Linux簡介

Linux簡介

Linux(聆聽i/ˈlɪnəks/ lin-əks)是一種自由和開源的類UNIX作業系統。該操作系統的內核由林納斯·託瓦茲在1991年10月5日首次發佈。,在加上使用空間的應用程序之後,成為Linux作業系統。Linux也是自由軟件和開放源代碼軟件發展中最著名的例子。只要遵循GNU通用公共許可證(GPL),任何個人和機構都可以自由地使用Linux的所有底層源代碼,也可以自由地修改和再發布。大多數Linux系統還包括像提供GUI的X Window之類的程序。除了一部分專家之外,大多數人都是直接使用Linux發行版,而不是自己選擇每一樣組件或自行設置。

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Linux嚴格來說是單指作業系統的內核,因作業系統中包含了許多用戶圖形介面和其他實用工具。如今Linux常用來指基於Linux的完整操作系統,內核則改以Linux內核稱之。由於這些支持用戶空間的系統工具和庫主要由理查德·斯托曼於1983年發起的GNU計劃提供,自由軟件基金會提議將其組合系統命名為GNU/Linux,但Linux不屬於GNU計劃,這個名稱並沒有得到社群的一致認同。

Linux最初是作為支持英特爾x86架構的個人電腦的一個自由操作系統。目前Linux已經被移植到更多的計算機硬件平臺,遠遠超出其他任何操作系統。Linux可以運行在服務器和其他大型平臺之上,如大型主機和超級計算機。世界上500個最快的超級計算機90%以上運行Linux發行版或變種,包括最快的前10名超級電腦運行的都是基於Linux內核的操作系統。Linux也廣泛應用在嵌入式系統上,如手機(Mobile Phone)、平板電腦(Tablet)、路由器(Router)、電視(TV)和電子遊戲機等。在移動設備上廣泛使用的Android操作系統就是建立在Linux內核之上。

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通常情況下,Linux被打包成供個人計算機和服務器使用的Linux發行版,一些流行的主流Linux發佈版,包括Debian(及其衍生版本Ubuntu、Linux Mint)、Fedora(及其相關版本Red Hat Enterprise Linux、CentOS)和openSUSE等。Linux發行版包含Linux內核和支撐內核的實用程序和庫,通常還帶有大量可以滿足各類需求的應用程序。個人計算機使用的Linux發行版通常包含X Window和一個相應的桌面環境,如GNOME或KDE。桌面Linux操作系統常用的應用程序,包括Firefox網頁瀏覽器、LibreOffice辦公軟件、GIMP圖像處理工具等。由於Linux是自由軟件,任何人都可以創建一個符合自己需求的Linux發行版。

發音

根據託瓦茲的說法,Linux的發音和“Minix”是押韻的。

“Li”中“i”的發音類似於“Minix”中“i”的發音,而“nux”中“u”的發音類似於英文單詞“profess”中“o”的發音。依照國際音標應該是['linэks][ˈlɪnəks]。

這裡有一份林納斯·託瓦茲本人說話的錄音,錄音內容為“Hello, this is Linus Torvalds, and I pronounce Linux as Linux”,也表明了作者對單詞的讀法。

歷史

UNIX

UNIX操作系統(英語:UNIX),是美國AT&T公司貝爾實驗室於1969年完成的操作系統。最早由肯·湯普遜(Ken Thompson),丹尼斯·裡奇(Dennis Ritchie),道格拉斯·麥克羅伊(Douglas McIlroy),和喬伊·歐桑納於1969年在AT&T貝爾實驗室開發。於1971年首次發佈,最初是完全用匯編語言編寫,這在當時是一種普遍的做法。後來,在1973年用一個重要的開拓性的方法,Unix被丹尼斯·裡奇用編程語言C(內核和I/O例外)重新編寫。高級語言編寫的操作系統具有更佳的兼容性,能更容易地移植到不同的計算機平臺。

GNU

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理查德·馬修·斯托曼(Richard M. Stallman),GNU計劃的創立者。

