UNIX类操作系统的发展.pdf
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1、专题报道Cover FeaturesCommunications of CCF 2008/950UNIX类操作系统的发展韩乃平 刘文清引言1971年,UNIX诞生于美国电话电报公司(AT&T1)的贝尔实验室。它的名称来自于针对失败的多路信息与计算服务(Multiplexed Information and Computing System,Multics)1计划的戏谑。经过三十多年的发展和完善,UNIX已经成为一种主流的操作系统技术,基于此项技术的产品也形成了一个大家族。一直以来,UNIX技术始终处于国际操作系统领域的主流地位。它支持多用户和多任务,网络和数据库功能强,可靠性高,伸缩性突出,并
2、支持多种处理器架构,在巨型计算机、服务器和普通个人计算机等多种硬件平台上均可运行。U N I X的家族庞大,从贝尔实验室的UNIX V1,到伯克利的BSD2,再到DEC3的Ultrix4、惠普的HP-UX、IBM的AIX、硅谷图形公司(SGI5)的IRIX、诺威尔(Novell6)的UnixWare7、思高公司(SCO)的OpenServer、康柏公司(Compaq)的Tru64 UNIX8等,甚至苹果公司的MacOS X、教学用的Minix9和开源Linux等都可以从UNIX版本演化或技术属性上归入UNIX类操作系统。它们为UNIX的繁荣做出了巨大贡献。同时,UNIX复杂的版本演化导致系统间
3、相互不兼容,还带来了知识产权纷争。1993年,当诺威尔公司将UNIX商标和后来演变为“统一UNIX规范(Single UNIX Specification)”的规范转移给X/Open时,UNIX开始逐渐变成一个商标品牌和规范认证。任何UNIX厂商都可以申请认证,UNIX95、UNIX98或UNIX03会颁发给那些符合这些规范的产品,并成为这些产品上应用迁移难易程度的标志。1980年前后,美国电话电报公司启动的UNIX商业化计划,导致了第一次UNIX知识产权纷争10,也催生出将源代码视为商业机密的基于二进制机读代码的版权产业(Copyright Industry);同时,还催生出1America
4、n Telephone&Telegraph2Berkeley Software Distribution,伯克利软件套件。它是Unix的衍生系统,20世纪70年代由加州大学伯克利分校开创。3Digital Equipment Corporation,数字设备公司,美国的一家著名的计算机厂商,后被康柏并购。4DEC的Ultrix后更名为Digital Unix,1998年被Compaq收购并更名为Tru64 UNIX。5Silicon Graphics,Inc.,是全球高性能计算、可视化技术和复杂数据管理方案的领先供应商。6基础架构软件与服务的领先供应商71995年被SCO收购82002年被惠普
5、并购9名称取自英语Mini UNIX,是一个迷你版本的类Unix操作系统。101992年AT&T的USL起诉BSDi公司和加州大学伯克利分校侵犯其UNIX的知识产权Communications of CCF 2008/951GNU11计划12和Copyleft版权模式13以及“教学用UNIX”Minix;此外,也推动了FreeBSD14、Linux等开放源代码UNIX类操作系统的普及与发展。从诞生之初的开放代码方式,到各商业UNIX版本发展,再到近年以升阳公司(Sun)OpenSolaris项目为代表的开源模式,UNIX在开源与不开源的竞争中,在知识产权纷争的影响中不断前行。现在,UNIX、L
6、inux和Windows成为三大类主流操作系统。UNIX作为应用面最广、影响力最大的操作系统,一直是关键应用中的首选操作系统。从技术属性上看,Linux应当归属于类UNIX操作系统(UNIX-like),但Linux作为UNIX技术的继承者,已日渐成为UNIX后续发展的重要替代产品和有力竞争者。面对Linux的冲击,传统UNIX厂商,包括升阳、思高、IBM、惠普、SGI和康柏等在对立、支持或观望中做着不同的选择。而在高速发展的同时,Linux也面临着不同发行版本之间的不兼容以及Linux与GNU理念及其Hurd15内核之间潜在的冲突隐患2。此外,传统商业UNIX厂商还通过并购以及不停地发布功能
