Tìm hiểu Linux - một hệ điều hành và nền tảng đa năng

Giới thiệu Linux, một nền tảng tương thích dùng cho nhiều mô hình

Linux có ở khắp mọi nơi. Nếu bạn nhìn kỹ vào điện thoại thông minh nhỏ nhất, đến xương sống ảo của Internet hoặc siêu máy tính lớn nhất và mạnh mẽ nhất, bạn đều thấy Linux. Điều đó không hề là kỳ tích đơn giản căn cứ vào phạm vi của các khả năng được mong đợi từ những nền tảng này. Hãy khám phá Linux và cách mà nó được dùng ở khắp mọi nơi từ các thiết bị lớn đến các thiết bị nhỏ như thế nào.

M. Tim Jones, Tác giả tự do, Consultant

Ảnh của M. JonesM. Tim Jones là một kiến trúc sư chương trình cơ sở nhúng và là tác giả của cuốn sách Trí tuệ nhân tạo (AI): Tiếp cận hệ thống, Lập trình ứng dụng GNU/Linux (đã tái bản lần 2), Lập trình ứng dụng AI (tái bản lần 2) và Lập trình BSD Socket từ bối cảnh đa ngôn ngữ. Nền tảng kỹ thuật của ông trải rộng từ việc phát triển các kernel (nhân chương trình) dùng cho vệ tinh địa tĩnh đến kiến trúc các hệ thống nhúng và phát triển giao thức kết nối mạng. Ông là một kiến trúc sư nền tảng ở Intel và là tác giả ở Longmont, Colorado.



31 01 2013

Kết nối với Tim

Tim là một trong những tác giả viết nhiều và nổi tiếng nhất của chúng tôi. Hãy duyệt tất cả các bài viết của Tim trên developerWorks. Xem hồ sơ của Tim và kết nối với ông, các tác giả khác và các độc giả cùng tham gia trong cộng đồng developerWorks.

Linux® đang ở thời điểm phát triển mạnh. Tính đến năm 2013 thì Linux đã ra đời được 22 năm, một hệ điều hành hoàn thiện với sự hỗ trợ cho một loạt các mô hình sử dụng. Nhưng thật khó khi nghĩ rằng Linux chỉ là một hệ điều hành—nó giống như một con tắc kè hoa thì đúng hơn. Nhân mô đun và tính linh hoạt của nó có thể xử lý trong nhiều mô hình sử dụng (từ siêu máy tính lớn nhất đến các thiết bị nhúng nhỏ nhất) đến mức thật khó phân loại nó vào bất cứ thứ gì khác hơn là một công nghệ khả dụng. Trong thực tế, Linux là một nền tảng. Nó là một công nghệ then chốt cho phép tạo ra các sản phẩm mới, mà một vài trong số các sản phẩm đó mới chỉ được giới thiệu gần đây.

Hãy bắt đầu bằng một cuộc khảo sát nhanh về Linux, kiến trúc cơ bản và một số nguyên tắc quan trọng của nó. Sau đó, xem xét Linux áp dụng những nguyên tắc này như thế nào cho một loạt các mô hình sử dụng và tại sao nó là một nền tảng, chứ không chỉ là một hệ điều hành.

Linux là gì?

Nhìn bề ngoài, Linux là một hệ điều hành. Như thể hiện trong Hình 1, Linux gồm có một nhân kernel (mã cốt lõi quản lý các tài nguyên phần cứng và phần mềm) và một bộ sưu tập các ứng dụng của người dùng (chẳng hạn như các thư viện, các trình quản lý cửa sổ và các ứng dụng).

Hình 1. Linux nhìn bề ngoài
Sơ đồ cho thấy tất cả các thành phần của Linux cho những người dùng, nhân và phần cứng

Sơ đồ trên chỉ ra các thành phần quan trọng. Tầng cuối cùng chính là một tập hợp mã kiến trúc giúp Linux có thể hỗ trợ đa nền tảng phần cứng (ARM, PowerPC, Tilera TILE v.v...). Tất nhiên, chức năng này được đăng ký theo giấy phép GNU, tạo nên tính di động của Linux.