1983年,理查德·馬修·斯托曼創立GNU計劃。這個計劃有一個目標,是為了發展一個完全自由的類Unix作業系統。自1984年發起這個計劃以來,在1985年,理查德·馬修·斯托曼發起自由軟體基金會並且在1989年撰寫GPL。1990年代早期,GNU開始大量的產生或收集各種系統所必備的元件,像是——函式庫、編譯器、偵錯工具、文字編輯器、網頁服務器,以及一個Unix的使用者介面(Unix shell)——但是像一些底層環境,如硬體驅動、守護進程執行核心(kernel)仍然不完整和陷於停頓,GNU計劃中是在馬赫微核(Mach microkernel)的架構之上開發系統核心,也就是所謂的GNU Hurd,但是這個基於Mach的設計異常複雜,發展進度則相對緩慢。林納斯·託瓦茲曾說過如果GNU核心在1991年時可以用,他不會自己去寫一個。

BSD

386BSD因為法律問題直到1992年還沒有發佈,NetBSD和FreeBSD是386BSD的後裔,早於Linux。林納斯·託瓦茲曾說,當時如果有可用的386BSD,他就可能不會編寫Linux。

MINIX

MINIX是一個輕量小型並採用微內核(Micro-Kernel)架構的類Unix操作系統,是安德魯·斯圖爾特·塔能鮑姆為在電腦科學用作教學而設計的。

MINIX與Linux

1991年,林納斯·託瓦茲在赫爾辛基大學上學時,對操作系統很好奇。他對MINIX只允許在教育上使用很不滿(在當時MINIX不允許被用作任何商業使用),於是他便開始寫他自己的操作系統,這就是後來的Linux核心。

Linux

在1991年,林納斯·託瓦茲開始在MINIX上開發Linux內核,為MINIX寫的軟體也可以在Linux內核上使用。後來使用GNU軟體代替MINIX的軟體,因為使用從GNU系統來的原始碼可以自由使用,這對Linux的發展是有益。使用GNU GPL協議的原始碼可以被其他項目所使用,只要這些項目使用同樣的協議發佈。為了讓Linux可以在商業上使用,林納斯·託瓦茲決定更改他原來的協議(這個協議會限制商業使用),以GNU GPL協議來代替。之後許多開發者致力融合GNU元素到Linux中,做出一個有完整功能的、自由的操作系統。

Linux的第一個版本在1991年9月被大學FTP server管理員Ari Lemmke發佈在Internet上,最初Torvalds稱這個核心的名稱為"Freax",意思是自由("free")和奇異("freak")的結合字,並且附上"X"這個常用的字母,以配合所謂的類Unix的系統。但是FTP伺服器管理員嫌原來的命名“Freax”的名稱不好聽,把核心的稱呼改成“Linux”,當時僅有10000行程式碼,仍必須執行於Minix操作系統之上,並且必須使用硬碟開機;隨後在10月份第二個版本(0.02版)發佈,同時這位芬蘭赫爾辛基的大學生在comp.os.minix上發佈一則訊息

Hello everybody out there using minix- I'm doing a (free) operation system (just a hobby, won't be big and professional like gnu) for 386(486) AT clones.

1994年3月,Linux1.0版正式發佈,Marc Ewing成立Red Hat軟件公司,成為最著名的Linux經銷商之一。

早期Linux的開機管理程式(boot loader)使用LILO(Linux Loader),早期的LILO存在著一些難以容忍的缺陷,例如無法識別1024柱面以後的硬碟空間,後來的GRUB(GRand Unified Bootloader)克服這些缺點,具有‘動態搜尋核心檔案’的功能,可以讓用戶在開機的時候,自行編輯開機設定系統檔案,透過ext2或ext3檔案系統中載入Linux Kernel(GRUB通過不同的文件系統驅動可以識別幾乎所有Linux支援的文件系統,因此可以使用很多文件系統來格式化核心文件所在的磁區,並不侷限於ext文件系統)。

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Linux的標誌和吉祥物是一隻名字叫做Tux的企鵝,標誌的由來是因為Linus在澳洲時曾被一隻動物園裡的企鵝咬了一口,便選擇企鵝作為Linux的標誌。更容易被接受的說法是:企鵝代表南極,而南極又是全世界所共有的一塊陸地。這也就代表Linux是所有人的Linux。

