Linux 已經有些年頭了。到 2012 年，Linux 已經 21 周歲了，它是一個支持多種使用模型的成熟操作系統。很難將 Linux 僅當成一個操作系統，它更像是個變色龍。它靈活的模塊化內核可支持多種使用模型（從最大的超級計算機到最小的嵌入式設備），因此很難將它劃分為具體的某一類，只能是當成一項使能技術。事實上，Linux 是一個平臺。它是創建新產品的一項關鍵技術。其中有些產品才剛剛出現不久。

我們快速瀏覽一下 Linux 的基本架構及一些基本原則。然后，看看 Linux 如何將這些原則應用于多種使用模型，以及為什么它是一個平臺，而不僅僅是一個操作系統。

Linux 是什么？

從表面上看，Linux 是一個操作系統。如 圖 1 所示，Linux 包含一個內核（管理硬件和軟件資源的核心代碼）和一組用戶應用程序（例如庫、窗口管理器和應用程序）。

圖 1. Linux 表面

 

這個簡單的圖表顯示了一些容易被忽視的重要原則。Linux 棧的底部是一組依賴于架構的代碼，它能讓 Linux 在多種硬件平臺（ARM、PowerPC、Tilera TILE 等）上運行。當然，這一項功能是由 GNU 工具鏈所賦予的，它能實現 Linux 可移植性。

在可移植性 方面，Linux 是它自身的類。驅動程序子系統（功能多樣）支持動態加載模塊，而不會對性能產生任何影響，它支持模塊化（除了更加動態 的平臺外）。Linux 還包含內核級安全性（多種方案），可支持安全的 平臺。在外部文件系統方面，Linux 可最大限度支持所有操作系統的文件系統，例如，通過設計模塊化提供靈活性。Linux 不僅實現了標準調度特性，而且實現了實時 調度（包括對中斷延遲的保證）。

最后，Linux 是開放式的，這意味著幾乎任何人都能查看或改進其源代碼。這種開放性也將產生漏洞的可能性降到最低，從而形成一個更加安全的 平臺。許多公司都對 Linux 作出貢獻，使它能不斷支持各種使用模型，同時保持其核心屬性。

這七項重要原則不是 Linux 的全部原則，但這些讓 Linux 成為了支持多種使用模型的通用平臺。而且，Linux 在這些使用模型中是一致的，這不僅體現在設計原則，還有內核本身。而其他操作系統則不是這樣（例如 Windows®臺式版、服務器版，或嵌入式，以及 Mac OS X 或 Apple iOS），它們將產品拆分以支持其他使用模型。

Linux 在哪？

也許回答哪里有 Linux 比回答哪里沒有 Linux 要難。Linux 其變形和擴展能力在所有計算領域都能找到（甚至一些還未完全定義的領域）。本節將探索一些主要的計算領域，包括桌面/筆記本、服務器、集群、大型機、超級計算機、掌上電腦/平板電腦、嵌入式、虛擬化和試驗機（見 圖 2）。

圖 2. Linux 屬性和支持領域
 

桌面和筆記本

在桌面和筆記本領域，很多用戶使用 Linux，這也是 Linux 競爭最激烈的領域。最新的市場占有率調查數據顯示，Linux 占有 1.5% 的臺式電腦市場，32% 的筆記本市場。這個數字可能有點低，但在開發人員中，我看到使用 Linux 多于其他操作系統。

Linux 一開始是一個簡單的實驗性的操作系統，于 1994 年推出 XFree86，這是一個窗口管理器，標志著一個新的桌面操作系統的產生。目前，Linux 上有幾種窗口管理器可用（既是賜福又是禍害），讓用戶能夠根據需要進行定制。而且，Linux 能根據處理器功能自動擴展（如多核和對稱多線程），從而高效安排進程并兼顧性能。

服務器

在服務器市場（包括 Web 服務器、郵件服務器、Domain Name System 服務器及其他后端設備），Linux 占主導地位。最近的調查發現，60% 的服務器使用 Linux。除了傳統的 Web 服務，Linux 還支撐了一些最大的 Internet 產業（Facebook、eBay、Twitter、Amazon 等），并滿足不同的使用模型和需求。除了傳統的選擇之外（例如 Web 或郵件），Linux 還提供了大量的 Web 服務（以及這些服務的多種選項）。

集群和分布式計算

Linux 不僅是集群和分布式計算模型中的重要組成部分，它還對很多新使用模型核心起著驅動作用。目前快速發展的兩個重要模型是云計算和大數據。

云計算就是將 IT 作為服務交付，它依賴于共享資源集群，可以根據給定應用程序的需要進行調整。云也依賴于虛擬化以支持大規模基礎架構中節點的自動管理。在云環境中，66% 使用 Linux 作為主要平臺。

Linux 也在推動自身成為數據科學的平臺。Internet 會擴展可收集到的數據量，在處理這些數據的過程中會產生新問題以識別有價值的模式。現在所謂的大數據 是在 Linux 上開發的，可以用可擴展方式操作數據，這超越了以前傳統方法。Hadoop 及其生態環境就是 Linux 開放性的成果，有眾多的開發人員精通此平臺。

大型機

1991 年，一位著名的編輯預測大型機將在 1996 年就被取代。20 多年過去了，大型機仍然在生產和出售中，并且很多都運行 Linux。IBM 從 2000 年開始在大型機上支持 Linux（例如流行的 IBM® System z®）并提供各個環境下相同的用戶體驗。Michael Vizard 最近的一篇文章指出約 25% 的新大型機負載依賴于 Linux。