7、不断增强的UNIX新版本来完善自己。UNIX就是这样在与Linux、Windows的竞争中,在矛盾冲突中以及在自身不断发展中前行。目前,当我们研究UNIX类操作系统的发展问题时,UNIX已经不再是大学操作系统课程中的“示范标本”,也不再是“UNIX操作系统及运行于其上的一组用户程序、库函数、实用工具等共同组成”的概念。本文将通过研究UNIX类操作系统的发展历史,探讨技术、标准、发展模式及产业链支持等对UNIX发展所起的重要影响,并且通过研究UNIX类操作系统的现状,进一步讨论并展望其未来发展。为便于叙述和理解,本文将UNIX类操作系统主要成员分成两大类:商业版UNIX操作系统和类UNIX操作系
8、统。其中,商业版UNIX是指基于美国电话电报公司贝尔实验室的UNIX逐步演化发展而来的各UNIX版本。传统意义上,它们以商业发行为主,如Solaris、OpenServer、UnixWare、AIX、Tru64 UNIX、HP-UX、IRIX等。类UNIX是指那些与UNIX有渊源,但按法律和商业惯例不能佩戴UNIX标志的系统(比如BSD);或者那些虽与贝尔实验室的UNIX没有“血缘”关系,但技术属性上与UNIX类似或有关的系统,包括Minix和Linux等。UNIX家族的演化UNIX家族的演化大致可以分为三个阶段:初始研发阶段、商业推广阶段、成熟应用阶段。UNIX初始研发阶段20世纪70年代是
9、UNIX初始研发阶段。1969年,贝尔实验室研究人员肯汤姆森(Ken Thompson)在退出Multics项目时,准备将原本在Multics系统上开发的“太空旅行”游戏转移到DEC PDP-7上运行。在转移游戏程序运行环境的过程中,汤姆森和里奇(Ritchie)共同动手设计了一套包含文件系统、命令解释器以及一些实用程序的支持多任务的操作系统3。与Multics相对应,这个新操作系统被同事开玩笑取名UNICS(UNiplexed Information and Computing System),之后大家取谐音便叫成了UNIX4。1971年11月3日,UNIX第一版(UNIX V1)正式诞生。
10、1972年,UNIX发布了第二版,最大的改进是添加了后来成为UNIX标志特征之一的管11GNU本意代表“Gnus Not Unix”。其实是对Unix向上兼容的完整的自由软件系统。所谓“自由”即可以不经授权自由的使用、复制和修改。12又称“革奴计划”,由理查德斯托曼在1983年9月27日公开发起,它的目标是创建一套完全自由的操作系统。13理查德斯托曼为保护源代码开放的程序库不会再度受到商业性的封闭式利用,制定了一项GNU通用公共许可证条款,称为Copyleft版权模式。14 一种UNIX操作系统,是由经过BSD、386BSD和4.4BSD发展而来的Unix的一个重要分支。15 Hurd是GNU
11、计划中取代Unix的操作系统内核,是GNU操作系统的基石。专题报道Cover FeaturesCommunications of CCF 2008/952道功能。在开发UNIX V2的时候,里奇给B语言16加上了数据类型和结构的支持,推出了C语言。随后,汤姆森和里奇用C语言重写了UNIX。用C语言编写的UNIX V4代码简洁紧凑、易移植、易读、易修改,为此后UNIX的快速发展奠定了坚实基础。1979年,UNIX V7发布。这是历史上第一个完整意义上的UNIX版本,也是最后一个广泛发布的研究型UNIX版本。从前面的描述可以看出,初期的UNIX是自由发展的,依靠的也是美国电话电报公司工程师的“自觉
12、”努力,因而在这段期间UNIX的发展完全没有组织以及系统可言。初期的UNIX版本发布时附有完整的源代码,为大家研究和发展UNIX提供了基础。这种形式带来如下好处,一方面培养了大量懂得UNIX使用和编程的学生,使得UNIX更为普及;另一方面使得科研人员能够根据需要改进系统,或者将其移植到其它的硬件环境中去。UNIX历史上著名的BSD就是这样发展起来的。1974年,汤姆森和里奇在美国计算机通信上发表的关于UNIX的文章,引起了加州大学伯克利分校(University of California,Berkeley)鲍勃费布雷(Bob Febry)教授的极大兴趣。他决定将UNIX带到伯克利5。1975