發展現狀

今天由Linus Torvalds帶領下,眾多開發共同參與開發和維護Linux內核。理查德·斯托曼領導的自由軟件基金會,繼續提供大量支持Linux內核的GNU組件。一些個人和企業開發的第三方的非GNU組件也提供對Linux內核的支持,這些第三方組件包括大量的作品,有內核模塊和用戶應用程序和庫等內容。Linux社區或企業都推出一些重要的Linux發行版,包括Linux內核、GNU組件、非GNU組件,以及其他形式的軟件包管理系統軟件。

系統架構

基於Linux的系統是一個模塊化的類Unix操作系統。Linux操作系統的大部分設計思想來源於20世紀70年代到80年代的Unix操作系統所建立的基本設計思想。Linux系統使用宏內核,由Linux內核負責處理進程控制、網絡,以及外圍設備和文件系統的訪問。在系統運行的時候,設備驅動程序要麼與內核直接整合,要麼以加載模塊形式添加。

Linux具有設備獨立性,它內核具有高度適應能力,從而給系統提供了更高級的功能。GNU用戶界面組件是大多數Linux操作系統的重要組成部分,提供常用的C函數庫,shell,還有許多常見的Unix實用工具,可以完成許多基本的操作系統任務。大多數Linux系統使用的圖形用戶界面建立在X窗口系統之上,由X窗口(XWindow)系統通過軟件工具及架構協議來建立操作系統所用的圖形用戶界面。

已安裝Linux操作系統包含的一些組件:

  1. 啟動程序——例如GRUB或LILO。該程序在計算機開機啟動的時候運行,並將Linux內核加載到內存中。
  2. init程序。init是由Linux內核創建的第一個進程,稱為根進程,所有的系統進程都是它的子進程,即所有的進程都是通過init啟動。init啟動的進程如系統服務和登錄提示(圖形或終端模式的選擇)。
  3. 軟件庫包含代碼,可以通過運行的進程。在Linux系統上使用ELF格式來執行文件,負責管理庫使用的動態鏈接器是“ld-linux.so”。Linux系統上最常用的軟件庫是GNU C庫。
  4. 用戶界面程序,如命令行shell或窗口環境。

Linux發行版

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Ubuntu是一個流行的桌面Linux發行版。

Linux發行版指的就是通常所說的“Linux操作系統”,它一般是由一些組織、團體、公司或者個人製作併發行的。Linux內核主要作為Linux發行版的一部分而使用。通常來講,一個Linux發行版包括Linux核心,以及將整個軟體安裝到電腦上的一套安裝工具,還有各種GNU軟件,和其他的一些自由軟件,在一些Linux發行版中可能會包含一些專有軟件。發行版為許多不同的目的而製作,包括對不同電腦硬體結構的支援,對普通用戶或開發者使用方式的調整,針對實時應用或嵌入式系統的開發等等。目前,超過三百個發行版被積極的開發,最普遍被使用的發行版有大約十二個。較為知名的有Debian、Ubuntu、Fedora和openSUSE等。

一個典型的發行版包括:Linux核心,GNU函式庫和各種系統工具,命令行Shell,圖形界面底層的X Window系統和上層的桌面環境等。桌面環境有如KDE或GNOME等,幷包含數千種從辦公套件,編譯器,文字編輯器,小遊戲,兒童教育軟體,到科學工具的應用軟件。

很多發行版含有LiveCD的方式,就是不需要安裝,放入系統光碟或其它介質進行啟動,就能夠在不改變現有系統的情況下使用。比較著名的有Damn Small Linux,Knoppix等。LiveCD的相關技術進步至此,很多的發行版本身的安裝光碟也有LiveCD的功能。

Linux的應用

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GNU/Linux社群設計的立體圖,並使用GPL授權

今天各種場合都有使用各種Linux套件,從嵌入式設備到超級電腦(Super Computer),並且在服務器領域確定了地位,通常服務器使用LAMP組合。在家庭與企業中使用Linux套件的情況越來越多。並且在政府中也很受歡迎,巴西聯邦政府由於支持Linux而世界聞名。有新聞報道俄羅斯軍隊自己製造的Linux發行版的,做為G.H.ost項目已經取得成果.印度的Kerala聯邦計劃在向全聯邦的高中推廣使用Linux。中國人為取得技術獨立,在龍芯過程中排他性地使用Linux。在西班牙的一些地區開發了自己的Linux發行版,並且在政府與教育領域廣泛使用,如Extremadura地區的gnuLinEx和Andalusia地區的Guadalinex。葡萄牙同樣使用自己的Linux發行版Caixa Mágica,用於Magalh?es筆記型電腦和e-escola政府軟件。法國和德國同樣開始逐步採用Linux。

