1 Linux 系统简介

目录

[1 linux简介](#1 linux简介)

[1.1 Linux系统介绍](#1.1 Linux系统介绍)

[1.2 Linux 组成结构](#1.2 Linux 组成结构)

[1.2.1 Uboot引导程序](#1.2.1 Uboot引导程序)

[1.2.2 Kernel内核](#1.2.2 Kernel内核)

[1.2.3 文件系统 (rootfs)](#1.2.3 文件系统 (rootfs))

[1.2.4 对比：单片机STM32系统的开发模式](#1.2.4 对比：单片机STM32系统的开发模式)

[1.3 Linux的主要特征](#1.3 Linux的主要特征)

[1.3.1 "一切皆文件"（Everything is a file）](#1.3.1 “一切皆文件”（Everything is a file）)

[1.3.2 开源免费、](#1.3.2 开源免费、)

[1.3.3 跨平台支持](#1.3.3 跨平台支持)

[1.3.4 可裁剪与可移植性](#1.3.4 可裁剪与可移植性)

[2 Linux与Windows的区别](#2 Linux与Windows的区别)

[2.1 文件的区别](#2.1 文件的区别)

[2.1.1 Windows文件管理](#2.1.1 Windows文件管理)

[2.1.2 Linux文件管理](#2.1.2 Linux文件管理)

[2.2 目录区别](#2.2 目录区别)

[2.2.1 Windows目录结构](#2.2.1 Windows目录结构)

[2.2.2 Linux目录结构](#2.2.2 Linux目录结构)

[2.2.3 Linux根目录下的文件夹](#2.2.3 Linux根目录下的文件夹)

[2.3 命令识别区别](#2.3 命令识别区别)

[2.3.1 Windows命令识别](#2.3.1 Windows命令识别)

[2.3.2 Linux命令识别](#2.3.2 Linux命令识别)

---

1 linux简介

1.1 Linux系统介绍

Linux 是一套免费、开源、类Unix操作系统，广泛应用于多用户、多任务、多线程和多CPU的环境。它兼容主流的Unix工具、应用程序及网络协议，具有高稳定性和良好的性能。Linux支持32位及64位硬件，适用于从个人电脑到工业控制系统等各种设备。

作为一个网络操作系统，Linux继承了Unix的核心设计思想，以TCP/IP和UDP协议为基础，特别适合用于网络环境下的高效管理和资源共享。尽管 Linux 内核本身是操作系统的核心，但"Linux"这一术语通常被用来指代整个操作系统环境，包括由 GNU 工程提供的各种工具和数据库，以及 Linux 内核本身。

值得注意的是，Linux 存在许多不同的版本或发行版，这些版本由不同的厂商或开发团队制作，但它们共享相同的 Linux 内核。各个版本在工具和软件包上有所不同，用户可以根据需求选择最合适的发行版。

1.2 Linux 组成结构

Linux操作系统由三大核心部分组成：Uboot引导程序 、Kernel内核 、和文件系统(rootfs)。每个部分在系统启动、运行及文件管理中扮演着重要角色，同时它们之间相互配合，共同完成操作系统的核心功能。

1.2.1 Uboot引导程序

Uboot是Linux系统的引导程序，它运行在操作系统启动的初期阶段，负责硬件的初始化与系统的启动。Uboot的功能是确保硬件准备就绪，并加载Linux内核到内存中，最后将控制权交给Linux内核。

• 主要功能：

  • 初始化硬件，如CPU、内存、外设等。

  • 加载内核镜像并传递必要的启动参数。

  • 提供一个基本的命令行接口，方便开发者进行系统调试和配置。

1.2.2 Kernel内核

Kernel内核是Linux操作系统的核心，负责管理硬件资源、调度任务、控制文件操作及提供应用程序与硬件交互的接口。内核为系统提供了高效、稳定的资源管理机制，并确保应用程序能够在多任务环境下并行执行。

