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Linux内核

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Linux
Tux
Linux kernel 3.0.0 booting
开发者林納斯·托瓦茲(Linus Torvalds)和几千名合作者
编程语言C, assembly
作業系統家族类Unix系统（Unix-like）
首次发布1991
当前版本
  • 6.15（2025年5月25日；穩定版本）[1]
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最新預覽Kernel: 6.15-rc6[2]（2025年5月11日，​24天前​（2025-05-11））[±]
支持的语言English
内核类别Monolithic
许可证GNU通用公共许可证 version 2 (only)[3][4] plus various closed source binary blobs[5][6]
官方網站www.kernel.org
仓库
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Linux内核（英語：Linux kernel），使用於类Unix操作系统，Linux家族的操作系统内核，以C语言写成，符合POSIX标准，採用GNU通用公共许可证釋出，是目前最受欢迎的自由电脑操作系统内核[來源請求]。Linux最早是由芬兰黑客林納斯·托瓦茲（Linus B. Torvalds）为尝试在英特尔x86架构上提供自由免费的类Unix操作系统而开发的。该计划开始于1991年，林納斯·托瓦茲当时在Usenet新闻组comp.os.minix登载帖子[7]，这份著名的帖子標示着Linux计划的正式开始。

在计划的早期有一些Minix黑客提供了协助，而今天全球无数程序员正在为该计划无偿提供帮助。

技术上说Linux是一个内核。“内核”指的是一个提供硬件抽象层、磁盘及文件系统控制、多任务等功能的系统软件。一个内核不是一套完整的操作系统。一套基于Linux内核的完整操作系统叫作Linux操作系统，或是GNU/Linux。

Linux内核是在GNU通用公共许可证第2版（GPLv2许可）之下发布的[4] （加上一些固件与各种非免费许可证),和在世界各地的贡献者开发。日常开发在Linux内核邮件列表上的讨论（英文）。

历史发展

法律層面

专利权

原先托瓦茲将Linux置于一个禁止任何商业行为的条例之下，但之后改用GNU通用公共许可证第二版。该协议允许任何人对软件进行修改或发行，包括商业行为，只要其遵守该协议，所有基于Linux的软件也必须以该协议的形式发表，并提供源代码。

托瓦茲曾经公开声称将Linux置于GNU通用公共许可证之下是他一生中所做的“最好的决定”。

韌體爭議

許可證爭議的一個重點是Linux使用韌體二進位包以支援某些硬體裝置。理察·馬修·斯托曼認為這些東西讓Linux某部份成為非自由軟體，甚至以此散佈Linux更會破壞GPL，因為GPL需要完全可獲取的原始碼[8]。

GPL第三版

目前Linux使用的版本為GPL 2，而目前存在一些爭議，討論如何讓Linux較容易地轉成使用後繼版本的GPL，例如第三版（無論是否真的會這樣做）[9]。Torvalds本人認為他自己寫在版本2.4.0的程式碼僅使用版本2的GPL[10]。然而GPL這個詞並沒有明述到底它指的是哪個版本，任何版本都有可能，而Alan Cox指出很多Linux套件有特別指出它們使用哪種版本的GPL[11]。

載入式核心模組許可證

另一個爭論點，就是載入式核心模組（LKM, Loadable Kernel Module）是否算是智慧財產權下的衍生創作，意即LKM是否也受GPL約束？托瓦茲本人相信LKM僅用一部分「公開」的核心介面，因此不算衍生創作，因此允許一些僅有二進位包裹的驅動程式或不以GPL宣告的驅動程式用於核心。但也不是每個人都如此同意，且托瓦茲也同意很多LKM的確是純粹的衍生創作，也寫下「基本上，核心模組是衍生創作」這樣的句子。另一方面托瓦茲也說過：

有時候一些驅動程式原先並非為 Linux 設計，而是為其他作業系統而作（意即並非為 Linux 作的衍生創作），這是個灰色地帶……這「的確」是個灰色地帶，而我個人相信一些模組可視為非 Linux 衍生創作，是針對 Linux 設計，也因此不會遵守 Linux 訂下的行為準則。[12]