13、年,UNIX V6到达伯克利。汤姆森也应邀回母校加州大学伯克利分校任客座教授,讲授的科目就是UNIX。同年,比尔乔伊(Bill Joy)大学毕业来到伯克利分校。当UNIX V6安装在学校的PDP-11/70机器上后,乔伊和他的同事便开始完善Pascal17的性能,编写ex编辑器以及csh命令解释器等。1977年初,乔伊制作了一卷包含新的Pascal编译器、ex等程序的磁带。这就是1BSD(1st Berkeley Software Distribution)。1983年,4.2BSD发布。它是UNIX历史上第一个包含TCP/IP18协议栈以及rcp19、rsh20、rlogin21和rwho2
14、2等网络工具的系统。从上述内容可以看出,早期的BSD并不完全是由伯克利分校开发的。它含有大量属于贝尔实验室的UNIX代码。早期的BSD也不是完整的操作系统,而是作为UNIX附件发行的。由于基于贝尔实验室的UNIX原始代码所发展的成果均属于美国电话电报公司,因此早期的BSD使用者应向美国电话电报公司支付授权金。但是,当时的美国电话电报公司对UNIX的态度并不明朗,也没有自己的UNIX开发计划。该公司既不作广告推销,又不提供技术支持和售后服务,对产品品质也不做任何保证,而且对教育及科研机构的政策也很宽松,只收取象征性的费用,还提供源码且不进行使用限制。正是这种自由的环境为UNIX的改进和发展提供了
15、有利条件。许多重要改进和发展,包括BSD的贡献,都是由一群来自各所大学的爱好者完成的。这些成果会反馈到贝尔实验室,最终集成到其UNIX的发行版中。在这一阶段中,尽管UNIX在教育、科研领域声誉日隆,但对计算机产业的影响仍然有限,原因在于它还只是一项非商业运作的技术。UNIX商业推广阶段UNIX商业化实质上意味着将产生各种独立的UNIX版本。1980年,美国电话电报公司发布了UNIX的可分发二进制版(Distribution Binary)许可16于1969年前后由美国贝尔实验室的计算机科学家肯汤普森在丹尼斯利奇的支持下设计出来的一种通用的程序设计语言,现已弃置不用。17PASCAL语言是一种结
16、构式程序设计语言。它是于70年代在ALGOL基础上研制出来的。它具有丰富的数据类型并提供了数据类型定义设施,其控制结构体现了结构程序设计原则。18Transfer Control Protocol,传输控制协议;Internet Protocol,网际协议。19remote file copy,远程文件复制。20remote shell,远程shell。21remote login,远程登陆。22显示网络中的每一个系统的当前注册用户。Communications of CCF 2008/953证,启动了将UNIX商业化的计划。1981年,美国电话电报公司基于UNIX V7开发了UNIX Sys
17、tem III 的第一个版本(1982年发布)。这是一个商业版本,仅供出售。1983年,美国电话电报公司成立了UNIX系统实验室(UNIX System Laboratories,USL),并综合其他大学和公司开发的各种UNIX,开发出UNIX System V Release 1(简称SVR1)。这个新的UNIX商业发布版本不再包含源代码。美国电话电报公司开始积极地保护UNIX的源代码。从发布System III开始,该公司的所有UNIX版本转由一个强调稳定的商业发行版本小组进行维护。差不多在20世纪80年代,UNIX慢慢开始被修改并安装到DEC公司的PDP和Interdata系列、IBM的
18、Series1系列以及VM/370等其它计算机平台上。许多公司也开始结合各自的硬件平台开发自己的UNIX。其中较有名的包括SunOS、Ultrix、SCO XENIX、HP-UX、AIX和IRIX等等。升阳是最早的工作站厂商,并一直在UNIX工作站领域发展,在UNIX技术方面做出过许多贡献。1982年,比尔乔伊离开加州大学伯克利分校,参与升阳公司的创立,并很快基于4.1BSD开发了SunOS1.0。1992年,升阳公司基于美国电话电报公司UNIX SVR4.2开发了Solaris2.0。Solaris主要是针对升阳的处理器SPARC23来开发的,目前也支持其它多种系统架构,包括x86、AMD6
19、4和EM64T。Solaris10是升阳目前发布的最新版,其新增加的虚拟计算(Container)、故障跟踪(DTrace)、预见式自修复以及第一个128位文件系统(ZFS24)等功能都具有很强的创新性。DEC曾是UNIX诞生的温床。初期的UNIX主要用于DEC的机器上。1984年DEC推出了自己的UNIXUltrix1.0,后来版本改名为Digital UNIX6。1998年康柏收购DEC的Digital UNIX,改名为Tru64 UNIX。Tru64 UNIX主要支持64位的Alpha25平台的服务器和工作站。HP-UX是惠普公司从UNIX SVR2发展而来。HP-UX 1.0最初发布于