• 内核功能：

  • 硬件抽象：通过设备驱动将硬件资源抽象成操作系统可管理的资源，应用程序无需直接操控硬件。

  • 任务调度：负责管理多个进程的执行，确保操作系统在多任务环境下稳定运行。

  • 内存管理：包括内存分配、回收、虚拟内存管理等，保证系统稳定性和性能。

  • 文件系统支持：内核提供对文件系统的管理，支持对磁盘上的数据进行创建、删除、读取和修改操作。

• 驱动程序：Linux内核中的驱动程序负责控制硬件设备（如网络卡、硬盘、显示器等），它们与硬件的交互通过内核进行，应用程序通过系统调用与内核进行通信，而不直接操作硬件。

• Shell与内核的关系：

  • Shell是内核之上的一个命令行解释器，充当了用户与操作系统之间的接口。它提供了一个命令行环境，允许用户直接输入命令并执行各种操作。Shell不仅支持基础的命令执行，还能运行脚本和批处理命令，帮助用户自动化常见操作。

  • Shell的功能：

    • 命令执行 ：用户输入的命令（如ls、mkdir等）通过Shell传递给内核，内核执行相应的操作并返回结果。

    • 脚本支持：Shell允许用户编写脚本，实现自动化任务，如系统配置、安装程序、测试等。

    • 交互式界面：提供一个直观的命令行界面，支持用户与系统进行交互。

1.2.3 文件系统 (rootfs)

文件系统是Linux系统中用于管理存储资源的重要组件。它为文件的存储和访问提供了统一的管理机制，使得系统能够高效、安全地存储和读取数据。

• 功能：

  • 文件管理：创建、删除、读取和写入文件。

  • 目录管理 ：组织文件，提供多层次的目录结构，如/home、/bin、/etc等。

  • 权限控制：确保文件和目录的访问安全，通过权限管理防止未授权的访问。

  • 支持多种文件系统格式：如ext4、XFS、Btrfs等，提供不同的性能和安全保障。

1.2.4 对比：单片机STM32系统的开发模式

在单片机STM32系统 的开发中，应用程序和硬件驱动代码是紧密结合的。开发者编写的应用程序通常直接操作硬件寄存器来控制硬件功能，如控制LED灯的亮灭、设置GPIO端口、配置串口通信等。

• 应用与驱动结合：

  • 单片机开发中，应用程序和驱动代码是紧密耦合的。例如，在控制一个LED时，应用程序可能会直接编写GPIO初始化代码和控制LED亮灭的逻辑。

  • 这种模式下，应用程序与硬件间的界限不明确，硬件操作通常是在应用程序代码中直接体现的。

• 硬件直接操作：

  • STM32等单片机应用程序直接通过硬件寄存器操作来进行硬件控制，代码需要为特定硬件配置，如GPIO_Init、UART_Init等。这使得开发过程简洁，但当硬件发生变化时，应用程序也需要修改。

与此相比，Linux系统的内核与驱动程序是完全分离的 。在Linux中，硬件的控制由内核中的驱动程序负责，应用程序并不直接访问硬件 。应用程序通过系统调用与内核进行交互，内核通过驱动程序与硬件通信。

• 内核与驱动分离：

  • Linux内核负责硬件抽象，驱动程序在内核中运行，应用程序通过系统调用与内核交互，而不直接控制硬件。

  • 这种设计使得应用程序的开发更加灵活，应用与硬件解耦，驱动程序和硬件的更改不需要修改应用程序代码。

重点：STM32硬件发生变化时，应用程序需修改；而Linux通过内核驱动抽象硬件，应用程序无需修改。

1.3Linux的主要特征

Linux作为一个开源操作系统，具有多个显著的特征，使其在多个领域中得到广泛应用。以下是Linux系统的主要特征：

1.3.1 "一切皆文件"（Everything is a file）

在Linux系统中，几乎所有的资源（无论是硬件设备、目录、文件、甚至进程等）都可以看作是文件。这一特性源自Unix系统，强调了文件操作的统一性和简洁性。无论是读取硬盘中的文件，还是控制硬件设备，Linux都通过统一的文件接口来实现。

