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16 WinMacUnixLinux 的区别和联系：为什么 Debian 漏洞排名第一还这么多人用？
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在我的印象中 Windows 才是最容易被攻击的操作系统，没想到 2020 年美国 NIST 的报告中， Debian 竟然是过去 20 年中漏洞最多的操作系统。Debain 以 3067 个漏洞稳居第一，第二名是 Android，第三名是 Linux Kernel。那么为什么 Debian 漏洞数会排在第一位呢？
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NIST的数据报告：软件漏洞排名
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今天我们就以这个问题为引，带你了解更多的操作系统。这就要追溯到 20 世纪操作系统蓬勃发展的年代。那是一个惊艳绝伦的时代，一个个天才黑客，一场场激烈的商战，一次次震撼的产品发布会——每个人都想改变世界，都在积极的抓住时机，把握时代赋予的机会。我们今天的工程师文化——一种最纯粹的、崇尚知识，崇尚创造的文化，也是传承于此。
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本课时作为内核部分的最后一课，我会带你了解一些操作系统的历史，希望通过这种方式，把这种文化传承下去，让你更有信心去挑战未来的变化。当然，你也可以把本课时当作一个选学的内容，不会影响你继续学习我后面的课程。
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IBM
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话不多说，我们正式开始。1880 年美国进行了一次人口普查，涉及5000 多万人。因为缺少技术手段，总共用了 7 年半时间才完成。后来霍尔列斯发明了一种穿孔制表机，大大改善了这种情况，而后他还给这种机器申请了专利。
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1896 年，霍尔列斯成立了 CRT 公司，也就是 IBM 的前身。后来霍尔列斯经营不善，遇到困难，中间有金融家，军火商都参与过 CRT 的经营，却没能使得情况好转。
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直到 1914 年托马斯·约翰·沃森（老沃森）加盟CRT，帮助霍尔列斯管理 CRT，情况才逐渐好转。老沃森是一个销售出身，很懂得建立销售团队的文化，所以才能逐渐把 CRT 的业务做起来，成为 CRT 的实际掌控者。在 1924 年 CRT 正式更名为 IBM，开启了沃森的时代。
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IBM（International Business Machines Corporation）一开始是卖机器的。后来沃森的儿子，也就是小沃森后来逐渐接管了 IBM。小沃森对蓬勃发展的计算机产业非常感兴趣，同时也很看好计算机市场。但也正因如此，沃森父子间发生了一场冲突。老沃森的著名论断也是出自这场冲突：世界上对计算机有需求的人不会超过 5 个。于是我们都成了这幸运的 5 个人之一。
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所以 IBM 真正开始做计算机是 1949 年小沃森逐渐掌权后。1954 年，IBM 推出了世界上第一个拥有操作系统的商用计算机——IBM 704，并且在 1956 年时独占了计算机市场的 70% 的份额。
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你可能会问，之前的计算机没有操作系统吗？
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我以第一台可编程通用计算机 ENIAC 为例，ENIAC 虽然支持循环、分支判断语句，但是只支持写机器语言。ENIAC 的程序通常需要先写在纸上，然后再由专业的工程师输入到计算机中。 对于 ENIAC 来说执行的是一个个作业，就是每次把输入的程序执行完。
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上图中的画面正是一位程序员通过操作面板在写程序。 那个时候写程序就是接线和使用操作面板开关，和今天我们所说的“写程序”还是有很大区别的。
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所以在 IBM 704 之前，除了实验室产品外，正式投入使用的计算机都是没有操作系统的。但当时 IBM 704 的操作系统是美国通用移动公司帮助研发的 GM-NAA I/O 系统，而非 IBM 自研。IBM 一直没有重视操作系统的研发能力，这也为后来 IBM 使用微软的操作系统，以及进军个人 电脑 市场的失败埋下了伏笔。
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大型机操作系统
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1975 年前，还没有个人电脑，主要是银行、政府、保险公司这些企业在购买计算机。因为比较强调数据吞吐量，也就是单位时间能够处理的业务数量，因此计算机也被称作大型机。
