操作系统

软件根据其功能不同也可以分为很多种，有一些软件是直接跟硬件打交道的，而另一些软件则直接跟用户打交道，中间还有连接两者的桥梁。他们分别是操作系统和硬件驱动程序，应用程序，和“库”。操作系统提供了对各种资源，比如处理器、内存、网络、各种外部设备如打印机等的统一抽象，使得大部分应用程序在大部分不同的硬件上都能正确运行，简化了应用程序员的工作，同时也将不同资源进行隔离，尽可能防止有缺陷或者恶意的程序影响其他程序运行。

这一节我们着重介绍 Windows 操作系统和 Linux 操作系统。

Windows¶

Windows 是微软公司开发的图形化操作系统，具有成熟的图形界面。同学们个人计算机日常使用的系统很可能就是 Windows（苹果用户除外）。Windows 系统较为庞大，里面很多组件在日常使用中完全用不到，甚至是以一种历史包袱的形式存在。不过正因为如此，很多老旧的将近 20 年前的 Windows 软件仍然能在最新的系统中正常运行。

Linux¶

从 1991 年 Linus 宣告 Linux 的存在，到 2024 年，Linux 已经走过 30 多个年头。下面是 Linus 向社区宣告 Linux 存在的邮件（尽管当时还没有名字）：

Hello everybody out there using minix -

I'm doing a (free) operating system (just a hobby, won't be big and
professional like gnu) for 386(486) AT clones. This has been brewing
since april, and is starting to get ready. I'd like any feedback on
things people like/dislike in minix, as my OS resembles it somewhat
(same physical layout of the file-system (due to practical reasons)
among other things).

I've currently ported bash(1.08) and gcc(1.40), and things seem to work.
This implies that I'll get something practical within a few months, and
I'd like to know what features most people would want. Any suggestions
are welcome, but I won't promise I'll implement them :-)

Linus (torv...@kruuna.helsinki.fi)

PS. Yes - it's free of any minix code, and it has a multi-threaded fs.
It is NOT protable (uses 386 task switching etc), and it probably never
will support anything other than AT-harddisks, as that's all I have :-(. 

严格来说，Linux 只是一个“操作系统内核”，并没有包含用户态的程序，而一般来说，一个完整的操作系统需要包含用户态的一些基础设施，比如供更上层应用程序使用的库函数，以及用于管理其他软件和硬件，但不必放进内核态的程序。目前说 Linux 操作系统，一般指的是基于 Linux 内核衍生的各大发行版。各种 Linux 发行版为 Linux 内核配置了一系列用户态程序，这样才能构成一个完整的操作系统。

与 Windows 内核（名字是 NT 内核）不同，Linux 内核并不直接提供图形界面，只提供了不同的视频模式，Linux 发行版的图形界面属于用户态程序，且是选配的，对于一个不需要图形界面的服务器，完全可以省下这一笔空间。与 Windows 不同，在 Linux 发行版中，Linux 内核和系统的其他组建完全都是由一个个软件包组成的，如果你不需要某个功能，完全可以将相应的软件包移除。也可以用其他功能类似的软件包替换某个软件包。系统具有高度可定制性。

Linux 是一种类 Unix 操作系统，API 符合 POSIX 标准。

还有一个更大的不同，就是 Linux 属于自由软件，和 Linux 内核一道组成发行版的程序绝大部分也是自由软件。自由软件的源代码不仅公开，还需要能够自由传播、修改、销售，只要你遵守许可证的条件。常见的许可证包括 GPL，这个许可证要求基于 GPL 软件的衍生作品如果发布，则也必须按照 GPL 发布，而 MIT，BSD，Apache 许可证协议则较为松散，不要求衍生作品同样按照自身许可证发布，只需要恰当署名即可。介于这两种许可之间的许可有 LGPL，MPL 等。Windows 版权则归微软所有，其源代码仅小范围知晓，即使旧版 Windows 源代码已经有所泄漏，由于无法取得授权，任何看到它的人也不能合法加以利用。

尽管 Linus 宣称 Linux 内核并不是一个 portable 的内核，显然，他是目前世界上最 portable 的内核。为什么会这样呢？这跟 Linux 是自由软件有很大关系。Linus 相信，他向别人提供代码，别人也将代码分享给他，就是一种很好的模式。正因为有这种宽松自由的许可，使得 Linux 可以被任意改造去适配不同的硬件，而不需要 Linus 自己一个人或者几个人去完成这件事。

历史的注记：微软在 21 世纪初将 Linux 称作“癌症”，认为 Linux 侵犯了知识产权，试图在客户中培育对 Linux 的恐慌，并以专利威胁起诉 Linux 开发者。然而十年后，微软表示“We love Linux”，可能是因为 Linux 在服务器市场占有率已经很高了。

历史的注记：Windows 有一个臭名昭著的“功能”————蓝屏死机。这是 NT 内核在遇到不可恢复的错误时产生的错误提示信息，由于蓝色色调本身较冷，以及早期 Windows 给人以不稳定的印象，这个界面因此变得声名狼藉。然而 Linux 内核并不会出现蓝屏，一方面是 Linux 在更大程度上允许内核“带病运行”（这不一定是好事），且 Linux 的内核错误信息只显示在非图形界面的终端上，如果用户处于图形界面，只能看到大写锁定键的灯光一直闪烁，看不到任何提示信息。最近 Linux 内核开发者试图在内核严重错误时绘制一个黑色界面，并展示一个二维码作为错误提示信息。

其他操作系统¶

• MacOS: 苹果专用，符合 POSIX 标准的 Unix 系统，老版本可在 Intel 机器安装（需要魔法），内核叫 Darwin，修改自 BSD 系内核，部分开源
• FreeBSD: 符合 POSIX 标准的类 Unix 系统，和 Linux 只是内核不同，FreeBSD 有完整的用户态程序，同时其采用更宽松的许可协议，而不是 Linux 的 GPLv2。
• DOS: 古老的操作系统，无图形界面，已不使用，微软近期开源了几个版本的 DOS。

移动操作系统¶

• Android: Google 开发的基于 Linux 内核的操作系统，Google 自己在上面开发了 AOSP 一套环境。
• iOS: 苹果公司的产品，2007 年随 iPhone 横空问世，基于 Darwin 内核开发，封闭性较强。