超級計算機

超級計算機領域一直是標榜速度最快的軍備競賽，從 Oak Ridge 國家實驗室的 Jaguar 超級計算機（2009 年）到中國的 Tianhe-I（2010 年），再到當前領先者日本 RIKEN Kei 計算機（2011 年）。在 2012 年，IBM 將推出 Sequoia 超級計算機，預計性能超過 RIKEN 一倍。這些超級計算機的共同之處就是都運行 Linux。Linux 不僅高效，而且還適用于各種硬件平臺，有助于提高性能。這一點也不奇怪，有 90% 的超級計算機都運行 Linux。

移動設備和平板電腦

在更有限的消費設備領域，移動設備和平板電腦展現出強勁的增長勢頭。這些設備一般都配有 Linux 內核和用戶界面圖形 (GUI)。該領域的一個重要案例就是 Google Android 操作系統，它可用于智能手機和平板電腦中。今天，超過 25% 的智能手機運行某一版本的 Linux （主要是 Android），大約 40% 的平板電腦運行 Android。

這些設備依賴于基于 ARM 的處理器（系統在芯片上），實現高性能、低能耗。無論底層平臺是什么，它們都是 Linux 設備，而不是內核和應用程序的交叉。

Microsoft® 最近確認，Windows on ARM (WOA) 平板電腦只支持針對該平臺開發的應用程序（換句話說，無法在平板電腦上運行老的應用程序）。相比之下， Linux 支持高度可移植的應用程序，而不是受限制的、封閉式的應用程序生態系統。

嵌入式設備

最后是嵌入式設備，它有著各種限制（處理器性能、資源如內存等）。Linux 是大多數設備的理想選擇，因為它能向下調整并可以使用市面上大多數嵌入式處理器。這樣的靈活性使得 Linux 廣泛用于電視、車載娛樂、導航系統及多種其他設備中。

Linux 具有高度可定制特性，并以低能耗為重心。為了確保低能耗，Less Watts 啟動了一個追蹤 Linux 內核版本的能源消耗項目。該項目主要關注 Intel 平臺，但對其他處理器也有用。

Linux 是一個相當標準的嵌入式設備平臺，能決定設備的成功或失敗（以支持快速啟動和開發）。最近出現了一個很有趣的設備，稱為 Raspberry Pi，它是基于 ARM 的信用卡大小的計算機，運行 Linux 并被用作教授編程的教學設備。該設備預計售價在 35 美元，但尚未零售。

虛擬化平臺

Linux 推動創新的最有趣領域之一就是虛擬化。Linux 是各種虛擬化方法的操作系統來源，無論是平臺或半虛擬化 (para-virtualization)、操作系統虛擬化，或是更模糊的概念如合作虛擬化。Linux 作為一個操作系統，能將自身轉換成管理程序（例如內核虛擬機 [KVM]）并托管很多研究管理程序。為了提高虛擬化的效率，Linux 實現了 Kernel SamePage Merging 技術以便能高效去除重復內存頁。

Linux 還推動虛擬化技術更進一步，稱為嵌套虛擬化。嵌套，顧名思意，可以讓管理程序托管客戶管理程序，它反過來又托管一組客戶虛擬機。雖然乍一看此用例有點奇怪，但嵌套虛擬化將改變云計算并擴展可托管的應用程序類型。目前，Linux KVM 支持嵌套虛擬化。

實驗平臺

最后也是相當重要的是，Linux 本身的基礎，它是一個實驗平臺，通過它來探索許多新想法。在 1991 年 UNIX® 推出 20 年以后，Linux 作為一個玩具式操作系統出現。今天，Linux 已經在文件系統研究、集群計算、云和虛擬化改進中作為實驗平臺，拓展了單一操作系統內核的極限，可應用到許多使用模型中。Linux 作為平臺，可以通過同時使用 Linux 和大量開源部件來加快實驗。這些成果中包含大量使用 Linux 構建的相關技術，其中包括 HP webOS、Google Chrome OS 和 Android。

Linux 引入的一個有趣變化是，增加了與底層硬件平臺的無關性。Linux 能夠展現相同的用戶體驗，而不管底層硬件架構是什么。因此無論云使用的是 AMD x86 服務器還是低能耗的基于 ARM 的產品，在 Linux 上運行的應用程序都可以從物理架構中抽象出來。這種抽象化可讓用戶在根據需求的平臺上做決定，而不是被綁定到通用但又過時和低效的架構中。Linux 就等于選擇。

Linux 還是自包含的集成開發環境 (IDE)。除了托管世界級的編譯器工具鏈 (GNC Compiler Collection)，它還托管很多工具，如調試器、編輯器、版本控制系統、文件工具，以及 Shell 和解釋器，以幫助自動完成開發任務。Linux 的這些功能使它成為理想的軟件開發和軟件研究環境。

Linux 多樣性

支持此處定義的各種使用模型只是 Linux 的一個附帶選項。Linux 發行版可滿足桌面和服務器市場，而專門的發行版專注于嵌入式（例如 uClinux，如果您的嵌入式設備缺乏內存管理單元）。任何人都可以取得 Linux 內核并將用戶應用程序打包，用于特定的使用模型，并利用 Linux 的各種優勢（網絡協議和文件系統、可配置和動態內核和標準應用程序編程接口）。這就是快速發展的智能手機平臺運行 Linux 的原因（可定制 UI 實現個性化）。

更進一步

如果將 Linux 比作橋，那么它將是一個現代工程奇跡。其分布式開發模型給現狀帶來挑戰，其結果是產生了最靈活的軟件成品，擴展了從微型嵌入式設備到大規模的超級計算機的使用模型。Linux 影響了整個產業，并引領導了有關集群計算、文件系統、云和虛擬化方面的前沿研究。無論計算環境如何發展，Linux 總是緊密相隨。