一个重大的纪念日就快到了。UNIX® 就要 40 岁了!大多数人知道 UNIX 诞生的历史,但是不了解 UNIX 为什么会诞生?是因为它的创建者希望在另一种平台上玩计算机游戏吗?在一篇著名的 Byte Magazine 文章提出 “UNIX 死亡了吗” 之后,UNIX 为什么继续兴旺了 15 年?AIX®(惟一一种多年来市场份额持续增加的 UNIX 风格)在 UNIX 的发展过程中有哪些贡献,以及 UNIX 领域当前的趋势是什么?这些只是本文要讨论的一部分主题。

Ken Milberg, 作家/网站专家, Future Tech

Ken Milberg 是 PMP,同时也是 techtarget.com 的撰稿人/站点专家,他还为 searchopensource.com 提供 Linux 技术信息和支持。Ken 是 IBM Systems Magazine,Open Edition 的撰稿人和技术编辑。Ken 拥有 University of Maryland University College 的计算机与信息科学学士学位和技术管理科学硕士学位。他是 Long Island POWER-AIX 用户组的创始人和负责人。这些年以来,他在各种规模的企业工作过,并且担任过各种职位,包括 CIO 和高级 AIX 工程师。他现在在 Future Tech 工作,这是一家总部设在长岛的 IBM 业务合作伙伴。Ken 不仅是已通过 PMI 认证的项目管理专业人员(PMP),还是通过 IBM 认证的高级技术专家(CATE,IBM System p5 2006)。



2010 年 1 月 04 日

UNIX 的历史

UNIX 起源于 20 世纪 60 年代晚期。Ken Thompson 于 1966 年加入贝尔实验室的计算机研究部门,他最初从事 Multics 项目,这个雄心勃勃的项目力求创建下一代可移植操作系统,但是最终失败了。Dennis Ritchie 于 1968 年加入贝尔实验室,最初也是从事 Multics。这个项目由贝尔实验室、MIT 和 GE 共同参与,目标是开发一种新的计算机操作系统。经过 Dennis Ritchie 和 Ken Thompson 的努力,在 1969 年开发出了 UNIX。Ken Thompson 在 GE-645 大型机上开发了一个名为 Space Travel 的游戏。但是,这个游戏在 GE 机器上运行得太慢了,所以 Thompson 在 Dennis Ritchie 的帮助下针对 DEC 的 PDP-7 重写了它。这个移植过程促使 Ken 为 PDP-7 开发一个新的操作系统。这包括一个文件系统和新的多任务操作系统本身。还包括一个命令行解释器和一些小的实用程序。

这个项目最初命名为 Unics,它最终可以同时支持两个用户,得到了贝尔实验室提供的一些经济支持。1970 年,UNIX 成为这种操作系统的正式名称。它在 PDP-11/20 上运行,还包含 roff(一个文本格式化程序)和一个文本编辑器。1973 年,用 C 语言重写了它,这使它具有可移植性,改变了这种操作系统的历史。

为什么要创建 UNIX?尽管移植游戏是直接动机,但是还有另外两个因素。程序员需要共享同一台机器上的资源,还需要多任务功能。这些革新家认识到操作系统需要提供可移植性、多任务和多用户功能。


UNIX 发展和兴旺的过程

在 70 年代,UNIX 经过许多次改进,逐渐流行起来。1977 年,Interactive Systems 提供了第一个商业版本。在此期间,加州大学伯克利分校也在改进 UNIX。他们发布了自己的发行版 —— BSD 版本,其中包含 C shell。AT&T 版本在 1978 年发展到了 release 7,其中包含 Bourne shell。1983 年,安装 AT&T System V 的用户数达到了 45,000。差不多同时,加州大学伯克利分校发布了 Berkeley released 4.2BSD,它包含 TCP/IP 功能。竞争由此开始了 —— System V 对决 BSD。

1986 年,NFS 出现了。AIX 也在此时首次发布了。安装 UNIX 的用户数达到了 250,000。1989 年,为了巩固市场领先地位,AT&T 与伯克利版本的主要推动者 Sun Microsystems 签定了一份合约。这催生出了 System V, release IV。这个版本实际上统一了 System V、BSD 和 Xenix。到此时,安装 UNIX 的用户数超过了一百万。

在 1993 年年初,AT&T 把它的权利出售给 Novell,Novell 当时正在寻找一种有望标准化的操作系统。但是,Novell 没有很好地利用这个机会,几年后他们通过 SUSE 进入 Linux® 领域时认识到了这一点。最终,SCO 收购了 Novell 的 UNIX 系统业务,UNIX 系统源代码和技术由 SCO 继续开发。因为 SCO 没有通过这次收购赚到很多钱,几年后他们起诉了 Linux 发行商,试图通过法律手段获得收入,他们声称 Linux 盗窃了 UNIX 的源代码。IBM 也卷入了这次诉讼,因为 IBM 支持 Linux 发行商。最终,SCO 败诉了。