特別像繪圖卡驅動程式就有非常大的爭議，也許到最後得由立法機關給個答案。

SCO爭議

更多信息：SCO訴IBM

在2003年3月，SCO Group (SCO)對IBM提告，聲稱IBM將一些在SCO智慧財產權許可證保護下的Unix原始碼植入Linux中，破壞了SCO給予IBM的原始碼使用許可權。另外SCO也發出一大堆存證函給許多公司，警告他們在沒有SCO許可權的情況下使用了Linux，此舉可能導致侵犯智慧財產權，並且以起訴為手段對個別使用者施壓。SCO也同時對Novell、戴姆勒克萊斯勒（DaimlerChrysler）（在2004年7月被部份駁回）以及AutoZone提出告訴，且被Red Hat與其他反對SCO論點的公司反告。

技术特性

架构

参见：vmlinux
Linux内核地图, and wall poster
Linux内核的简化矩阵图示,and wall poster

Linux是一个宏内核（monolithic kernel）系统。设备驱动程序可以完全访问硬件。Linux内的设备驱动程序可以方便地以模块化（modularize）的形式设置，并在系统运行期间可直接装载或卸载。

塔能鮑姆-林納斯辯論

主条目：塔能鮑姆-林納斯辯論

Linux不是微内核（microkernel）架构的事实曾经引起了林納斯·托瓦茲与安德鲁·斯图尔特·塔能鲍姆（‎ Andy Tanenbaum）之间一场著名的争论。1992年在Usenet討論群組comp.os.minix,[13] ，開始的一場網路論戰，討論的主題在於作業系統架構的選擇。稍後一些著名的駭客也加入討論，如大衛·米勒、西奧多·周。這場辯論影響了Linux核心的設計走向。 塔能鲍姆（Tanenbaum）認為Linux核心採用的整塊性核心已經過時了，應該採取比較先進的微內核架構，引起了林納斯的反擊。在2006年5月9日，这个主题被重新审视[14] , 并且在2006年5月12日Tanenbaum写了一份立场声明。[15]

抢占式调度系统

可移植性

iPodLinux 啟動 Linux
Galaxy Nexus, Android智能手机电话(smartphone)

尽管林納斯·托瓦茲的初衷不是使Linux成为一个可移植的操作系统，今天的Linux却是全球被最广泛移植的操作系统内核。從行動電話到超級電腦，甚至於有人成功的將Linux内核在索尼出品的遊戲機PS2及PS3和微軟出品的遊戲機Xbox上使用。Linux也是IBM超级计算机Blue Gene的操作系统。直至2011年11月，全球前五百大超級電腦(TOP500)有高達91.4%的比例採用Linux為它們的作業系統[16]。TOP500中最快的超級電腦京[17]正是採用Linux的。一些为手机开发的操作系统，使用Linux内核的修改后的版本，其中包括谷歌Android，惠普WebOS和诺基亚Maemo。[18][19][20]

Linux目前可以在以下架构上运行：

内核错误

内核错误(Kernel panic)
主条目：Kernel panic

在Linux中，内核错误(Kernel panic)是指操作系统在监测到内核系统内部无法恢复的错误，相对与在用户空间代码类似的错误。操作系统试图读写无效或不允许的内存地址是导致内核错误的一个常见原因。内核错误也有可能在遇到硬件错误或操作系统BUG时发生。在许同情况中，操作系统可以在内存访问违例发生时继续运行。然而，系统处于不稳定状态时，操作系统通常会停止工作以避免造成破坏安全和数据损坏的风险，并提供错误的诊断信息。


内核oops
主条目：Linux kernel oops

在Linux上，oops即Linux内核的行为不正确，并产生了一份相关的错误日志。许多类型的oops会导致内核错误，即令系统立即停止工作，但部分oops也允许继续操作，作为与稳定性的妥协。这个概念只代表一个简单的错误。

当内核检测到问题时，它会打印一个oops信息然后杀死全部相关进程。oops信息可以帮助Linux内核工程师调试，检测oops出现的条件，并修复导致oops的程序错误。

Linux官方内核文档中提到的oops信息被放在内核源代码Documentation/oops-tracing.txt中[23]。通常klogd是用来将oops信息从内核缓存中提取出来的，然而，在某些系统上，例如最近的Debian发行版中，rsyslogd代替了klogd，因此，缺少klogd进程并不能说明log文件中缺少oops信息的原因。