• 文件操作方式：操作文件的基本方式包括：

  • 打开文件 ：使用系统调用（如 open()）打开文件。

  • 读写文件 ：通过 read()、write() 等系统调用进行文件的读取和写入。

  • 文件移位 ：可以使用 lseek() 调用调整文件指针位置。

  • 关闭文件 ：使用 close() 系统调用关闭文件描述符。

• 设备文件 ：在Linux中，硬件设备如磁盘、串口、网络接口等，都会被映射为文件，位于 /dev 目录下。例如，硬盘驱动器 sda 和串口设备 ttyS0 都是设备文件。通过文件的方式，应用程序能够以统一的接口操作硬件。

1.3.2 开源免费、

• 开源：Linux操作系统遵循GPL（GNU General Public License）开源协议，意味着任何人都可以查看、修改和分发Linux的源代码。由于这一开放性，开发者可以自由地对Linux进行定制和优化，满足不同的需求。

• 免费：Linux操作系统本身是免费的，用户可以无需支付许可费用就能使用、修改、甚至商用Linux系统。这一点与一些商业操作系统（如Windows、macOS）形成了鲜明对比。

• 社区驱动：Linux的开发是由全球开发者社区共同推动的。开源和免费的特性使得Linux系统得以快速发展和创新，得到了大量开发者的支持与贡献。

1.3.3 跨平台支持

Linux的另一个重要特征是其跨平台支持，即Linux能够运行在多种硬件平台上。这使得Linux成为一个非常灵活的操作系统，可以在从个人计算机、嵌入式设备、服务器到超级计算机等各种设备上运行。

• 支持范围广泛：

  • 桌面平台：Linux支持传统的x86、x86-64架构的PC和笔记本电脑。

  • 嵌入式平台：Linux还支持ARM、MIPS、PowerPC等嵌入式平台，广泛应用于手机、路由器、物联网设备等领域。

  • 服务器平台：Linux在数据中心中应用广泛，支持各种服务器架构，包括x86、SPARC、IBM Power系列等。

  • 移动平台：Linux是Android操作系统的核心，广泛应用于智能手机、平板电脑等设备。

• 平台兼容性：Linux内核的设计考虑到硬件的多样性，支持的硬件平台类型包括各种处理器架构（如Intel、AMD、ARM等）、外设以及文件系统等，使得Linux能够适配多种设备

1.3.4 可裁剪与可移植性

Linux的架构和设计使其具备了高度的可裁剪性 和可移植性，即用户或开发者可以根据实际需求定制和裁剪Linux系统，以适应不同的硬件平台或应用场景。

• 可裁剪性：Linux内核是模块化设计的，开发者可以选择性地加载和卸载内核模块。例如，开发者可以根据硬件平台的不同，只选择支持特定硬件的驱动程序和功能模块。这使得Linux能够在资源有限的设备（如嵌入式系统）上高效运行。

• 可移植性：由于Linux内核的代码结构清晰，且与硬件平台相对独立，Linux系统可以被移植到各种不同的硬件架构上。开发者只需根据目标平台的需求，进行必要的移植工作，而不需要大规模修改操作系统的核心代码。

• 搭积木的过程：Linux的组件和模块化结构就像搭积木一样，用户可以自由选择所需的功能模块并将其组合在一起，构建一个符合需求的定制系统。例如，在嵌入式设备中，开发者可能只需要最小化的文件系统和特定的驱动程序，而在桌面系统中，则需要更多的功能模块。

• 互不干扰：由于Linux采用了模块化设计，不同的功能模块和组件在运行时相互独立，这意味着裁剪或移除某一模块不会影响系统的其他部分。开发者可以自由定制Linux系统，去除不必要的功能，提高系统的性能和安全性。

2 Linux与Windows的区别

2.1文件的区别

2.1.1 Windows文件管理

在Windows操作系统中，文件类型的区分主要依赖于文件的扩展名 。文件扩展名是文件名的一部分，通常在"."之后跟着一串字符，例如 .exe、.txt、.jpg 等。Windows根据这些扩展名来识别文件类型，决定如何打开该文件。