傳統的Linux使用者一般都是專業人士。他們願意安裝並設置自己的操作系統,往往比其他操作系統的用戶花更多的時間在安裝並設置自己的操作系統。這些用戶有時被稱作“駭客”或是“極客”。

使用Linux主要的成本為移植、培訓和學習的費用,早期由於會使用Linux的人較少,並且在軟件設計時並未考慮非專業者的使用,導致這方面費用極高。但這方面的費用已經隨著Linux的日益普及和Linux上的軟件越來越多、越來越方便而降低,但專業仍是使用Linux的主要成本。

然而隨著Linux慢慢開始流行,有些原始設備製造商(OEM)開始在其銷售的電腦上預裝上Linux,Linux的用戶中也有了普通電腦用戶,Linux系統也開始慢慢出現在個人電腦操作系統市場。Linux在歐洲、美國和日本的流行程度較高,歐美地區還發行Linux平臺的遊戲和其他家用軟件。Linux開源社群方面也是以歐洲、美國、日本等已開發國家的人士居多。

每個孩子一臺筆記型電腦這一項目正在催生新的更為龐大的Linux用戶群,計劃將包括髮展中國家的幾億學童、他們的家庭和社區。在2007年,已經有六個國家訂購了至少每個國家一百萬臺以上免費發放給學生。Google、Red Hat和eBay是該項目的主要支持者。

基於其低廉成本與高度可設定性,Linux常常被應用於嵌入式系統,例如機上盒、行動電話及行動裝置等。在行動電話上,Linux已經成為IOS的主要競爭者;而在行動裝置上,則成為Windows CE與Palm OS外之另一個選擇。目前流行的TiVo數位攝影機使用了經過客製化後的Linux。此外,有不少硬件式的網路防火牆及路由器,例如部份LinkSys的產品,其內部都是使用Linux來驅動、並採用了作業系統提供的防火牆及路由功能。

個人電腦

轉換操作系統的開銷:自由開源意識形態與商業用途的衝突、缺乏強而有力的推廣廠商、缺乏對特殊的硬件和應用程序的支援、電腦技術人員不願再花費時間重複學習、對已有平臺的依賴,是制約Linux被採納的主要因素。

目前能在Windows或Mac OS上執行的應用軟體大部分都沒有Linux的版本,不過在Linux平臺上通常可以找到類似功能的應用軟件。大多數在Windows平臺上廣泛使用的自由軟體都有相應的Linux版本,例如Mozilla Firefox、Apache OpenOffice、Pidgin、VLC、GIMP;部分流行的專有軟件也有相應的Linux版本,如Adobe Flash Player、Adobe Reader、Google Earth、Nero Burning ROM、Opera、Maple、MATLAB、Skype、Maya、SPSS、Google Chrome。

另外,相當多的Windows應用程式可以通過Wine和一些基於Wine的項目如CrossOver正常運行和工作。如Microsoft Office、Adobe Photoshop、暴雪娛樂的遊戲、Picasa其中對於Photoshop的Crossover(Wine)相容性工作有Disney、DreamWorks、Pixar投資支援,等。Google大力參與Wine項目改進,Picasa的GNU/Linux版本也是經Wine測試的Windows平臺編譯版本。

整個亞洲,比較缺乏對Linux的支援,硬件和應用程序皆只考量微軟作業系統設計的需求。例如:Internet Explorer及ActiveX需求、Microsoft Office相容性、網絡遊戲以及一般用戶都傾向於使用Windows。

但是,Linux下也有相當多不能在Windows平臺下執行的軟件,主要是依靠X Window系統和其他Windows無法利用的資源,或者是因為穩定性等其他方面的考慮並不準備支援Windows。不過近年來,也不斷向其移植。有如KDE SC、Cinepaint正在進行向Windows的移植。Linux使用的增多也使得Windows開源軟體(Open Source)向Linux移植,比如Filezilla。

