第一章：UNIX操作系统简介

木林

学习目标
学完这一章，你能做到以下事情：
描述UNIX系统的基本组成和基本功能
1.1 什么是操作系统？
　

操作系统是一种特殊的用于控制计算机（硬件）的程序（软件）。
操作系统在资源使用者和资源之间充当中间人的角色。为众多的消耗者协调分配有限的系统资源。系统资源包括，CPU，内存，磁盘，和打印机。举个例子，一个用户（也可以是程序）将一个文件存盘，操作系统就会开始工作：管理磁盘空间的分配，将要保存的信息由内存写到磁盘等。
当用户要运行一个程序时，操作系统必须先将程序载入内存，当程序执行时，操作系统会让程序使用CPU。在一个分时系统中，通常会有多个程序在同一时刻试图使用CPU。
操作系统控制应用程序有序地使用CPU ，就好象一个交通警察在一个复杂的十字路口指挥交通。十字路口就象是CPU；每一条在路口交汇的支路好比一个程序，在同一时间，只有一条路的车可以通过这个路口，而交通警察的作用就是指挥让哪一条路的车通过路口，直到让所有路口的车辆都能通过路口。
2.        UNIX操作系统的历史

UNIX操作系统1969年在贝尔实验室诞生。Ken Thompson　在Ｒudd Canaday,
,Doug Mcllroy,Joe Ossana,and Dennis Ritchie,的协助下，写出一个小的分时系统，开始得到关注，在许诺为实验室的管理人员提供一个文档准备工具后， UNIX先驱们可以使用到一台更大的计算机，从而得以继续他们的开发工作。
在七十年代的中期，一些大学得到使用UNIX的许可，并很快在学院之间得到广泛流行，其主要的原因是：
·        小巧：最早的UNIX系统只占用512K字节的磁盘空间，其中系统内核使用16K，用户程序使用8K,文件使用64K。
·        灵活：源代码是可利用的，UNIX是用高级语言写成，提高了操作系统的可移植性。
·        便宜：大学能以一盘磁带的价格得到一个UNIX系统的使用许可。早期的UNIX系统提供了强大的性能，使其能在许多昂贵的计算机上运行。
以上优点在当时掩盖了系统的不足：
·        没有技术支持;AT&T在当时大部分的资源和都用在MUTICS上，没有兴趣
开发UNIX系统。
·        Bug的修补：由于没有技术支持，bug的修补也得不到保证。
·        很少的，或者根本没有说明文档,用户有问题经常只能是去看源代码。
当UNIX传播到位于California的Berkeley大学的时候，Berkeley大学的使用者们创建了自己的UNIX版本，在得到国防部得支持后，他们开发出了许多新的特性。但是，作为一个研究机构，Berkeley大学提供的版本和AT&T的版本一样，也没有技术支持。
当 AT&T意识到这种操作系统的潜力后就开始将UNIX商业化，为了加强产品性能，他们在AT&T的不同部门进行UNIX系统开发，并且开始在系统中结合Berkeley开发出的成果。

UNIX最终的成功可以归结为：
·        一个灵活的、包含多种工具的用户界面与操作环境。
·        模块化的系统设计可以很容易地加入新的工具。
·        支持多进程，多用户并发的能力。
·        Berkeley大学 的DARPA支持。

·        强大的系统互连的能力。
·        能在多种硬件平台上运行。
·        标准化的界面的定义促进应用的可移植性。
　
1.3 UNIX系统的特性
UNIX为用户提供了一个分时的系统以控制计算机的活动和资源，并且提供一个交互，灵活的操作界。UNIX被设计成为能够同时运行多进程，支持用户之间共享数据。同时，UNIX支持模块化结构，当你安装UNIX操作系统时，你只需要安装你工作需要的部分，例如：UNIX支持许多编程开发工具，但是如果你并不从事开发工作，你只需要安装最少的编译器。用户界面同样支持模块化原则，互不相关的命令能够通过管道相连接用于执行非常复杂的操作。
运行中的系统
内核是运行中的系统，它负责管理系统资源和存取硬件设备。内核中包含有它检测到的每个硬件的驱动模块，这些模块提供了支持程序用来存取ＣＰＵ、内存、磁盘、终端、网络的功能。当安装了一种新的硬件，新的模块会被加入到内核之中。
　
运行环境
工具和应用程序
UNIX的模块化设计在这里表现得非常明显，UNIX系统命令的原则就是每条命令做好一件事情，组合一系列命令就组成工具箱，选择合适的命令就可以完成你的工作，恰当地组合这些工具能够帮你完成复杂的任务。
从开始，UNIX“工具箱”就包括了一些可以同系统进行交互的基本命令，UNIX系统也提供了以下几种工具：
电子邮件(mail,mailx)
文字编辑(ed,ex,vi)
文本处理(sort,grep,wc,awk,sed)
文本格式化(nroff)
程序开发(cc,make,lint,lex)
源程序版本管理(SCCS,RCS)
系统间通讯(uucp)
进程和用户帐号（ps ,du,acctcom）
因为UNIX系统的用户环境被设计为一种交互的，可编程的，模块化的结构，新的工具能很容易地开发，并且添加到用户工具箱之中，而哪些不是必须的工具能够被省略，这种省略不会影响系统的操作。
　举个例子，一个程序员和一个打字员同时在使用UNIX系统，他们会使用许多普通命令，虽然他们的工作性质不相同。他们会用一些与他们的工作相关的工具。程序员使用的工具会包括程序开发和程序管理的工具，而打字员会使用字处理，文档管理的工具。有趣的是：程序员用来修订程序的工具同时也被打字员用来文档的修订。因此，他们的系统看上去十分相似，但是，每一个用户选择模块都与他或她的应用要求密切相关。
UNIX系统的流行很大程度可以归结与：
·        UNIX系统的完整性与灵活性使其能适应许多的应用环境。
·        众多的集成的工具提高了用户的工作效率。
·        能够移植到不同的硬件平台。