若系统遇到了oops，一些内部资源可能不再可用。即使系统看起来工作正常，非预期的副作用可能导致活动进程被终止。内核oops常常导致内核错误，若系统试图使用被禁用的资源。

Kernelloops提到了一种用于收集和提交oops到 http://www.kerneloops.org/ 的软件[24] 。Kerneloops.org同时也提供oops的统计信息[25]。

編寫語言

Linux是用C語言中的GCC版（這種C語言有對標準C進行擴展）寫的，還有幾個用組合語言(用的是GCC的"AT&T 風格")寫的目標構架短段。 因為要支持擴展的C語言，GCC在很長的時間里是唯一一个能正确编译Linux的编译器。在2004年，Intel主张通过修改内核，以便它的编译器能正确编译内核。[26]在2009年，有通过修改内核2.6.22版而成功编译的报告(並帶來平均8-9%效能增長)。[27][28] 有許多其他的語言用在一些方面上，主要集中在內核構建過程中(這裡指從源代碼創建可啟動鏡像)。包括Perl,Python,和多種腳本語言。有一些驅動可能是用C++,Fortran,或其他語言寫的，但是這樣是強烈不建議的。 Linux的官方構建系統僅僅支持GCC作為其內核和驅動的編譯器。

重新开发的估价

按照传统商业软件开发的方式，重新开发Linux 2.6.0内核的估计代价将是 $6.12 亿美元(€4.67 亿欧元, £3.94 亿英镑), 以2004年的COCOMO 人月估计模型.[29] 在2006, 欧盟资助的一项研究表明，重新开发Linux 2.6.8以后的内核，代价是 €8.82 亿欧元 ($11.4 亿美元, £7.44 亿英镑).[30]

截至2011年1月4日，使用当前的代码行（LOC）和大卫·惠勒的计算工资数，这将花费约30亿美元（约22亿欧元），才能够重新开发的Linux内核。[31]

特性历史

  • 1991年9月:0.01(10,239字串)
  • 1994年3月14日:1.0.0(176,250字串)。[32]此版本的Linux内核只支持单处理器基于i386的计算机系统。可移植性成为一个问题，所以1.2版（1995年3月7日发布）(310,950字串)[33], 获得多种计算机架构使用基于Alpha，SPARC，MIPS架构处理器的支持。
  • 1996年6月9日:2.0.0
  • 1999年1月25日:2.2.0(1,800,847字串)
  • 2001年1月4日:2.4.0(3,377,902字串)
  • 2003年12月17日:2.6.0(5,929,913字串)
  • 2009年6月9日:2.6.30(11,637,173字串)
  • 2009年12月3日:2.6.32(12,606,910字串[34])
  • 2011年7月22日:3.0。 Torvalds的宣布，大的变化是，“没有，绝对没有。”。[35] 在2011年5月30日，Torvalds的宣布，“让我们确保我们真正的下一个版本不只是一个全新的闪亮的数字，而是有一个好的内核。” 在预计6-7周后的发展过程中，它会被接近在Linux的20周年发布。[35]
  • 2012年7月21日:3.5.0

安全

计算机安全是一个非常公众化的主题，关系到Linux内核，因为大量在内核中的错误可能成为潜在的安全漏洞，是否允许提升权限漏洞或拒绝服务攻击源漏洞。[36]在过去的几年中，许多这样的缺陷被发现，并在Linux内核中被修补好。新的安全功能被继续实现，以解决在Linux内核中的电脑不安全问题。[37][38]

批评人士指责掩盖安全缺陷或至少不公布他们的内核开发者。作为回应，2008 年，Torvalds 回答，"我个人认为安全 bug，只是 '正常的 bug'。我不把它们掩盖起来，但我还没有任何理由认为这是一个好主意，来跟踪它们和宣布它们为一些特别的东西...我不理会整个安全马戏团的原因之一是，我认为它美化了因而鼓励了错误的行为。这使得安全人员变成“英雄”，仿佛修补正常的错误的人并不重要。事实上，事实上，所有无聊的正常bug的修补是更重要的，因为有很多的bug。我不认为相对于由于恶劣加锁操作引起的随机崩溃，一些安全漏洞被得荣耀或得到任何'特殊'关心。"[39][40]