筆記本

Linux發行版同樣在筆記本市場很受歡迎,像ASUS Eee PC和Acer Aspire One,銷售時安裝有訂製的Linux發行版。

服務器、主機和超級計算機

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為Linux而設計的服務器

Linux發行版一直被用來作為服務器的操作系統,並且已經在該領域中佔據重要地位。根據2006年9月Netcraft(英語:Netcraft)的報告顯示,十個最大型的網絡託管公司有八個公司在其Web服務器運行Linux發行版。

Linux發行版是構成LAMP(Linux操作系統,Apache,MySQL,Perl / PHP / Python)的重要部分,LAMP是一個常見的網站託管平臺,在開發者中已經得到普及。

Linux發行版也經常使用作為超級計算機的操作系統,2010年11月公佈的超級計算機前500強,有459個(91.8%)運行Linux發行版。曾經是世界上最強大的超級計算機——IBM的紅杉(IBM Sequoia),已於2011年交付勞倫斯利福摩爾國家實驗室,並於2012年6月開始運作,也是選擇Linux作為操作系統。

嵌入式設備

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Android是建基於Linux的作業系統,在智能手機上相當熱門。

Linux的低成本、強大的定製功能以及良好的移植性能,使得Linux在嵌入式系統方面也得到廣泛應用。流行的TiVo數字視頻錄像機還採用了定製的Linux,思科在網絡防火牆和路由器也使用了定製的Linux。Korg OASYS、Korg的KRONOS、雅馬哈的YAMAHA MOTIF XS/Motif XF音樂工作站、雅馬哈的S90XS/S70XS、雅馬哈MOX6/MOX8次合成器、雅馬哈MOTIF-RACK XS音源模塊,以及Roland RD-700GX數碼鋼琴均運行Linux。Linux也用於舞臺燈光控制系統,如WholeHogIII控制檯。

在智能手機、平板電腦等移動設備方面,Linux也得到重要發展,基於Linux內核的Android操作系統已經超越諾基亞的Symbian操作系統,成為當今全球最流行的智能手機操作系統。在2010年第三季度,銷售全球的全部智能手機中使用Android的佔據25.5%(所有的基於Linux的手機操作系統在這段時間為27.6%)。

從2007年起,手機和掌上電腦上運行基於Linux的操作系統變得更加普遍,例如:諾基亞 N810、OpenMoko的Neo1973、摩托羅拉的ROKR E8。Palm(後來被HP公司收購)推出了一個新的基於Linux的webOS操作系統,並使用在新生產的Palm Pre智能手機上。

MeeGo是諾基亞和英特爾於2010年2月聯合推出的基於Linux的操作系統,諾基亞也推出了使用MeeGo操作系統的N9手機。2011年9月28日,繼諾基亞宣佈放棄開發MeeGo之後,英特爾也正式宣佈將MeeGo與LiMo合併成為新的系統Tizen。Jolla Mobile公司成立並推出了由MeeGo發展而來的Sailfish操作系統。2012年,Mozilla推出基於Linux核心的Firefox OS操作系統。

使用比例

很多開源軟體的定量研究聚焦在市場佔有率(雖然多數不算作市場中的商品)和可靠性,包括數不清的Linux分析報告。Linux份額成長迅速。IDC的2008年第二季度報告指出,Linux在所有服務器市場的市佔率已經達到29%,比該研究機構在2007年的調查大幅增加了12個百分點。這個估計數字基於Linux服務器的銷售額。

所以,Linux的市佔率是不可小覷的。Netcraft報告,在2010年二月,每10臺可靠的服務器中Linux發行版佔6臺,FreeBSD佔2臺,Windows佔1臺。而Debian、CentOS兩個至關重要的發行版並不銷售。

Linux的註冊商標是Linus Torvalds所有的。這是由於在1996年,一個名字叫做William R. Della Croce的律師開始向各個Linux發佈商發信,聲明他擁有Linux商標的所有權,並且要求各個發佈商支付版稅,這些發行商集體進行上訴,要求將該註冊商標重新分配給Linus Torvalds。Linus Torvalds一再聲明Linux是自由且免費的,他本人可以賣掉,但Linux絕不能賣。