SHELL
Shell 是一个交互的命令解释器。命令是在SHELL提示符下键入，shell会遵照执行键入的命令。用户通过shell与计算机交互。shell从键盘获得用户键入的命令，然后将命令翻译为内核能够理解的格式。然后系统就会执行这个命令。
你会注意到shell与内核是分离的两部分。如果你不喜欢当前shell提供的特性，你能很容易地用另一种shell代替当前的shell。
一些shell是命令行方式，一些提供菜单界面。UNIX系统支持的普通的shell都包括一个命令解释器和一个可编程的接口。

有四个最通用的shell，分别是：
·        Bourne shell --- 由AT&T提供的最原始的shell，由贝尔实验室的Stephen Bourne开
???????? 发。可提供命令的解释，支持可编程接口,提供诸如变量定义，变量替代， ???????? 变量与文件测试，分支执行与循环执行等功能。
·        C Shell (/usr/bin/csh)----C Shell是在California　Berkeley大学的Bill Joy开发，一般???????? 存 在于BSD系统中，于是被称为California　shell,简写名称为C Shell。 ???????? 它被认为是Bourne Shell的一个改进版本。因为它提供拉交互的特征例如 ???????? 命令堆栈（－允许简单地调用和编辑以前输入的命令，）别名（提供对已 ???????? 有命令取个人的别名）
·        Korn Shell(/usr/bin/ksh)---- 贝尔实验室最新的开发成果，由David Korn开发成功。它
???????? 被认为是是一种增强型的Bourne Shell，因为它提供对简单可编程 ??????????? 的Bourne Shell界面的支持，同时提供C Shell 的简便交互的特征。它的???????? 代码也被优化来提供一种更快，更高效的shell。
POSIX　Shell: ???POSIX是一种命令解释器和命令编程语言，这种shell同Korn Shell在许多方 ??????????面都很相似，它提供历史机制，支持工作控制，还提供许多其他有用的特性
表1－1 shell 特征的比较
　 　

1.4 UNIX的其他特征
层次化的文件系统
存储在磁盘上的信息称为文件。每一个文件都分配有一个名字，用户通过这个名字来访问文件，文件的内容通常是数据，文本，程序等等，UNIX系统通常有几百个文件存在，于是另外一种容器：目录被用来让用户在一个逻辑上的分组里管理它的文件。在UNIX系统中，目录被用来存储文件和其它的目录。
文件系统的结构非常复杂，如果用户的工作部门改变，用户的文件和目录能很容易移动，改名，或组织到新的或不同的目录中，这些操作只需使用一些简单的UNIX系统的命令即可完成。文件系统就象一个电子排列柜，它能让用户分割，组织他们的信息到适合自己环境与应用的目录中去。
多任务
在UNIX系统中，能有几个不同的任务在同一时刻执行。　一个用户在一个终端可以执行几个程序，看上去好象是同时在运行。这意味着一个用户可以编辑一个文本文件时格式化另一个文件，同时打印另一个文件
实际上，CPU在同一时刻只能执行一个任务，但是UNIX系统能够将CPU的执行分成时间片，通过调度，使在同一时间内执行，对用户看来，就好象在同时执行不同的程序一样。
多用户
多用户就是允许多个用户在同一时刻登录和使用系统。多个终端和键盘能连接在同一台计算机上。这是多任务功能的一种自然延伸。如果系统能够同时运行多个程序，一些程序也能够支持多个用户线索。另外，一个单个用户能够通过多个终端在不同的时刻登录同一个系统。　这种体系结构的一个很大的好处是：工作组的成员能同时操作相同的数据。