第四章 UNIX时代：程序员的乌托邦

上一章结尾，我们留下了一个悬念：肯·汤普森为了玩游戏，写出了UNIX。

你可能觉得这像个段子，但它是真的。1969年夏天，贝尔实验室的肯·汤普森刚当上爸爸，妻子带着孩子回娘家探亲。他一个人在家，无聊透顶，想起自己写的一个叫“星际旅行”的游戏——这游戏在Multics上跑得挺好，但Multics项目黄了，机器也被搬走了。

他现在连台能跑游戏的计算机都没有。

怎么办？自己写一个操作系统，让游戏能跑起来。

听起来像一个程序员喝多了之后的疯话。但汤普森真的干了。

他用三周时间，在贝尔实验室垃圾堆里翻出的一台没人要的PDP-7小型机上，用一种他自创的、极其精简的语言，写出了一个操作系统的内核、一个文件系统、一个命令解释器，以及——那个跑得起来的“星际旅行”游戏。

这东西后来叫UNIX。

但UNIX的故事远不止一个游戏。它是一个关于可移植性、社区协作、分裂与重生的史诗。本章我们会回答几个“为什么”：

为什么UNIX能打败当时所有其他操作系统？
为什么C语言让UNIX变得不可阻挡？
为什么UNIX会分裂成两个敌对的阵营（BSD和System V）？
为什么开源运动从UNIX的裂缝里长了出来？

先记住一个硬件前提。

硬件前提

第三代集成电路（IC） 让计算机成本大幅下降。以前只有大公司和大学才买得起一台机器，现在实验室甚至个人也能拥有了。UNIX出生的PDP-7，就是DEC（数字设备公司）生产的廉价小型机，售价才几万美元——相当于IBM大型机的1/100。

硬件的廉价化让“可移植性”成为刚需。写一个只能跑在一台机器上的操作系统没人稀罕，但写一个能跑在所有机器上的系统——那是金矿。UNIX的崛起，正好踩在这个节点上。

一、为什么UNIX比Multics更成功？——简洁与可移植

我们先回到1969年，贝尔实验室退出Multics之后。

汤普森写的第一个UNIX版本（叫Unics，和Multics开了个玩笑），用汇编语言写的。汇编语言的问题是什么？它直接对应CPU的指令集，换一种CPU，整个代码要重写。PDP-7用的是DEC的汇编，换到PDP-11（另一款热门小型机）就得完全重写。

汤普森的同事丹尼斯·里奇（Dennis Ritchie） 对他说：你重写一遍UNIX，用高级语言写，这样以后移植就方便了。

高级语言？当时的高级语言有FORTRAN、COBOL、BASIC，但没有一种适合写操作系统——它们要么太慢，要么无法直接操作硬件。里奇说：那我们就发明一种新的。

1972年，里奇和汤普森发明了C语言。C语言的设计哲学，一句话概括：“相信程序员”。它允许你直接操作内存指针，可以写出非常接近汇编码的高效程序，同时又比汇编可读性高几百倍。更重要的是，他们开发了一个C编译器——可以把C代码翻译成任意CPU的机器码。

1973年，汤普森和里奇用C重写了UNIX。从那一刻起，UNIX变得可移植了。比如有人想把UNIX移植到IBM的System/370上，只需要修改C编译器的一小部分后端代码，然后重新编译整个系统——几天就能搞定，而以前用汇编重写需要几个月。

相比之下，Multics完全用PL/I语言写的。PL/I是IBM设计的巨无霸语言，功能多到爆炸，但它的编译器在当时很不成熟，生成的代码又大又慢。而且IBM之外的机器基本不支持PL/I，Multics想移植到别的平台？几乎不可能。

这就是UNIX赢的第一个原因：用C语言写，可移植。 1970年代末，UNIX已经跑在了IBM、DEC、HP、摩托罗拉……几乎所有能买到的机器上。Multics只能跑在GE/霍尼韦尔的定制硬件上。

再补充一个当时的情景：1970年代，大学里计算机系的学生用的机器五花八门——DEC PDP-11、VAX、IBM 370、Data General Nova……每个老师都想教操作系统，但每个操作系统都不一样。UNIX来了，老师说：同学们，这个UNIX可以在我们所有的机器上跑，而且源码公开，你们回去读源码，下周交作业。