“GNU/Linux”此名稱是GNU計劃的支持者與開發者,特別是其創立者理查德·斯托曼對於Linux操作系統的主張。由於此類操作系統使用了眾多GNU程序,包含Bash(Shell程式)、函式庫、編譯器等等作為Linux核心上的系統套件,理查德·斯托曼認為應該將該操作系統稱為“GNU/Linux”或“GNU+Linux”較為恰當,但現今多數人仍稱其為Linux。就1997年之前的Linux來看,一間CD-ROM的供應商所提供的資料顯示在他們的“Linux 發行版”中,GNU 軟件所佔最大的比重,大約佔全部源代碼的28%,且還包括一些關鍵的部件,如果沒有這些部件,系統就無法工作,而Linux 本身佔大約3%。

Linux社群中的一些成員,如埃裡克·雷蒙、林納斯·託瓦茲等人,偏好Linux的名稱,認為Linux朗朗上口,短而好記,拒絕使用“GNU/Linux”作為操作系統名稱。並且認為Linux並不屬於GNU計劃的一部份,斯托曼直到1990年代中期Linux開始流行後才要求更名。有部分Linux套件,如Debian,採用了“GNU/Linux”的稱呼。但大多數商業Linux套件依然將操作系統稱為Linux。而有些人則認為“操作系統”一詞指的只是系統的內核(Kernel),其他程序都只能算是應用軟件,因而,該操作系統應叫Linux,但Linux系統套件是在Linux內核的基礎上加入各種GNU軟件套件集合而成的。

在這兩個主要名稱之外,也有其他名稱的提議。1992年,Yggdrasil Linux主張命名為Linux/GNU/X,因為除了GNU計劃軟體之外,很多Linux還採用了X視窗系統。

評價

正面

開放原始碼的Linux可以讓知識延續下去,新興的軟件公司可以從開放原始碼上快速、低價的建立專業能力,豐富市場的競爭,防止獨霸軟體巨獸的存在。

個人使用很少有版權問題,絕大多數都是免費使用,幾乎無所謂盜版問題。

新的Linux發行版大多數軟件都有服務器的服務,只要點選就可以自動下載、安裝經過認證的軟體,不需要到市面購買、安裝。

Linux學習的投資有效時間較長。舊版軟件、系統都還是存在,有原始碼可以衍生、分支,維護週期普遍比Windows長很多。就算被放棄,還是可以憑藉原始碼衍生。新的軟體更新發展多樣化,容易養成使用者習慣掌握原理,而不是養成操作習慣。

強大的Shell及腳本支援,容易組合出符合需求的環境或創造自動程序。

預設安全設定相對於目前主流的Windows作業系統安全很多。Windows作業系統為了非專業使用者降低了預設安全性的設定,導致系統容易受到木馬、病毒的侵害。盜版的Windows更糟糕,可能隨盜版作業系統捆綁木馬、惡意程式,部分預設超級使用者(Administrator)登錄、關閉安全更新等問題導致安全性更差。

負面

BSD的開發人員曾經批評過Linux核心開發人員過於重視新功能的添加而不是踏踏實實的把程式碼寫好、整理好。

Minix愛好者認為微核心是將來技術發展的方向,Linux在技術上是落伍陳舊的。

軟硬件支援性較差。大部份的軟、硬件廠商沒有或者不會優先開發Linux平臺的版本,或者Linux平臺的版本功能較少,致使可用的應用程序、硬件周邊支援性相較於Windows、Mac平臺差。

相當多的發行版(超過200個以上),使程式開發者無法針對所有發行版做測試,使用Linux平臺的應用軟件安裝在非主流發行版可能遭遇預料之外的問題或甚至於無法使用。

Linux系統及相關應用軟體主要是由黑客等程式設計師及其它Linux愛好者共同合作開發出來的,所以缺少了商業軟件基於商業利益而調整操作界面使之更適合不同使用者的行為。對Linux使用方式的不習慣,以及不同軟件操作方式缺乏一致性使得使用者產生Linux系統難以使用的感受。


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