Linux是什麼？從網站開發到物聯網無所不在的OS作業系統介紹。

在先前的文章中，我們詳細了介紹GPL的發展史以及GNU計劃(自由軟體集體協作計畫)，僅管現在GPL的無條件開放規則以及病毒性的擴散感染，仍然對軟體開發及商用發展上有著非凡的影響，但自由軟體的推廣運動，其實也默默的在軟體時代下，擔任了推波助瀾的重要角色。

 

而當中最重要的里程碑，就是在1991年，一名芬蘭大學生Linus Torvalds，就藉由GNU計劃的協助下，發展出了著名的Linux，一個讓大眾可以自由參與、集體協作的OS。當然他也就是現在我們還是時常會看到新聞的大神Linus，同時他也是在兩週內創造出Git版本管理程式的原型的作者。

 

 

但一切的回逤，都必須先從"OS"是什麼開始談起，從電子元件發明到記憶體、硬碟、記憶體甚至是CPU。爲了有效控制這些硬體，這絕對不是一個簡單的工作。就如同開車一樣，插入鑰匙啟動接上電路(start)，行車前確認各部件是否正常運作(initialize)，如果有問題可以選擇發出警訊(warning)，或是安全裝置保護讓車發不起來(Throw Exception and hanging)，一切正常才可以正常開始行駛。如果今天範圍涉及更大，比方說台北的公車網。除了公車本身需要做這些檢查外，還有各人員的安排調度，以及道路交通設施等等，越來越複雜。

 

早期的硬體控制比較單純，比方說做個計時器時鐘之類的，不太需要與其他元件溝通。但是如果今天同時間有時間功能與鬧鐘功能，就又多了一段發出聲音的功能整合，加上個蜂鳴器之類的。這時候如果又進階變成了播放音樂功能，就又要考慮到更多的工程問題，每一次整合都越來越費功，更不用說需要同時發出聲音與播放影像等。

 

不過好在人類的歷史裡面，碰到這樣的事情就是訂規矩。只要大家都照著規矩來，整合就很輕鬆。所以很多人就嘗試的把常用的功能整合起來後，拉出了一些規矩出來，説以後大家寫程式都要照著這規矩來，不然無法在我整合的"系統"裡面"運行"。而所謂的OS就是Operating(運行) System(系統)的縮寫，一般中文稱“作業系統”。當然，隨便一個路人都可以定規矩(做出自己的作業系統)，只是如果沒有益處，沒人會遵守(沒人在上面寫程式)。

 

因此，作業系統是一個很容易發生壟斷現象的程式類型。像是早期的Dos或是漸漸變弱但曾今不可一世的Windows，到現在Google的Android系統，都是因為作業系統本身提供在當時相對完整的功能與開發生態系，當系統完備，願意開發的人就多，開發的人多，用戶就多。用戶多就帶來相對應的經濟活動，開發者與系統製作者(或公司)就會更有意願。

 

而在大多數的作業系統中，有一個相當重要的角色稱做「核心(Kernel，或稱內核)」，他所提供的就是所有最基本的功能，比方說鍵盤輸入、螢幕輸出，記憶體管理，同時間多工運行。當然也包含更多一般我們沒注意到卻相當重要的硬體元件的管理(沒注意到多半都是因為他並不直接接觸使用者)。內核所以叫“內”“核”，就是因為它就像是一個內部的核心，跟心臟與其他身體器官的組合一樣。提供了你活動運行的最基本功能，你的心臟並不能幫你打籃球，但是沒有心臟應該沒有人可以打籃球。

 

 

那這又跟Linux有什麼關係呢？Linux就是所謂的作業系統之一，雖然一開始他看起來像是路人般的角色(業餘的)，不過隨著演進，他靠著社群逐漸的壯大，從網站伺服器一直到嵌入式機器與工業用等級電腦。可以說除了你手上的那台Windows筆電以外，你所上的網站、路邊所看的廣告牆、幾乎都是Linux系統了。當然微軟也有相對應的產品，比方說網站用的IIS與嵌入式機器的Windows CE，但從最近微軟開始開發基於Linux核心的Windows系統，就知道這場戰爭最後的結果為何。

延伸閱讀：微軟(Microsoft)裁撤Windows部門？基於Linux系統的物聯網＋AI的時代將到來？

 

甚至在2009，賈伯斯為了提高蘋果電腦 Macbook的競爭力與微軟競爭，拋棄了IBM PowerPC的CPU架構，改使用當時近乎壟斷家用市場的Intel X86晶片(Wiki)。並且並在更早之前就拋棄原本的OS系統，改用同樣基於Unix相似Linux的BSD作業系統(Wiki)改出現在的MacOS。這影響一直到現在，大多數的開發者之所以使用MacOS的原因之一，就是因為MacOS與Linux的設定幾乎如出一徹，大多數的程式在MacOS上開發後，如果要移到Linux系統上面，通常都不太需要改設定。如果使用Windows的話，多半都還需要再多裝幾個跨平台程式，有點類似在Windows上跑一個小型的Linux(只有必要的函式庫)再去執行程式。效能與開發流暢度上差異滿大的，而且相對容易出現未知的系統層級錯誤。

 

下圖為Unix 家族與時間軸，可以注意BSD / GNU / Linux / MacOS 這幾個我們有提到的作業系統

 

而現在最多人使用包含Linux內核的系統則是Android系統(比較新，所以上圖沒有)。在前面提到Linux系統有包含內核，所以與其相對應的所謂的外層，我們一般稱之為Application layer(應用層)，也就是一般開發者開發的應用程式(Application 簡稱APP)所安裝的地方。Android系統是一個在核心層取用Linux內核(Linux Kernel)但是應用層大改的一個作業系統。之所以大改就是為了符合手機滑動的使用習慣，跟傳統使用滑鼠所需要的UI介面不一樣。(Wiki)

 

 

那回到標題，Linux是怎麼誕生的呢?