这就是UNIX横扫学术界的原因。

二、为什么UNIX的设计哲学被称为“乌托邦”？——管道与组合

UNIX的成功不光是技术层面的，它的设计哲学同样重要。

汤普森和里奇从Multics的失败中学到一个教训：别做太复杂的东西。 他们把UNIX设计得像一把瑞士军刀——小而多能，每个工具只做一件事，但做得好。

这种哲学体现在两个核心原则上：

每个程序只做一件事，把它做好。比如ls只负责列出文件名，grep只负责搜索文本。你不会在ls里硬塞搜索功能。
通过管道（pipe）把小程序串起来完成大任务。比如你想统计一个文件里有多少行包含“UNIX”。你可以写：cat file | grep "UNIX" | wc -l。cat输出文件内容，grep筛选出匹配行，wc -l数行数。三个小程序用管道|连接，像搭积木一样。

这就是组合式设计。你可以用无限种方式组合这些工具，实现复杂任务，而不需要写一个新程序。

这种设计把程序员从“写一切”中解放了出来。你不必去记一个巨无霸程序的一万种参数，只需要记住十几个小工具的用法，然后组合它们。

UNIX的用户为什么这么忠诚？因为一旦你学会了这种方式，再回到那种所有功能挤在一起的操作系统（比如DOS），你会觉得憋屈。UNIX给你一种“我可以掌控一切”的感觉——这就是程序员的乌托邦。

1970年代末，UNIX已经在AT&T内部的员工中流行开来，但AT&T因为反垄断同意令不能卖软件。所以AT&T做了一个决定：只要非商业用途，我们免费发放UNIX源码和二进制。

这个决定，改变了世界。

三、为什么UNIX会分裂成BSD和System V？——商业与开源的第一次碰撞

免费发放UNIX的结果是：大学和研究机构蜂拥而上。

其中最积极的是加州大学伯克利分校（UC Berkeley）。伯克利的学生和教授给UNIX加了一堆新功能：更快的文件系统（FFS）、虚拟内存改进、网络协议栈（TCP/IP）、vi编辑器等等。伯克利把自己的发行版叫做BSD（伯克利软件发行版，Berkeley Software Distribution），到1980年代初，BSD事实上成了UNIX的主流版本。

另一方面，AT&T那边也没闲着。1982年，美国司法部签署了另一份同意令，解除了AT&T进入计算机商业领域的禁令。AT&T立刻成立了一家子公司叫UNIX系统实验室（USL，UNIX System Laboratories），开始正式销售UNIX的商业版本——System V。

问题来了：BSD是基于AT&T早期的免费UNIX代码开发的，但早期代码里有些部分是AT&T的版权素材。现在AT&T要卖钱了，它说：伯克利，你们基于我们的代码开发的BSD，也得授权付费。

伯克利说：不行。我们加了那么多原创的东西，我们凭什么付钱给你？再说了，最早是你免费给的，现在翻脸收费？

这就是著名的USL vs. BSDi诉讼（1992-1994年）。这场官司打了两年，最终和解。结果是：AT&T认栽，伯克利得以发布4.4BSD-Lite（去掉了所有AT&T代码的纯BSD版本）。但现在谁还记得这些呢？损失最大的是UNIX本身：内斗消耗了几年时间，而在这几年里，微软的Windows NT异军突起，抢走了大量市场。

更重要的是，这起诉讼催生了一个新的开源项目——Linux。一个叫林纳斯·托瓦兹的芬兰学生说：反正UNIX分裂了，乱成一锅粥，我写一个自己的内核吧，谁都可以免费使用，别打官司。

我们下一章再讲Linux。

先来捋一捋UNIX分裂的后果：

BSD继续走学术开源路线，最终演变成了FreeBSD、OpenBSD、NetBSD，以及macOS的内核Darwin（BSD的直系后代）。
System V走了商业化道路，变成了HP-UX、AIX（IBM）、Solaris（Sun） 等，至今还在银行、航空、军工等关键系统中运行。
普通用户根本不知道这些。他们只知道除了Windows，还有一个“Linux”——那是另一条分支。