Linux theo phong cách riêng của mình trong lĩnh vực về tính di động . Hệ thống con của trình điều khiển (là rất lớn về khả năng của nó) hỗ trợ động các mô đun được nạp mà không ảnh hưởng đến hiệu năng, tạo nên tính mô đun (thêm vào một nền tảng động hơn). Linux cũng bảo mật ở mức nhân kernel (trong một số lược đồ) tạo nên một nền tảng bảo mật Trong miền hệ thống tệp bên ngoài, Linux tạo nên một mảng lớn nhất về hỗ trợ hệ thống tệp của bất kỳ hệ điều hành nào, như là một ví dụ, tạo nên tính linh hoạt thông qua tính mô đun thiết kế. Linux thực hiện không chỉ các tính năng lên lịch trình tiêu chuẩn mà còn lên lịch trình thời gian thực bao gồm các bảo đảm về độ trễ ngắt).

Cuối cùng, Linux là mở, có nghĩa là trên thực tế bất cứ ai cũng có thể xem và cải thiện dựa vào nguồn gốc của nó. Tính mở này cũng giảm thiểu các cơ hội bị lợi dụng, tạo ra một nền tảng an toàn hơn. Nhiều công ty đóng góp cho Linux, bảo đảm rằng nó sẽ tiếp tục giải quyết một loạt các mô hình sử dụng trong khi vẫn duy trì các đặc tính cốt lõi của mình.

Bảy nguyên tắc quan trọng này chắc chắn không phải là các thuộc tính duy nhất mà Linux cung cấp, nhưng chúng cho phép Linux dùng như một nền tảng đa năng trên rất nhiều các mô hình sử dụng. Hơn nữa, Linux là như nhau trên các mô hình sử dụng này—không chỉ các nguyên tắc thiết kế mà còn bản thân mã của nó nữa. Người ta không thể nói điều này về các hệ điều hành khác (như Windows®—máy tính để bàn, máy chủ, hoặc thiết bị nhúng—hoặc Mac OS X hoặc Apple iOS), chúng có phân khúc dịch vụ và mô hình sử dụng khác.


Linux ở đâu?

Linux ở đâu có thể khó trả lời hơn là nó không ở đâu. Với khả năng biến đổi nhanh và mở rộng quy mô của mình, có thể tìm thấy Linux trong tất cả các phân khúc máy tính (và thậm chí một số phân khúc vẫn chưa được định nghĩa đầy đủ). Phần này xem xét một số các phân khúc điện toán quan trọng, bao gồm máy tính để bàn/netbook, máy chủ, cluster, máy tính lớn Mainframe, siêu máy tính, thiết bị cầm tay/máy tính bảng, thiết bị nhúng, ảo hóa và các máy thử nghiệm (xem Hình 2).

Hình 2. Các thuộc tính và các phân khúc của Linux được tập trung vào
Sơ đồ cho thấy các thuộc tính Linux và các phân khúc mà chúng giải quyết

Máy tính để bàn và netbook

Các máy tính để bàn và các netbook, nơi có nhiều người sử dụng Linux, là lĩnh vực trong đó Linux cạnh tranh nhiều nhất. Dữ liệu thị phần gần đây chỉ ra rằng Linux nắm giữ khoảng 1,5% thị trường máy tính để bàn, nhưng lại nắm giữ khoảng 32% thị trường netbook. Những con số này có thể xem ra là thấp, nhưng là một nhà phát triển, tôi có xu hướng thấy Linux nhiều hơn so với bất kỳ hệ điều hành khác nào.

Linux đã bắt đầu như là một hệ điều hành thử nghiệm đơn giản và với việc giới thiệu XFree86 vào năm 1994, một trình quản lý cửa sổ đã cho thấy sự hứa hẹn của một hệ điều hành máy tính để bàn còn non trẻ. Ngày nay, một số trình quản lý cửa sổ có sẵn cho Linux cho phép người dùng biến phong cách riêng của nó thành các nhu cầu của họ. Hơn nữa, Linux thay đổi quy mô tự động với các khả năng xử lý (như là đa luồng đối xứng và đa lõi), lập lịch trình hiệu quả.