• 常见的扩展名：

  • .exe：可执行文件（应用程序）

  • .txt：文本文件

  • .jpeg、.jpg：图片文件

  • .mp3：音频文件

  • .wmv：视频文件

  • .doc：文档文件

Windows通过扩展名来判断文件类型，并根据文件的扩展名来决定使用哪个程序打开该文件。如果文件没有扩展名或扩展名不明，Windows可能无法正确识别文件类型。

---

2.1.2 Linux文件管理

与Windows不同，Linux并不通过文件扩展名 来区分文件类型。Linux使用文件的创建方式 （文件的"模式"）来区分文件类型。Linux的文件系统基于文件的权限与属性来识别文件，而不是扩展名。

• Linux的文件类型有7种：

  1. 普通文件 (-)：这类文件是最常见的文件类型，如文本文件、图片、程序等。绝大多数文件都是普通文件。

  2. 块设备文件 (b)：代表块设备，如硬盘、U盘等，用于大规模的数据存储。

  3. 字符设备文件 (c)：代表字符设备，如串口设备、键盘、鼠标等，数据按字符流的方式进行处理。

  4. 目录文件 (d)：代表目录，目录文件包含其他文件。

  5. 符号链接文件 (l)：又叫软链接文件，它是指向另一个文件的引用或快捷方式。

  6. 套接字文件 (s)：用于进程间通信，通常用于网络通信。

  7. 管道文件 (p)：用于进程间的通信，特别是在管道和FIFO（先进先出队列）中使用。

在Linux中，通过命令 ls -l 来查看文件的详细信息，文件的第一列显示了文件的类型。例如：

除了文件的类型，Linux还通过颜色 来帮助用户快速区分文件的种类。不同的颜色代表不同类型的文件，具体的颜色显示通常由LS_COLORS变量控制。

• 白色：表示普通文件（没有特殊标记的常规文件）。

• 蓝色：表示目录文件。

• 绿色：表示可执行文件（例如程序、脚本等）。

• 红色 ：表示压缩文件（例如 .tar、.gz、.zip等压缩格式）。

• 灰色：表示其他类型的文件（如设备文件或特殊文件）。

2.2 目录区别

在Windows和Linux操作系统中，目录结构 和路径表示存在明显的差异。

2.2.1 Windows目录结构

在Windows操作系统 中，目录路径使用反斜杠（\）来表示目录层级。例如：

• 根目录 ：C:\

• 子目录 ：C:\Users\Documents\

在Windows中，文件和目录路径通常使用反斜杠（\）分隔，这代表目录的层级结构。

• 文件路径 ：C:\Program Files\example.exe

• 当前目录 ：Windows下的当前目录可以通过**.**来表示。例如，dir . 列出当前目录的文件。

---

2.2.2 Linux目录结构

在Linux操作系统 中，目录路径使用斜杠（/）来分隔目录层级。以下是Linux中常见的目录结构表示方法：

• 根目录（/）：

  • 在Linux中，根目录是系统文件的顶层目录，用来存放操作系统的核心文件和子目录。

  • 例如，/ 表示根目录，/home表示用户的家目录，/bin表示二进制执行文件。

• 当前目录（.）：

  • 在Linux中，.表示当前目录，它的作用与Windows中的.类似，用来表示当前所在的目录。

• 上一层目录（..）：

  • ..表示当前目录的上一层（父目录）。通过..可以访问当前目录的上一级目录。

  • 例如，cd ..会让你进入上一级目录。

2.2.3 Linux根目录下的文件夹

Linux的根目录 / 下包含多个子目录，每个目录都有特定的功能和用途。以下是根目录中常见的文件夹及其作用：

• /bin：

  • 存放系统必需的二进制执行文件 。这些文件通常是操作系统正常运行所必需的程序，如ls、cp、mv等常用命令都在该目录下。

  • 这些命令可用于系统修复和管理，无论系统是否处于多用户模式。

• /boot：

  • 存放与Linux系统启动相关的文件 。这些文件包括启动时使用的引导加载程序（如GRUB），以及内核映像文件（如vmlinuz）和初始内存盘（initrd）。

  • 系统启动时，会加载/boot中的文件来引导操作系统。

• /dev：