20、1982年。1997年发布了HP-UX 11。2007年12月发布最新版本是HP-UX 11i v3,支持PA-8700和PA-8700+以及Intel Itanium 2处理器平台架构。IRIX是SGI公司的UNIX,也是一种基于UNIX System V的产品,最初发布于1987年。IRIX 6.5发布于1998年。IRIX主要支持SGI MIPS服务器和图形工作站。最新版是2006年8月发布的IRIX6.5.30。1980年,微软基于UNIX V7开发了运行在英特尔平台上UNIX操作系统XENIX。1982年思高公司成为微软的合作开发商,并于1983年开始发布SCO XENIX Syst
21、em V,用于英特尔8086、8088处理器系列的个人计算机。在此基础上,思高公司不断引入美国电话电报公司的技术,逐渐发展成为SCO OpenServer系列。AIX是IBM的UNIX,是根据UNIX SVR3.3发展而来的。AIX首次发布于1986年。目前最新的版本是2007年7月发布的AIX6,主要用于IBM RS/6000和其它使用IBM 64位Power/PowerPC系列处理器的系统。除了SCO XENIX是基于开放的x86硬件平台之外,其它的主流商业版UNIX系统基本上都是结合厂商自己的工作站、服务器等硬件设备研发的。其发行也是基于各自的硬件平台完成的。虽然UNIX呈现出商业推广的
22、繁荣发展,但是各版本间的分化和由此带来的互不兼容问题也比较严重。另外,UNIX商业推广开始与其早期的研发阶段“自由、宽松”的源代码授权发行方式产生冲突,知识产权之争在所难免。由于伯克利的4.2BSD功能强大,因而成为当时大部分UNIX厂商制作移植版本的首选。但前提是所有BSD用户必须事先得到美国电话电报公司的一份源代码许可。随着美国电话电报公司源代码许可费用逐渐增加,一23Scalable Processor ARChitecture,可扩充处理器架构。24Zettabyte File System。25一种处理器名称。专题报道Cover FeaturesCommunications of C
23、CF 2008/954些厂商开始想要用BSD代码来开拓仅以TCP/IP为基础的网络产品的个人计算机市场,因而他们要求加州大学伯克利分校把TCP/IP网络代码和实用工具分离出来,并在许可条款范围内提供给厂商。为此,1989年6月加州大学伯克利分校首次发行了可自由再分发的TCP/IP网络代码和支持工具,即Networking Release1。获得许可的人可以再次发行被修改的代码。不论是以源代码还是二进制的形式发行,伯克利的唯一要求就是在源文件中必须包含完整的版权声明,在产品的文档中指明包含来自伯克利和它贡献者的说明。“Networking Release 1”不是一个完整的系统,只是一个网络模块
24、。于是,伯克利分校的开发人员开始剔除BSD中那些来自美国电话电报公司UNIX的代码,到1991年6月“Networking Release 2”(即4.3BSD NET/2)发布时,美国电话电报公司的代码已经被替换得仅剩下6个核心文件没有重写。而新成立的BSDi公司7(Berkeley Software Design,Inc.)则把“Networking Release2”缺少的6个文件直接放进去,形成了一个相对完整的版本并以十分优惠的价格出售。为此,美国电话电报公司的UNIX系统实验室起诉BSDi公司侵犯了该实验室关于UNIX的知识产权。但BSDi声称自己用的是BSD免费发行的代码,只是那6
25、个文件也许有点问题。UNIX系统实验室还把加州大学也告上法庭,要求他们停止发布那些侵权的软件。加州大学则反诉UNIX系统实验室在UNIX SystemV使用了BSD代码而没有给与其足够的贡献署名。在诉讼进行期间,美国电话电报公司于1993年6月将UNIX系统实验室及UNIX相关版权、商标、授权合同等卖给了诺威尔公司。此项诉讼最终在1994年1月达成庭外和解,“Networking Release 2”的18000个文件中删除了3个文件,还有几个做了少量修改,另有70个加上UNIX系统实验室的版权声明后仍免费发放。随后,诺威尔公司将UNIX源代码、版权与商标、规范分开,并把UNIX商标和UNIX
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