Linux và thị trường việc làm

Năm 2012, một cuộc khảo sát của Dice.com và Linux Foundation cho thấy rằng 81% trong 2.000 người được hỏi cho rằng việc tuyển dụng làm về Linux là một ưu tiên. Không chỉ là Linux đang điều khiển ngành công nghiệp, mà nó còn đang hướng nghiệp nữa.

Máy chủ

Linux thống trị thị trường máy chủ (bao gồm các máy chủ web, máy chủ thư điện tử, máy chủ Hệ thống tên miền - DNS và các thiết bị tầng sau khác). Các khảo sát gần đây cho thấy rằng hơn 60% tất cả các máy chủ chạy Linux. Ngoài các dịch vụ web truyền thống, Linux cung cấp cho nhiều tài sản Internet lớn nhất (Facebook, eBay, Twitter và Amazon v.v...), với các yêu cầu và các mô hình sử dụng khác nhau. Ngoài các tùy chọn truyền thống (chẳng hạn như web hoặc thư điện tử), Linux còn cung cấp các mảng lớn nhất về các dịch vụ web (và các tùy chọn khác nhau cho các dịch vụ đó).

Điện toán Cluster và điện toán phân tán

Linux không chỉ là một yếu tố chính trong các mô hình điện toán cluster và các mô hình điện toán phân tán, nó còn là một đơn vị điều khiển và ở lõi của nhiều mô hình sử dụng mới. Hai mô hình chính đang phát triển nhanh chóng hiện nay là điện toán đám mây và dữ liệu lớn.

Điện toán đám mây là về phân phối Công nghệ thông tin (CNTT) như một dịch vụ và dựa vào một cụm các tài nguyên chia sẻ để thay đổi quy mô theo nhu cầu ứng dụng. Các đám mây cũng dựa vào ảo hóa để hỗ trợ quản lý tự động các nút trong một cơ sở hạ tầng to lớn. Trong các môi trường đám mây, 66% tin dùng Linux làm nền tảng chính của mình.

Linux cũng đang hướng chính mình làm nền tảng cho khoa học dữ liệu. Internet thay đổi quy mô của khối dữ liệu có thể thu thập được và các vấn đề mới phát sinh trong việc xử lý dữ liệu này để xác định các mẫu có giá trị của nó. Những thứ bây giờ được gọi là Big Data (Dữ liệu lớn) đã được phát triển trên Linux như là một cách thay đổi quy mô để thao tác dữ liệu vượt quá giới hạn của các phương pháp truyền thống trước đây. Hadoop và hệ sinh thái của nó là kết quả của tính mở của Linux, cùng với một lực lượng các nhà phát triển, những người thành thạo với nền tảng này.

Máy tính Mainframe

Năm 1991, một biên tập viên nổi tiếng đã dự đoán rằng máy tính Mainframe cuối cùng sẽ bị loại bỏ vào đầu năm 1996. Tuy nhiên sau hơn 20 năm, người ta vẫn tiếp tục xây dựng và bán các máy tính Mainframe và nhiều máy chạy Linux. IBM đã bắt đầu hỗ trợ Linux trên Mainframe vào năm 2000 (chẳng hạn như IBM® System z®) và cung cấp một trải nghiệm người dùng phổ biến trên các môi trường. Một bài báo gần đây của Michael Vizard đã viết rằng khoảng 25% khối lượng công việc của Mainframe mới dựa vào Linux. (Xem phần Tài nguyên.)

Siêu máy tính

Các siêu máy tính là một cuộc đua tranh liên tục để giữ danh hiệu nhanh nhất, từ siêu máy tính Jaguar của Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge (2009) đến Tianhe-I của Trung Quốc (2010) đến công ty hàng đầu hiện nay, máy tính RIKEN Kei của Nhật Bản (2011). Vào năm 2012, siêu máy tính Sequoia của IBM sẽ được phát hành và được dự kiến vượt quá hiệu năng của RIKEN hai lần. Điều mà mỗi siêu máy tính này có điểm chung là tất cả chúng đều chạy Linux. Linux không chỉ có hiệu quả, nó còn thích nghi với các nền tảng phần cứng khác nhau làm tăng hiệu năng của nó. Điều này cũng không đáng ngạc nhiên, dựa vào hơn 90% các siêu máy tính chạy Linux. (Xem phần Tài nguyên.)