  • 存放与设备相关的文件 ，在Linux中，硬件设备（如硬盘、串口、打印机等）在/dev目录下有对应的设备文件。

  • 例如，/dev/sda表示第一个硬盘，/dev/ttyS0表示串口设备。

• /home：

  • 存放普通用户的文件。每个用户在系统中通常都有一个对应的子目录，目录名与用户名相同。用户的数据、配置文件等存储在这里。

  • 例如，用户 user1 的目录通常是 /home/user1，其中存放该用户的文档、图片、配置文件等。

• /mnt：

  • 存放挂载的文件系统。这是一个临时目录，系统管理员通常会在这里挂载外部设备（如U盘、网络共享目录等）。

  • 例如，共享文件夹通常挂载在 /mnt/hgfs 下。

• /root：

  • 存放**根用户（root）**的文件。这是超级用户（root）专用的家目录。

  • 注意：/root 目录与普通用户的/home目录不同，作为超级用户，操作/root目录时要小心，避免误操作导致系统问题。

• /lib：

  • 存放系统和应用程序运行时所需的共享库文件。这些文件对于操作系统和软件的正常运行至关重要。

  • 例如，/lib/x86_64-linux-gnu 存放着许多系统级的共享库文件。

• /etc：

  • 存放系统的配置文件。所有系统级配置文件，如网络配置、用户账户信息、软件配置文件等，都位于此目录下。

  • 例如，/etc/passwd 存储系统用户信息，/etc/network/interfaces 存储网络接口配置。

• /usr：

  • 存放与用户相关的应用程序和文件。它包含大多数非系统级程序和库文件。

  • 例如，/usr/bin 存放应用程序的二进制文件，/usr/share 存放共享文件和资源。

2.3 命令识别区别

在Windows 和Linux 操作系统中，命令识别存在显著的差异。尤其是在命令的大小写 敏感性、空格 的使用以及参数匹配上，Windows和Linux表现出不同的规则。

2.3.1 Windows命令识别

• 不区分大小写：

  • 在Windows操作系统中，命令和文件路径对大小写不敏感。这意味着，无论你输入命令或路径时使用大写字母还是小写字母，操作系统都会理解它们是相同的。

  • 示例：

    • dir 与 DIR 是相同的命令，都会列出当前目录中的文件。

    • C:\Windows 和 c:\windows 都指向同一个目录，Windows会忽略字母的大小写。

• 命令格式：

  • 在Windows中，命令参数与选项之间常常可以不严格要求空格，系统会根据需要自动处理。例如，输入 dir /w 和 dir/w 都能正确执行，并列出文件。

  • 示例：

    • dir /w 与 dir/w 都可以执行列出目录的命令。

---

2.3.2 Linux命令识别

• 严格区分大小写：

  • Linux操作系统对命令和文件路径是严格区分大小写的。这意味着，大小写不同的命令或路径会被视为不同的命令或文件。

  • 示例：

    • ls 和 LS 是两个不同的命令。ls 用于列出目录内容，而 LS 可能会提示"命令未找到"。

    • 文件名"file.txt"与"File.txt"被视为两个完全不同的文件。

• 命令和参数的空格要求：

  • 在Linux中，命令和参数之间的空格是非常重要的。如果你不正确地使用空格，Linux命令可能无法正确执行或会报错。

  • 示例：

    • ls -l（列出当前目录的详细信息）与 ls-l（可能会提示错误或不执行任何操作），因为没有空格，Linux会认为 -l 是一个不可识别的文件名。

    • 在命令中，每个参数和选项之间必须有空格，否则系统无法正确识别。例如，ls -l 正确，而 ls-l 错误。

• 参数匹配的严格性：

  • 在Linux中，命令参数也需要严格匹配。如果输入错误或拼写不正确，系统将不会执行命令，或者会返回一个"命令未找到"错误。

  • 示例：

    • ls -l 正确，显示详细目录列表。

    • ls -L 是错误的，因为 -L 选项并不是 ls 命令的有效选项。正确的是 -l，是小写字母L。