 

 

早期的電腦並非像現代如此普及，不僅只有軍方和一些重要單位才有之外，運作速度也是一個很大的問題，但最讓人印象深刻的是，大家還記得模仿遊戲中的場景吧！早期的電腦因為沒有I/O介面，所以工程師只能藉由讀卡紙打洞來，並插入讀卡機讓電腦運作，而輸出也只能有像是列表機的方式做輸出，沒有螢幕，也沒有鍵盤，這是多惱人的一件事情阿。而在鍵盤跟螢幕誕生之後，由於主機當相昂貴(每個單位可能只有一台)，所以大家都只能各自排隊使用電腦，而且電腦一次只能做一件事情，效率和現在也是有非常大的落差，如果你前面的人作業上耗時很久，那你也只能乖乖等待。

 

 

於是乎，爲了讓大型主機可以提供更多的資源，來達到同步多工的效果，許多單位和人材都投入了核心的開發，於是在70年代，利用C語言為基底的Unix誕生了，也歸功在C語言上，讓Unix具備了高移植性，只要你有程式碼，你就可以依照自己的主機硬體，把Unix移植到自己的主機上。但發行Unix在幾年後就讓Unix不再開源原始碼，但這樣許多教授程式語言的學校就無法對Unix進行教學和推廣，於是inix這個Unix Like的核心程式也接續誕生，除具備了Unix的相容性外，想要參考原始碼的人可以透過購買的方式來取得。但由於需販售且只有少部份人維護的狀況下，進步實在相當有限。接著在80年代，我們熟悉的GNU組織誕生了，最主要的目的是建立一個自由開放的Unix作業系統。

 

但是Unix的架構實在太龐大，所以他反而逆向操作，將Unix現有的小程式進行開發，做出一樣功能卻開源的其他小程式，來讓GNU計劃逐漸廣為人知，但因為每個小程式也不見得可以在不同的硬體上執行，所以GNU計劃發起人 Stallman就一並把原始碼釋出，讓大家可以依照自己的需求做修改，這個舉動就造就了後來的自由軟體運動。這樣的好處是一但你的程式有問題，還有免費的熱心夥伴幫你Debug呢。

 

 

 

而後在在1988年間，Linus Torvalds就讀赫爾辛基大學電腦科學系期間，因為學校只有一台最新的Unix系統，所以等待使用Unix的時間相當耗時，於是讓Torvalds興起想要自己做一套Unix的想法，於是他買了一台Intel 386電腦，並且買了Minix 原始碼磁帶(因為Unix已經不開放原始碼了...)，開始了他的開發之旅。

 

一開始只是想要嘗試做硬體效能以及CPU多工上的嘗試，但最後卻越改越多，也因此完成了Linux第一版。但這當然不是他一個人的功勞，在開發過程中，他參考了許多GNU計劃裡提供的像是bash工作環境軟體以及gcc編譯器等自由軟體，爲使386電腦可多工化及效能最佳化，他也參考了許多上述GNU計劃裡的小程式，但這些畢竟都是他一個人的產物，也深怕會有甚麼Bug以及可以優化的建議，於是，他選擇把程式放在一個名為Linux的FTP上公開，並且歡迎大家下載，修改這個核新程式，因此Linux就此誕生。

 

但一開始Torvalds只是抱持著嘗試的心態去執行這個專案，卻因為GNU的幫助來讓Linux順利完成，但一開始並不是這麼順利，因為他發現很多Unix上的程式並不支援Linux，於是他亦步亦趨的修正Linux，也透過開源及自由軟體的力量讓Linux更為完善，也因為Linux是自由軟體，所以每一個人都可以依據自己的需求來進行修正，來擴充他的支援性及可移植性，而Linux的企鵝標誌，也表示著"世界共有"的意涵(因為企鵝在南極，南極是全世界共有的土地)

 

如今Linux現在除了家用電腦外，行動裝置甚至物聯網(IoT)裝置上，都可以看到Linux的蹤影，例如上圖硬體裝置 Prototype 製作神器Rasberry Pi 預設就是使用Linux系統。這也必須多歸功GNU的功勞，而當然他也是GPL的代表作品。從一個大學生的求知慾，到一個曠世鉅作的誕生，這中間的一番波折，的確也是時勢使然，但保持旺盛的求知慾，卻是不分年代，也許在嘗試的開發過程中，也是下一個鉅作誕生的關鍵要素!

 

 

 

延伸閱讀：
Linux發行版(Distribution)與Linux核心(Kernel)是什麼？淺談Linux發行版之間的關係

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