目前,有三个厂商在 UNIX 领域占据优势:HP (HP-UX)、Sun (Solaris) 和 IBM® (AIX)。大多数 UNIX 用户实际上不太关心 BSD 还是 System V 命令等次要因素,而是更关心 RAS(可靠性、可用性和可伸缩性)因素、性能、虚拟化和硬件集成。由于在这些方面比较出色,IBM 近几年在 UNIX 领域很成功。

SunOS/Solaris

SunOS version 1.0 于 1983 年发布,它支持 Sun-1 和 Sun-2 系统。SunOS Version 2.0 于 1985 年发布,它提供虚拟文件系统(Virtual File System,VFS) 和 NFS。1987 年,AT&T 和 Sun 宣布他们将合作把 System V 和 BSD 合并为一个基于 System V release 4 的版本。SunOS 最初是在 1983 年基于 BSD 版本开发的。1993 年,它改名为 Solaris(从 version 5 开始),基于 AT&T System V release IV。Sparc Solaris 7 的第一个 64 位版本增加了文件系统元数据日志记录支持。2002 年引入的 Solaris 9 增加了对 Solaris Volume Manager 和 Linux 功能的支持。最重要的版本是 2005 年引入的 Solaris 10,它包含许多新特性,比如支持新的 ZFS 文件系统、Solaris 容器和逻辑域。

HP-UX

HP 的 UNIX (HP-UX) 的第一版于 1984 年发布。它最初基于 System V release 3,只能在 RISC - PA-RISC HP 9000 平台上运行。Version 9 引入了基于字符的图形用户界面 (GUI) SAM,让用户可以管理系统而不需要使用命令行。Version 10 于 1995 年引入,它修改了系统文件和目录结构的布局,在许多方面与 AT&T SVR4 更相似了。Version 11 于 1997 年引入,这是第一个支持 64 位寻址的版本。2000 年发布了 11i,它引入了操作环境,也就是用于特定 IT 用途的分层的应用程序组。2001 年,Version 11.20 引入了对 Itanium 系统的支持。有意思的是,HP-UX 是第一种使用 Access Control Lists (ACL) 管理文件权限的 UNIX。它还首先引入了对 Logical Volume Manager 的内置支持。

UNIX 为什么会兴旺起来?

许多人还记得 1990 年的 Byte Magazine 文章提出 “UNIX 死亡了吗” 这个置疑?当时,Windows NT® 即将发布,让人觉得 UNIX 前景不妙了。但是 20 年后,大多数 IT 主管都不愿意在 Windows 服务器上运行重要的应用程序。是什么让 UNIX 生存了下来?

  • 硬件支持和集成。与 Linux 和 Windows 等其他操作系统不同,UNIX 通常是随厂商硬件打包提供的,操作系统已经针对特定的硬件平台优化过,所以提供更好的性能和可靠性。
  • 操作系统支持。对于 UNIX 操作系统,所有补丁和更新包都由特定 UNIX 品牌的生产商处理。用户不需要在网上搜索解决问题所需的补丁。在许多情况下,电话支持人员会指导用户获取补丁,甚至一步步带领用户安装。厂商提供 24x7 的操作系统支持。当机器崩溃(甚至所有机器都崩溃)时,总有寻求帮助的办法。
  • 客户舒适度。如果您喜欢与高水平的公司打交道,他们能够帮助您解决所有问题,那么 UNIX 就是最佳选择。所有厂商都对硬件和操作系统提供标准的 24x7 服务合约。因为厂商支持硬件和操作系统,如果有什么东西出了问题,总是有人能够解决问题。
  • 安全性。UNIX 是目前最安全的操作系统之一。
  • 可移植性。UNIX 可以在许多不同的平台上运行。尽管转移到不同风格的 UNIX 上比较麻烦,但是这主要取决于硬件生产商决定如何修改他们的 UNIX 风格,与 UNIX 本身关系不大。
  • 可靠性。UNIX 是极其成熟的系统,不像 Windows 等其他商业操作系统那样脆弱。尽管 Linux 越来越成熟了,但是 UNIX 的历史比它长差不多 20 年。
  • 硬件。UNIX 系统可以在非常高端的强大硬件上运行,比如 IBM 的 Power® 平台。性能比其他任何平台都出色。

International Data Corporation (IDC) 2009 年 2 月的报告指出:

  • UNIX 市场出现了强劲增长,一个季度的收入增长为 30.4%(37.41 到 48.77 亿美元),安装数量增长为 8.3%(114,845 到 124,346)。
  • 在上个季度,UNIX 是收入最高的操作系统,把 Windows 挤到了第二位。另外,在前端处理器 RISC 系统上,出现了 32.7% 的收入增长和 15.3% 的安装数量增长。

2009 年 4 月的报告更明确。这份关于 UNIX 市场的 IDC 研究报告指出,UNIX 在 2008 年的收入为 690 亿美元,预计到 2013 年会达到 740 亿美元。同一份 IDC 报告还预测从 2008 年到 2013 年与 Linux 相关的软件收入将从 120 亿美元增长到 350 亿美元。另外,根据 IDC 的统计,UNIX 在去年第四季度占据了服务器市场总收入的 36%。

毫无疑问,UNIX 市场非常兴旺。那么 AIX 呢?

图 1 显示 AIX 在过去几年的收入增长。2008 年底的 IDC 报告指出,IBM 在去年销售了价值 64 亿美元的 UNIX 服务器,占据 37.2% 的市场份额;Sun 的销售额为 48 亿美元,占据 28.1% 的份额。处于第三位是 Hewlett-Packard,销售额为 46 亿美元,占据 26.5% 的份额。这种趋势从 2005 年开始一直很稳定。Gartner 和 IDC 都认为 IBM 是 UNIX 市场中的领先者。

图 1. AIX 和 Power 系统市场形势
市场形势

AIX 的历史

AIX (Advanced Interactive eXecutive) 是 IBM 自行开发的 UNIX 操作系统。AIX 于 1986 年首次引入。IBM 在 1989 年把 AIX 移植到 RS/6000® 平台上。AIX Version 3 与第一批 RS/6000 机型同时发布。这些系统的整数计算性能比其他所有机器都出色,还把浮点计算性能提高了 10 倍。

Version 4 于 1994 年引入,它为第一批 RS/6000 SMP 服务器添加了对称多处理 (SMP) 支持。这个操作系统一直发展到 1999 年 AIX 4.3.3 引入了工作负载管理 (WLM)。2001 年 5 月,IBM 发布了 AIX 5L,L 代表 “Linux affinity”;同时发布了 POWER4™ 服务器,它们提供服务器逻辑分区功能。IBM 围绕这个组合创建了第一个中档系统管理程序。这些进步让 IBM 取得了挑战 HP 和 SUN 所需的突破。在短短几年内,IBM 占据了市场优势地位。2002 年 10 月,IBM 发布了动态逻辑分区 (DLPAR) 和 AIX 5.2。2004 年 8 月发布的 AIX 5.3 提供许多新特性:虚拟化、安全性、可靠性、系统管理。更重要的是,AIX 5.3 完全支持 POWER 体系结构的 Advanced Power Virtualization (APV) 功能;这包括微分区、虚拟 I/O 服务器和对称多线程 (SMT)。

IBM 于 2007 年 11 月发布了 AIX 6.1。这个版本的主要改进包括与 Solaris 容器相似的工作负载分区 (WPAR) 和 Solaris 中没有的 Live Application Mobility,允许在不停止应用程序的情况下转移分区。AIX 是第一个引入日志型文件系统 (JFS) 的操作系统,这可以避免在重新引导时对磁盘执行文件系统检查 (fsck),从而加快引导速度。AIX 还有内置的 Logical Volume Manager (LVM)(早在 1990 年就引入了),它帮助对磁盘组进行分区和管理。另一个重要的创新是共享库,它可以避免应用程序静态地链接使用的库。因此使用的二进制代码更少,运行所需的硬件 RAM 更少,安装所需的磁盘空间也更少。

AIX 是第一个符合 The Open Group 制定的 UNIX03 标准的 64 位 UNIX 操作系统,也是第一个支持 UNIX 1998 标准的操作系统。从 1997 年开始,AIX 还支持 TCP/IP V6,并于 2006 年获得了 “Ready for IPv6” 认证。

图 2 显示 AIX 的发展经历。

图 2. AIX 的发展
发展

Power 系统和 AIX —— 2010 年无可置疑的 UNIX 市场领先者

2006 年 1 月 AIX 庆祝了它的 20 周年纪念日,它在 UNIX 领域的前景非常光明。IBM 的 AIX 是惟一一种多年来市场份额持续增加的 UNIX 风格,IBM 还会继续占据 UNIX 服务器市场的主要份额。目前,UNIX 市场的增长主要来源于 IBM。AIX 已经受益于 POWER 平台提供的许多硬件创新,而且以后会有更多改进。它还受益于虚拟化引擎 PowerVM™。

AIX 的优势:性能、创新、虚拟化、可用性和连贯的发展路线

最近一次关于操作系统可靠性的调查向 27 个国家的用户发出问卷,调查表明 IBM 的 AIX 在停机时间方面领先于所有服务器操作系统 —— 每年只有大约 30 分钟的停机时间。这主要得益于 AIX 接近连续的可用性特性。