Các thiết bị di động và máy tính bảng

Với một loạt các thiết bị của người tiêu dùng bị ràng buộc nhiều hơn, các thiết bị di động và máy tính bảng đang chứng tỏ sự tăng trưởng đáng kể. Các thiết bị này đại diện cho một nhân Linux cùng với một giao diện người dùng đồ họa (GUI) tùy chỉnh. Một ví dụ quan trọng của lĩnh vực này là hệ điều hành Android của Google, được sử dụng cả trong điện thoại thông minh lẫn trong máy tính bảng. Hiện nay, hơn 25% điện thoại thông minh chạy một dạng Linux (chủ yếu là Android), với gần 40% máy tính bảng chạy Android.

Các thiết bị này tin dùng các bộ xử lý dựa trên ARM (các hệ thống trên một chip) cho hiệu năng cao và tiêu thụ điện năng thấp. Bất kể nền tảng cơ bản nào, đây là những thiết bị Linux, không phân nhánh nhân và ứng dụng.

Mới đây, Microsoft® đã khẳng định rằng đối với Windows của họ chạy trên máy tính bảng chip ARM (WOA), và họ đang phát triển ứng dụng cho nền tảng này (nói cách khác, bạn không thể chạy các ứng dụng cũ trên máy tính bảng). So sánh điều này với Linux, Linux hỗ trợ rất nhiều cho các ứng dụng di động thay vì một hệ sinh thái ứng dụng bị hạn chế và đóng kín. (Xem phần Tài nguyên.)

Các thiết bị nhúng

Cuối cùng là các thiết bị nhúng, với các mức ràng buộc khác nhau (hiệu năng của bộ xử lý, các tài nguyên như bộ nhớ và v.v). Linux là lý tưởng trong hầu hết các trường hợp này vì khả năng thu hẹp quy mô của nó và sử dụng bất kỳ các bộ vi xử lý nhúng nào có sẵn trên thị trường. Tính linh hoạt này làm cho Linux trở thành một nền tảng được sử dụng rất nhiều trong truyền hình, giải trí trong xe hơi, các hệ thống định vị và nhiều kiểu thiết bị khác.

Linux có khả năng tùy chỉnh cao và tập trung vào mức tiêu thụ điện năng thấp. Để bảo đảm sự tập trung vào điện năng, sáng kiến Less Watts (Wát thấp hơn) theo dõi sự tiêu thụ điện năng của các bản phát hành nhân Linux. Dự án này chủ yếu tập trung vào các nền tảng của Intel, nhưng cũng có thể có ích với các bộ xử lý khác.

Linux là một đề xuất khá chuẩn cho các thiết bị nhúng và có thể xác định sự thành công hay thất bại của thiết bị (hỗ trợ phát triển và xuất hiện nhanh). Một thiết bị thú vị gần đây được gọi là Raspberry Pi, một máy tính có kích thước bằng thẻ tín dụng dựa trên ARM, chạy Linux và được dự định làm một thiết bị học tập để dạy lập trình. Thiết bị này được dự kiến có giá 35 Đô la Mỹ nhưng vẫn chưa có sẵn để mua. (Xem phần Tài nguyên.)

Nền tảng ảo hóa

Một trong những lĩnh vực thú vị nhất trong đó Linux hướng tới sự đổi mới là trong lĩnh vực ảo hóa. Linux là ngôi nhà của hệ điều hành cho tất cả các loại giải pháp ảo hóa có sẵn, cho dù nền tảng hoặc ảo hóa song song, ảo hóa hệ điều hành hay nhiều ý tưởng mơ hồ hơn như ảo hóa cộng tác. Linux là một hệ điều hành có thể biến mình thành một trình siêu giám sát - hypervisor (chẳng hạn như KVM - Máy tính ảo dựa vào nhân) cũng như lưu trữ trên máy chủ một số trình siêu giám sát nghiên cứu. Để mang lại hiệu quả hơn cho ảo hóa, Linux thực hiện Kernel SamePage Merging (Kết hợp trang giống nhau của nhân) để loại bỏ có hiệu quả các trang bộ nhớ dư thừa.