开發

時間線

來源: kernel.org[41]

本图表：

开发模式

更新日志

3.5

CoDel 队列管理算法
seccomp filters
沙盒机制
Android 风格的 自动休眠和唤醒锁机制
用户空间探测子系统 uprobes
TCP 连接修复
减少重复确认加快转发的 TCP Early Retransmit
连续性内存分配器
kcmp () 系统调用
ext4文件系统加入元数据校验和
改进 Btrfs

3.6

客户端TCP Fast Open实现

3.7

改进开源图形卡驱动程序，包括：Nvidia, Intel and Radeon.
通过 Xen hypervisor 实现对 ARM Cortex-A15 的硬件虚拟化支持
继续改进 BTRFS 文件系统
TCP Fast open

3.8

CPU热插拔支持；
改进ACPI电源管理；
改善XFS文件系统；
支持64位ARMv8/AArch64；
放弃支持旧的i386处理器，减少内耗复杂度；
Video 4 Linux 2驱动支持 DMA-BUF；
在某些工作负荷下减少物理内存占用；
支持微软Windows 8多重触摸协议；
音频驱动改进；
加密性能改进；
支持下一代IBM POWER8处理器（2013年发布）

維護

內核 當前版本 維護者 支援
2.0 2.0.40[42] David Weinehall 由於2.2.0發佈,目前已不支援
2.2 2.2.27-rc2[43] Marc-Christian Petersen (前維護者Alan Cox)
2.4 2.4.37.9[44] Willy Tarreau (前維護者Marcelo Tosatti)
2.6.16 2.6.16.62[45] Adrian Bunk
2.6.27 2.6.27.45[46] Greg Kroah-Hartman[47] "長期"穩定版本,由2008年10月9日至2010年7/9月[48]
2.6.32 2.6.32.10[49] Greg Kroah-Hartman[50] "長期"穩定版本,由2009年9月3日至2011/2012年[51]
2.6.35 2.6.35.10[52] Andi Kleen 長期支持 穩定版。 從 2010 到 20?? (將會是最後的 '長期支持 穩定版)
2.6.x 2.6.39 林納斯·托瓦茲 2.6 核心系列最後穩定版
3.0 3.0.57 林納斯·托瓦茲
3.2 3.2.35 林納斯·托瓦茲
3.4 3.4.24 林納斯·托瓦茲
3.5 3.5.7（EOL） 林納斯·托瓦茲
3.6 3.6.11 林納斯·托瓦茲
3.7 3.7.1 林納斯·托瓦茲 當前版本
3.8 3.8-RC1 林納斯·托瓦茲 测试中
linux-next next-* 最新的測試版本

其它Linux核心程序的維護者還包括:

版本命名

Linux内核有三个不同的命名方案。

早期版本：

  • 第一个版本的内核是0.01。其次是0.02,0.03,0.10,0.11,0.12（第一GPL版本),0.95,0.96,0.97,0.98,0.99及1.0。[53]

从0.95版有许多的补丁发布於主要版本版本之间。

旧计划（1.0和2.6版之间)，版本的格式為A.B.C，其中A,B,C代表：

  • A大幅度转变的内核。这是很少发生变化，只有当发生重大变化的代码和核心发生才会发生。在历史上曾改变两次的内核：1994年的1.0及1996年的2.0。
  • B是指一些重大修改的内核。
    • 内核使用了传统的奇数次要版本号码的软件号码系统(用偶数的次要版本号码来表示稳定版本)。
  • C是指轻微修订的内核。这个数字当有安全补丁,bug修复,新的功能或驱动程序,内核便会有变化。

自2.6.0(2003年12月)发布後,人们认识到，更短的发布周期将是有益的。自那时起，版本的格式為A.B.C.D，其中A,B,C,D代表：

  • A和B是无关緊要的
  • C是内核的版本
  • D是安全补丁

自3.0(2011年7月)发布后，版本的格式為3.A.B，其中A,B代表：

  • A是内核的版本
  • B是安全补丁

参见

参考文献

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  53. ^ Linux Kernel Archives - Volume 1 (Riley Williams)

外部連結

維基教科書中的相關電子教程：Linux kernel
维基共享资源中相关的多媒体资源：Linux内核

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