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早期的大型机厂商往往会为每个大型机写一个操作系统。后来 1964 年 IBM 自研了 OS/360 操作系统，在这个操作系统之上 IBM 推出了 System/360 大型机，然后在 1965~1978 年间，IBM 以 System/360 的代号陆陆续续推出了多款机器。开发 System/360 大型机的过程也被称为 IBM 的一次世纪豪赌，雇用了 6W 员工，新建了 5 个工厂。这么大力度的投资背后是小沃森的支持，几乎是把 IBM 的家底掏空转型去做计算机了。 IBM 这家公司喜欢押注，而且一次比一次大——2019 年 IBM 以 340 亿美金收购红帽，可能是 IBM 想在云计算和操作系统市场发力。
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IBM 投入了大量人力物力在 System/360 上，也推进了 OS/360 的开发。当时 IBM 还自研了磁盘技术，IBM 自己叫作 DASD（Direct access storage devices）。
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从上图中你可以看到，IBM 自研的磁盘，非常类似今天硬盘的结构的。当时支持磁盘的操作系统往往叫作 DOS（Disk Operating System）。还有一些是支持磁带的操作系统，叫作 TOS（Tape Operating System）。所以 OS/360 早期叫作 BOS/360，就是 Basic Operating System，后来分成了 DOS/360 和 TOS/360。现在我们不再根据硬件的不同来区分系统了，而是通过驱动程序驱动硬件工作，对硬件的支持更像是插件一样。
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为了支持大型机的工作，IBM 在1957 年还推出了 Fortran（Formula Translation）语言。这是一门非常适合数值计算的语言，目的是更好地支持业务逻辑处理。计算机、语言、操作系统，这应该是早期计算机的三要素。把这三个环节做好，就能占领市场。
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那个时代的操作系统是作业式的，相当于处理一个个任务，核心是一个任务的调度器。它会先一个任务处理，完成后再处理另一个任务，当时 IBM 还没有想过要开发分时操作系统，也就是多个任务轮流调度的模型。直到 Unix 系统的前身 Multics 出现，IBM 为了应对时代变化推出了 TSS/360（T 代表 Time Sharing）。
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和大型机相比，还有一个名词是超级计算机。超级计算机是指拥有其他计算机无法比拟的计算性能的计算机，目前超算每秒可以达到万亿次计算。通常处理业务，不需要超算。超算的作用还是处理科学问题。比如淘宝某次双 11 当天的订单数量是 10 亿量级，单从计算量上说，这并不是很大。如果单纯计算订单状态，恐怕一台手机足矣。但是双 11 期间最恐怖的是 I/O，加上解决大量事务带来的压力，还要同时保证一致性、可用性、分区容错性带来的系统性工作量。
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如果企业没有能力像阿里巴巴一样建立一个分布式集群，同时雇佣大量顶级程序员，就可以直接购买大型机，这样做是相对比较划算的。大型机的主要目标就是为了集中式处理 I/O 和作业提供响应巨大的吞吐量的能力。目前还没有几个企业拥有阿里巴巴处理交易的能力。因此 IBM 的大型机一直拥有非常大的市场。
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比如 IBM 的 z15 大型机，每天可以处理 1 万亿笔订单，内部可以部署 240 万个 Linux 容器。今天的银行交易、航班处理、政府的税务基本都还是大型机在管理。大型机价格也是相对较贵的，一台机器算上硬件、软件和维护费用，一年间花费上亿也是很正常的事情。
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Unix
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IBM 是一家商业驱动的公司，至今已经 100 多年历史。因为 IBM 喜欢用蓝色，大家经常戏称它是 Big Blue（蓝巨人）。IBM 的巨头们有魄力押注，看准了计算机时代的来临，雇用了 60000 员工，开了 5 个工厂，几乎把全部积累的财富都投入到了大型机市场，让 IBM 有了 90% 的大型机市场。商业驱动公司的弱点，就是对驱动技术发展缺少真正的热爱，更多还是商业利益的追逐。
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1964 年贝尔实验室、MIT 和通用电子公司合作开发了 Multics 操作系统，用在了 GE 645 大型机上。GE 开头就是 Generic Electric，通用电气公司，这家公司当时也有想过生产大型机。当时总共有 8 家公司生产大型机，因为做不过 IBM，被戏称为白雪公主和 7 个小矮人。Multics 提出了不少新的概念，比如：
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分时（Time Sharing）；
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“08 课时”学习过的环形保护模型；
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区分不同级别的权限；