Linux cũng đang hướng tới kỹ nghệ cao về một sự tiến bộ mới trong ảo hóa được gọi là ảo hóa lồng nhau.Việc lồng nhau, như tên của nó cho thấy, cho phép một trình siêu giám sát lưu trữ trên máy chủ một trình siêu giám sát khách, rồi trình khách này lần lượt lưu trữ một tập hợp các máy ảo khách trên máy chủ. Mặc dù thoáng nhìn như là một trường hợp sử dụng cũ, nhưng ảo hóa lồng nhau sẽ thay đổi điện toán đám mây và mở rộng các kiểu của các ứng dụng có thể được lưu trữ trên máy chủ ở đó. Hiện nay, KVM của Linux hỗ trợ ảo hóa lồng nhau.

Nền tảng thử nghiệm

Cuối cùng nhưng không kém quan trọng là nền tảng của chính Linux—một nền tảng thử nghiệm mà qua đó đang khám phá ra nhiều ý tưởng mới. Năm 1991, Linux đã được giới thiệu như là một hệ điều hành đồ chơi, 20 năm sau bản phát hành đầu tiên của UNIX®. Hiện nay, Linux dùng làm một nền tảng để thử nghiệm trong nghiên cứu hệ thống tệp, điện toán cụm, những đám mây, sự tiến bộ ảo hóa và mở rộng các hạn chế theo đó một nhân của hệ điều hành đơn lẻ có thể được áp dụng cho rất nhiều mô hình sử dụng. Linux như là một nền tảng cho phép thử nghiệm tăng tốc thông qua việc sử dụng cả Linux lẫn một loạt các thành phần nguồn mở to lớn. Kết quả là một loạt các công nghệ thú vị được xây dựng từ Linux, gồm có HP webOS (Hệ điều hành web của HP), Google Chrome OS (Hệ điều hành web của Google) và Android.

Một thay đổi thú vị được Linux giới thiệu là sự không phù hợp của các nền tảng phần cứng cơ bản ngày càng tăng. Linux trình bày một trải nghiệm người dùng tương tự bất kể kiến trúc phần cứng cơ bản nào. Vì vậy, cho dù một đám mây có được lấp đầy bằng các máy chủ x86 của AMD hoặc các dịch vụ dựa trên ARM điện năng thấp hay không, các ứng dụng chạy trên Linux đều được trừu tượng hóa từ các kiến trúc vật lý. Sự trừu tượng hóa này cho phép những người dùng ra các quyết định trên nền tảng dựa vào các yêu cầu của họ chứ không bị buộc chặt vào kiến trúc chung nhưng cổ xưa và không hiệu quả. Linux cân bằng sự lựa chọn.

Linux cũng là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) độc lập. Ngoài việc lưu trữ trên máy chủ một chuỗi công cụ của trình biên dịch tầm cỡ thế giới (GNC Compiler Collection – Bộ sưu tập trình biên dịch GNC), nó còn lưu trữ trên máy chủ một loạt các công cụ trải rộng từ các trình gỡ lỗi, các trình soạn thảo, các hệ thống kiểm soát phiên bản, các công cụ tệp và các trình vỏ và các trình thông dịch để giúp tự động hóa các nhiệm vụ phát triển. Trong khả năng này Linux làm cho nó trở thành một môi trường lý tưởng để phát triển phần mềm và nghiên cứu phần mềm. (Xem phần Tài nguyên.)