四、为什么自由软件运动会在UNIX的裂缝中萌芽？——理查德·斯托曼的愤怒

UNIX的分裂和商业化成了一片混乱。有人愤怒了。这个人叫理查德·斯托曼（Richard Stallman）。

斯托曼是MIT人工智能实验室的元老级程序员。1980年代初，实验室里有一台著名的PDP-10计算机，跑着一个叫ITS的操作系统（Unix之前的东西）。后来新机器到了，实验室换成了DEC的VAX，上面跑的是厂商私有的操作系统——闭源、收费、不能修改。

斯托曼想修一个打印机驱动的bug，但厂商不给源码。他气得不行。

1983年，他发起GNU计划（GNU‘s Not Unix，一个递归缩写，意为“GNU不是Unix”）。目标是：写一个完全自由的、与Unix兼容的操作系统，人人可以免费使用、修改、分发。GNU计划几乎完成了除内核之外的所有部分：编译器gcc、文本编辑器emacs、命令行工具集……

但内核——后来叫Hurd——迟迟完不成。因为它走的是微内核路线，设计得极其复杂，一直难产。

直到1991年，一个芬兰学生写的简单内核填补了这个空缺，GNU才终于有了完整的内核。那个内核就是Linux。

理查德·斯托曼创立了自由软件基金会（FSF）和GNU通用公共许可证（GPL）——一份法律文件，确保任何基于GPL代码的衍生作品，也必须以GPL授权发布。这就是“传染性开源”的源头。

GPL后来成了开源运动的宪法。它让开发者敢于贡献代码，因为他们知道，自己的代码永远不会被某家公司私有化。

而这一切的起点，正是UNIX的分裂和商业化给人带来的愤怒。如果没有AT&T突然翻脸，也许伯克利BSD会慢慢成为新的标准，自由软件运动可能就不会以如此激烈的方式诞生。历史真的是一连串的连锁反应。

五、UNIX的遗产：三条分支汇成了今天的操作系统世界

行文至此，我们不妨把UNIX的遗产理一理。它分裂成了三个大的分支，每一个都塑造了我们今天使用的操作系统：

分支一：商业化Unix（System V后代）

HP-UX（惠普）、AIX（IBM）、Solaris（Sun）等。
用于银行大型机、航空订票系统、军工指挥系统。
你一般接触不到，但它一直在后台运行。

分支二：BSD开源分支

FreeBSD、NetBSD、OpenBSD，以及苹果的macOS（内核Darwin基于BSD）。
特别提一下macOS：苹果在NeXTSTEP（乔布斯被赶出苹果后创立的公司）中使用了BSD和Mach微内核，后来1997年乔布斯回归，把这个技术带回苹果，才有了Mac OS X和今天的macOS。所以你现在用的Mac，骨子里是BSD的后裔。

分支三：Linux分支

Linux本身不是Unix，但它兼容Unix的接口规范（POSIX），可以用同样的命令行工具、同样的编程接口。
安卓用的是Linux内核，互联网上90%的服务器跑Linux。Linux是Unix的后继者和发扬者。

就这么一条从1969年贝尔实验室的垃圾堆里爬起来的故事，最后统治了全世界的服务器和你手里的手机。

本章小结：UNIX时代哪些选择被固定了？

可移植操作系统：UNIX用C语言实现了跨平台，从此操作系统不再绑死在一款CPU上。这个选择放弃了“为特定硬件深度优化”的极致性能，换来了广泛的硬件兼容。
管道与组合设计：每个程序只做一件事、通过管道协作。放弃了“巨无霸单体内核”的复杂集成，换来了灵活性和可组合性。
代码开源传播：AT&T免费赠送非商业版本，催生了BSD和GNU。这个选择后来成了开源运动的原型，虽然AT&T后来反悔，但种子已经发芽。
分裂与标准战争：BSD vs System V的法律纠缠，让UNIX失去了统一，但也催生了Linux和POSIX标准。POSIX保证了不同Unix系统上的软件可以互相移植。
自由软件许可证（GPL）：理查德·斯托曼的愤怒转化成了许可证制度。确立了“代码一经开源，必须永远开源”的互惠原则。这个选择直接影响了今天我们用的所有开源软件。

下一章预告

UNIX分裂后，一个芬兰大学生在宿舍里写了一个小内核，起初只是“想了解我的新电脑”。他发了一封邮件：“我正在写一个免费的操作系统（只是个爱好，不会像GNU那么大和专业）。” 30年后，他的系统跑在全世界80%的服务器和几十亿部手机上。

下一章：Linux的诞生——一个大学生的杰作。