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后来 IBM 逐渐对 Multics 引起了重视， 推出 TSS/360 系统，这只是做出防御性部署的一个举措。但是同在贝尔实验室 Multics 项目组的丹尼斯·里奇（C 语言的作者）和肯·汤普逊却看到了希望。他们都是 30 岁不到，正是意气风发的时候。两个人对程序设计、操作系统都有着浓厚的兴趣，特别是肯·汤普逊，之前已经做过大量的操作系统开发，还写过游戏，他们都觉得 Multics 设计太过于复杂了。再加上 Multics 没取得商业成功，贝尔实验室叫停了这个项目后，两个人就开始合作写 Unix。Unix 这个名字一方面参考 Multics，另一方面参考了 Uniplexed，它是 Multiplexed 的反义词，含义有点像统一和简化。
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Unix 早期开放了源代码，可以说是现代操作系统的奠基之作——支持多任务、多用户，还支持分级安全策略。拥有内核、内存管理、文件系统、正则表达式、开发工具、可执行文件格式、命令行工具等等。可以说，到今天 Unix 不再代表某种操作系统，而是一套统一的，大家都认可的架构标准。
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因为开源的原因，Unix 的版本非常复杂。具体你可以看下面这张大图。
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绿色的是开源版本，黄色的是混合版本，红色的是闭源版本。这里面有大型机使用的版本，有给工作站使用的版本，也有个人电脑版本。比如 Mac OS、SunOS、Solaris 都有用于个人电脑和工作站；HP-UX 还用作过大型机操作系统。另外，Linux 系统虽然不是 Unix，但是参考了 Unix 的设计，并且遵照 Unix 的规范，它从 Unix 中继承过去不少好用的工具，这种我们称为 Unix-like 操作系统。
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个人电脑革命
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从大型机兴起后，就陆续有人开始做个人电脑。但是第一台真正火了的个人电脑，是 1975 年 MITS 公司推出的 Altair 8800。
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里面有套餐可选，套餐价是 $439。MITS 的创始人 ED Roberts，和投资人承诺可以卖出去 800 台，没想到第一个月就卖出了 1000 台。对于一台没有显示器、没有键盘，硬件是组装的也不是自有品牌的电脑，它的购买者更多的是个人电脑爱好者们。用户可以通过上面的开关进行编程，然后执行简单的程序，通过观察信号灯看到输出。所以，市场对个人电脑的需求，是普遍存在的，哪怕是好奇心，大家也愿意为之买单。比尔·盖茨也买了这台机器，我们后面再说。
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Altair 8800 出品半年后，做个人电脑的公司就如雨后春笋一样出现了。IBM 当然也嗅到了商机。
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1976 年 21 岁的乔布斯在一次聚会中说服了 26 岁的沃兹尼亚克一起设计 Apple I 电脑。 沃兹尼亚克大二的时候，做过一台组装电脑，在这次聚会上，他的梦想被乔布斯点燃了，当晚就做了 Apple I 的设计图。1976 年 6 月份，Apple I 电脑就生产出了 200 台，最终卖出去 20 多台。 当时 Apple I 只提供一块板，不提供键盘、显示器等设备。这样的电脑竟然有销量，在今天仍然是不可想象的。
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Apple I 在商业上的发展不太成功，但是 1977 年，乔布斯又说服了投资人，投资生产 Apple II。结果当年就让乔布斯身价上百万，两年后就让他身价过亿。
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你可以看到 Apple II 就已经是一个完整的机器了。一开始 Apple II 是苹果自研的操作系统，并带有沃兹尼亚克写的简单的 BASIC 语言解释器。1978 年 Apple 公司花了 13000 美金采购了一家小公司的操作系统，这家小公司负责给苹果开发系统，也就是后来的 Apple DOS 操作系统。这家公司还为 Apple DOS 增加了文件浏览器。
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1980s 初， 蓝巨人 IBM 感受到了来自 Apple 的压力。如果个人市场完全被抢占，这对于一家专做商业系统的巨头影响会非常大。因此 IBM 成立了一个特别行动小组，代号 Project Chess，目标就是一年要做出一台能够上市的 PC。但是这次 IBM 没有豪赌，只是组织了一个 150 人的团队。因此，他们决定从硬件到软件都使用其他厂商的，当时的说法叫作开放平台。
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IBM 没有个人电脑上可用的操作系统，因此找到了当时一家做操作系统和个人电脑的厂商，Digital Research 公司。Digital Research 的 CP/M 操作系统已经受到了市场的认可，但是这家公司的创始人竟然拒绝了蓝巨人的提议，态度也不是很友好。这导致 Digital Research 直接错过了登顶的机会。蓝巨人无奈之下，就找到了只有 22 岁的比尔·盖茨。
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盖茨 22 岁的时候和好朋友艾伦创了微软公司。他其实也购买了 Altair 8800（就是本课时前面我们提到的第一台卖火的机器），但是他们目的是和 Altair 的制造商 MITS 公司搞好关系。最终盖茨成功说服了 MITS 公司雇佣艾伦，在 Altair 中提供 BASIC 解释器。BASIC 这门语言 1964 年就存在了，但是盖茨和艾伦是第一个把它迁移到 PC 领域的。IBM 看上了盖茨的团队，加上 Digital Research 拒绝了自己，有点生气，就找到了盖茨。