在 90 年代早期,有五种不同的 RISC 体系结构,竞争非常激烈。IBM 与 Apple 和 Motorola 合作推出了一种满足联盟标准的通用体系结构(A High-Performance Architecture with a History,2006)。它的第一个设计非常简单,所有指令都在一个时钟周期内完成。它缺少浮点和并行处理功能。Power 体系结构试图弥补这个缺陷。它包含超过 100 种指令,被称为复杂的 RISC 系统。Power1 芯片由 800,000 个晶体管组成,按功能分区。它有单独的浮点寄存器,可以从低端工作站扩展到高端工作站。第一个芯片实际上在一个主板上有几个芯片,但是优化为一个包含超过一百万个晶体管的 RISC 芯片。火星探索者项目使用它作为 CPU。尽管在 90 年代有许多其他设计,但是 IBM 确实落后于 HP、Sun 和其他厂商,90 年代的 UNIX 市场处于混战局面。

多年以来,IBM 一直在对 IBM 专有的基于 RISC 的硬件进行改进,使用新的体系结构实际上需要大型机的一些组件。HMC(硬件管理控制台)和系统管理程序(在硬件机器上运行并管理一个或多个操作系统的软件)等系统是 Power 体系结构的重要部分。

2003 年引入的 POWER5™ 体系结构在每个处理器上包含 2.76 亿个晶体管。它基于 130 纳米铜/SoI 工艺和先进的芯片多处理,具有更大的缓存、片上内存控制器、并行多线程 (SMT)、高级电源管理和改进的系统管理程序技术。

2007 年 6 月推出的 POWER6® 大约有 7.9 亿个晶体管。它采用双核设计,频率达到 4.7 GHz。尽管性能增加了差不多一倍,但是电源和制冷方面的创新让它的能耗与 POWER5 相当。POWER6 为十进制计算提供硬件支持。它还首次在芯片中集成了十进制浮点单元。还有几个重要的 PowerVM 虚拟化改进与 POWER6 一起发布,包括 Live Partition Mobility、Decimal Floating Point 和 Dynamic Energy Management。基于 Power6 5.00 GHz 处理器的 Power 595 是目前最快的 UNIX 服务器系统。64 核服务器的核数只有 128 核 HP Integrity Superdome 的一半,但是性能更好。595 的性能达到 256 核 Sun SPARC Enterprise M9000 的 90%,而核数只有它的四分之一。

Power 系统基于源自大型机的可靠性、可用性和可服务性 (RAS) 特性,比如 First Failure Data Capture。基于 POWER6 处理器的服务器进一步扩展了这些特性,包括 Processor Instruction Retry、Alternate Processor Recovery、Partition Availability priority、Live Application Mobility 和 Live Partition Mobility。这些特性有助于消除与系统相关的计划内和计划外停机。如果为了重新配置、固件更新或其他原因需要停止系统,可以把应用程序转移到另一个服务器上,不会对生产运营有任何影响。不需要重新引导,不需要重新启动,不会中断服务,服务对于用户连续可用。

AIX 本身如何利用硬件功能防止停机?一个例子是存储键。这种新功能利用 POWER6 硬件进一步隔离内核和应用程序数据。它防止编程错误导致非法修改内存。在 AIX 5.3 和 AIX 内核中允许应用程序使用 POWER6 存储键。在 AIX 6.1 中允许 AIX 内核使用 POWER6 键。

IBM 提供目前最好的中档虚拟化产品 PowerVM。最近的改进包括 Live Application Mobility(可以把应用程序转移到另一个工作分区,不需要停止服务)、Active Memory Sharing 和多个共享处理器池。其他 UNIX 厂商都无法提供这些虚拟化特性,IBM 有 40 年发展虚拟化的经验(PowerVM 是从大型机/System z 虚拟化发展出来的),这也是无人能及的。

AIX 只在 IBM Power 系统上运行,这些系统是最强大的中档 UNIX 服务器。IBM 认为 AIX 只在 Power 上运行是一个优点,因为它针对这种体系结构进行全面优化,而且它有清晰的发展路线,IBM 会坚持发展它。AIX 一直有集成的 Logical Volume Manager,而其他 UNIX 风格需要附加产品。


结束语

AIX 是惟一一种多年来市场份额持续增加的 UNIX 风格,部分原因是它利用强大的 Power 硬件在可靠性、可用性和可伸缩性方面保持领先优势。显然,IBM 在 UNIX 创新方面已经领先。毫无疑问,在未来的 UNIX 市场中 AIX 仍然会是主流产品,前景非常光明。

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Zone=AIX and UNIX, Linux
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