可以轻松连接，交换并保持松散耦合。

UNIX是一个强大的操作系统，建立在经过40多年成功证明（在计算机科学中几乎是永恒的）的可靠设计的基础上。核心技术基于C语言和众多小型程序：UNIX命令。麦克罗伊（McIlroy）总结了基本哲学：

编写可以做一件事并且做得很好的程序。编写程序以协同工作。编写程序来处理文本流，因为这是一个通用接口。

有关UNIX哲学的更多信息，请参见ESRaymond“ UNIX编程的艺术”。

这里有一些很好的答案。但是，我认为遗漏的一件事是* nix与其他操作系统（尤其是Microsoft Windows）有何不同。

上面已经介绍过的“做一件事情，做好事”的基本概念对于* nix操作系统至关重要，因此有时可能会被忽略。正是这种设计理念使Linux如此灵活和强大。

例如，MS Windows的图形用户界面（GUI）与OS交织在一起。如果没有GUI，则几乎不可能安装MS操作系统。在Linux中，您可以轻松启动根本没有图形组件的服务器或嵌入式系统。它可以完全由命令行驱动，并且仍然是功能齐全的服务器。

Linux的模块化设计还允许系统管理员关闭服务，对其进行升级并重新启动该服务，而无需重新启动操作系统。实际上，只有在内核本身被修改或升级时，您才必须重新引导Linux操作系统。

例如，您可以在Linux上安装新的Windows管理器（gnome，kde，以任何一种方式），并且当前登录到系统的用户可能永远不会意识到。

在Windows上，通常最简单的系统更改需要重新启动，尽管有时这是安全问题，而不是实际的技术要求。我认为这是MS操作系统的基本缺陷之一。在Linux上，您可以升级许多驱动程序模块，而对用户的影响很小或没有。在Windows上，如果您仅安装新应用程序，则可能需要重新引导整个设备。

这种模块化设计还为Linux提供了非凡的灵活性。每个Linux系统都可以针对您需要完成的特定任务进行量身定制，并尽可能减少资源开销。在Windows中，您无法关闭GUI界面来运行简单的HTTP服务器。Windows假定存在一个内存占用量，它会创建一个障碍，您的硬件无法进入该障碍。这是Linux成为许多移动和嵌入式应用程序首选操作系统的主要原因。

我可以继续讲下去，但是我希望这些例子能帮助解释为什么Linux如此流行，以及它与其他OS的真正区别。

《 UNIX操作系统设计》将是一本好书。

我建议阅读Unix环境2e中的Advanced Programming，以学习有关Single Unix Standard（SUS）API和POSIX的很多知识，这将使您了解什么使Unix Unix以及组件如何工作以及如何协同工作。

但是，这是一本非常C的书，更多的是参考手册。如果您有失眠的问题，那就随便睡觉吧。除此之外，如果您是Unix C程序员，则必须拥有它。

本着前两本书的建议，我也建议

LINUX编程接口，作者：M。Kerrisk

尽管以UNIX / Linux系统编程为主题，但它从程序员/用户的角度揭示了大量有关Linux以及更广泛的UNIX系统如何工作的详细信息。它详尽地研究了vdboor答案中提到的大多数项目符号，并以一种易于理解和可读的方式揭示了足够的细节，以使您对UNIX的基本概念及其基础有所了解。