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盖茨非常重视这次机会。但是这里有个问题，微软当时手上是没有操作系统的，他们连夜搞定了一个方案，就是去购买另一家公司的 86-DOS 操作系统，然后承诺 IBM 自己团队负责修改和维护。微软花了 50000 美金买了 86-DOS 的使用权，允许修改和再发布。然后微软再将 86-DOS 授权给 IBM。这里面有非常多有趣的故事，如果你感兴趣可以去查资料了解更多的内容。
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最后，Project Chess 小组在 1 年内，成功完成了使命，做出了 IBM 个人电脑，看上去非常像 APPLE II。名字就叫 Personal Computer， 就是我们今天说的 PC。86-DOS 也改成了 PC DOS，IBM 的加入又给 PC 市场带了一波节奏，让更多的人了解到了个人电脑。
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微软也跟着水涨船高，每销售 1 台 PC，微软虽然拿不到利润，但保留了 PC DOS 的版权。而且拿到 IBM 的合同，为 IBM 开发核心系统，这也使得微软的地位大涨。盖茨相信马上就会有其他厂商开始和 IBM 竞争，会需要 PC DOS，而微软只需要专心做好操作系统就足够了。
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其实没有用多久， 1982 年康柏公司花了几个月时间，雇用了 100 多个工程师，逆向工程了 IBM PC，然后就推出了兼容 IBM PC 的电脑，价格稍微便宜一点。然后整个产业沸腾了，各种各样的商家都进来逆向 IBM PC。整个产业陷入了价格战，每过半年人们可以花更少的钱，拿到配置更高的机器。这个时候微软就在背后卖操作系统，也就是 PC DOS 的保真版，MS-DOS。直到 10 年后，微软正式和 IBM 决裂。
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微软第一个视窗操作系统是 1985 年，然后又被 IBM 要求开发它的竞品 OS/2。需要同时推进两个系统，所以微软不是很开心，但是又不能得罪蓝巨人。IBM 也不是很舒服，但是又不得不依赖微软。这个情况一直持续到 1995 年左右，Windows 95 发布的时候，微软还使用 MS-DOS 作为操作系统核心，到了 2001 年 Windows XP 发布的时候，就切换到了 Windows NT 内核。就这样，微软成功发展壮大，并逃离蓝巨人的掌控，成为世界上最大的操作系统公司。
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Linux
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微软的崛起伴随着个人电脑的崛起。但是推动操作系统技术发展，还有另一条线，就是以开源力量为主导的 Unix 线。Unix 出现后，随着一些商业公司逐渐加入，部分公司开始不愿意再公开源代码，而是公开销售修改过的 Unix，这引起了很多黑客的不满。其中比较著名的有理查德·斯托曼和林纳斯。
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大黑客理查德·斯托曼有一次觉得打印机有一部分功能不方便，想要修改，却被施乐公司拒绝提供打印机驱动的源代码，导致了一些茅盾。再加上自己工作的 AI 实验室的成员被商业公司挖走了，他认为商业阻碍了技术进步。于是开始到处呼吁软件应该是自由的、开源的，人们应该拿到源代码进行修改和再发布。
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1985 年理查德·斯托曼发布了 GNU 项目，本身 GNU 是一个左递归，就是 GNU = GNU’s not Unix。GNU 整体来说还是基于 Unix 生态，但在斯托曼的领导下开发了大量的优质工具，比如 gcc 和 emacs 等。但是斯托曼一直为 GNU 没有自己的操作系统而苦恼。
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结果 1991 年 GNU 项目迎来了转机，年仅 21 岁的林纳斯·托瓦兹在网络上发布了一个开源的操作系统，就是 Linux。林纳斯的经历和斯托曼有点类似，所以林纳斯会议听斯托曼讲座，让他有种热血沸腾的感觉。林纳斯不满意 MS-DOS 不开源，但是作为学生党，刚刚学完了 Andy 的《操作系统：设计与实现》，本来一开始没有想过要写 Linux。最后是因为 Unix 的商用版本太贵了买不起，才开始写 Linux。
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斯托曼也觉得 GNU 不能没有操作系统，就统称为 GNU/Linux，并且利用自己的影响力帮助林纳斯推广 Linux。这样就慢慢吸引了世界上一批顶级的黑客，一起来写 Linux。后来 Linux 慢慢成长壮大，成为一块主流的服务器操作系统。当然 Linux 后来也衍生了大量的版本，下图是不同版本的 Linux 的分布。
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数据取自 W3Techs.com 2020