Tính đa năng của Linux

Việc hỗ trợ các mô hình sử dụng khác nhau được định nghĩa ở đây chỉ đơn giản là một tùy chọn đóng gói cho Linux. Các bản phân phối của Linux tập trung vào các thị trường máy tính để bàn và máy chủ, nơi các bản phân phối chuyên dụng tập trung vào nhúng (như uClinux, nếu thiết bị nhúng của bạn thiếu một đơn vị quản lý bộ nhớ). Bất cứ ai cũng có thể nhận một nhân Linux và đóng gói một tập hợp các ứng dụng của người dùng cho một mô hình sử dụng cụ thể, tận dụng những lợi ích khác nhau của Linux (một loạt các giao thức mạng và các hệ thống tệp, nhân động và có thể cấu hình được, các giao diện lập trình ứng dụng tiêu chuẩn). Đây là một trong những lý do mà nền tảng điện thoại thông minh đang phát triển nhanh nhất chạy Linux (với một giao diện người dùng tùy chỉnh cho phong cách riêng của nó)..


Hơn nữa

Nếu bạn đã so sánh Linux với một cây cầu, nó sẽ là một điều kỳ diệu của kỹ thuật hiện đại. Mô hình phát triển phân tán của nó đã thách thức hiện tại và kết quả là một trong những sản phẩm phần mềm linh hoạt nhất từng được tạo ra, bao trùm một loạt các mô hình sử dụng từ các thiết bị nhúng rất nhỏ đến các siêu máy tính to lớn. Linux đã phát triển các ngành công nghiệp và đã đi đầu trong việc nghiên cứu tiên phong về điện toán cụm, các hệ thống tệp, các đám mây và ảo hóa. Bất kể môi trường điện toán đang ở trên đường, Linux sẽ có ở đó.

Tài nguyên

Học tập

Lấy sản phẩm và công nghệ

  • Đánh giá các sản phẩm IBM theo cách phù hợp nhất với bạn: Tải về một bản dùng thử sản phẩm, hãy dùng thử một sản phẩm trực tuyến, sử dụng một sản phẩm trong một môi trường đám mây hoặc dành một vài giờ trong SOA Sandbox để tìm hiểu cách triển khai thực hiện có hiệu quả kiến trúc hướng dịch vụ (SOA-Service Oriented Architecture).

Thảo luận

Bình luận

developerWorks: Đăng nhập

Các trường được đánh dấu hoa thị là bắt buộc (*).


Bạn cần một ID của IBM?
Bạn quên định danh?


Bạn quên mật khẩu?
Đổi mật khẩu

Bằng việc nhấn Gửi, bạn đã đồng ý với các điều khoản sử dụng developerWorks Điều khoản sử dụng.

 


Ở lần bạn đăng nhập đầu tiên vào trang developerWorks, một hồ sơ cá nhân của bạn được tạo ra. Thông tin trong bản hồ sơ này (tên bạn, nước/vùng lãnh thổ, và tên cơ quan) sẽ được trưng ra cho mọi người và sẽ đi cùng các nội dung mà bạn đăng, trừ khi bạn chọn việc ẩn tên cơ quan của bạn. Bạn có thể cập nhật tài khoản trên trang IBM bất cứ khi nào.

Thông tin gửi đi được đảm bảo an toàn.

Chọn tên hiển thị của bạn



Lần đầu tiên bạn đăng nhập vào trang developerWorks, một bản trích ngang được tạo ra cho bạn, bạn cần phải chọn một tên để hiển thị. Tên hiển thị của bạn sẽ đi kèm theo các nội dung mà bạn đăng tải trên developerWorks.

Tên hiển thị cần có từ 3 đến 30 ký tự. Tên xuất hiện của bạn phải là duy nhất trên trang Cộng đồng developerWorks và vì lí do an ninh nó không phải là địa chỉ email của bạn.

Các trường được đánh dấu hoa thị là bắt buộc (*).

(Tên hiển thị cần có từ 3 đến 30 ký tự)

Bằng việc nhấn Gửi, bạn đã đồng ý với các điều khoản sử dụng developerWorks Điều khoản sử dụng.

 


Thông tin gửi đi được đảm bảo an toàn.


static.content.url=http://www.ibm.com/developerworks/js/artrating/
SITE_ID=70
Zone=Nguồn mở
ArticleID=856957
ArticleTitle=Tìm hiểu Linux - một hệ điều hành và nền tảng đa năng
publish-date=01312013