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Ubuntu 源自 Debian，有着非常漂亮的桌面体验，我就是使用 Ubuntu 开发程序。 Ubuntu 后面有商业公司 Canonical 的支持，也有社区的支持。Centos 源自 Red Hat 公司的企业版 Linux（RHEL），商用版本的各种硬件、软件支持通常会好一些，因此目前国内互联网企业的运维都偏向使用 CentosOS。第三名的 Debian 是 Ubuntu 的源头，是一个完全由自由软件精神驱动的社区产品，提供了大量的自由软件。当然也有人批评 Debian 太过于松散，发行周期太长，漏洞修复周期长等等。
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Android
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乔布斯的苹果电脑最终没有卖过微软的操作系统。但是苹果手机就独占了世界上 2⁄3 的手机利润。苹果手机取得成功后，各大厂商都开始做智能手机。然后 Google 收购了 Android 公司，复刻了微软成功道路。Android 是基于 Linux 改造的。Android 之所以能成功有这么几个原因：
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Android 是免费的，因此手机厂商不需要为使用 Android 支付额外的费用，而 Google 可以利用 Google 的移动服务变现，据统计 Google Play 应用商店 + Google 搜索服务 + Google 地图三项一年的营收就可以到 188 亿美金；
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Android 是开源生态，各大厂商可以基于 Android 修改；
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Android 系统基于 Linux 稳定性很好，崩溃率很低；
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最后就是应用生态，用 Android 技术开发 App 可以在各大手机品牌通用。
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个人认为还有一个重要原因是比尔·盖茨把微软做大之后，就不再参与微软事物了，醉心于改变人类的事业，所以智能手机、操作系统才有苹果和 Google 的机会。
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总结
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本课时我主要给你介绍了操作系统的历史。
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IBM 靠一次豪赌，抓住了大型机的市场，至今仍在盈利。
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苹果靠个人电脑起家，通过智能手机成为商业巨头。
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微软靠 IBM 的扶持起家，在个人电脑兴起的浪潮中抓住了机会，成为最大的 PC 操作系统厂商。
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最后 Google 开源 Android，成为移动端操作系统的王者。
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在这几十年的浪潮中，商业竞争风起云涌，但是学术界和黑客们也创造了以自由软件运动为核心的社区文化，操作系统经历了百家争鸣的时代和残酷的淘汰，大浪淘沙，剩下了 Windows 和 Unix 系。Unix 系操作系统包括 Unix、 Linux、Mac OS 和 Android。
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那么通过这节课的学习，你现在可以尝试来回答本节关联的面试题目：为什么 Debian 漏洞排名第一还这么多人用？
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【解析】 首先你要明白漏洞是无可避免的。这是因为软件设计是一个不可计算的问题。因为无法计算，发现漏洞往往需要反复使用软件，或者利用工具扫描看到现象，或者阅读源代码才能找到代码问题……
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那么什么软件漏洞多呢？
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假设开发人员的水平差不多，那么开源软件漏洞一定更多。开放源代码后，可以接触到的源码群体庞大，作为技术资料分析的场景也更庞大，大量开发者讨论和分析设计，技术交流频繁，漏洞往往发现更快。这样你就可以理解为什么 Debian/Android 和 Linux Kernel 位居漏洞排名前三了。
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在 Linux 发行版中，Ubuntu 和 Debian 共享着大量代码，Ubuntu+Debian 市场份额占到 60%，开发群体遍布世界各地，因此 Debian 会被发现其中本来存在着大量的漏洞。Android 同样是开源软件中的佼佼者，开发者依然是一个庞大的群体，因此 Android 漏洞也很多。
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Linux Kernel 代码量级相对 Debian、Android 小，但是有更多的人在用 Linux Kernel 源码，因此漏洞多。而 Windows，因为是闭源产品，所以漏洞反而不容易被发现。
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