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1.2 1960年代 MULTICS 與 UNIX（1969）的分岔革命#

分時（Time-Sharing）：讓一台電腦服務許多人#

1950年代末的批次系統有一個致命的體驗缺陷：程式師把整疊卡片交出去，可能要等好幾個小時才拿回結果，而結果可能只是漏了一個逗號。電腦昂貴所以要「榨乾 CPU」，但人的生產力同樣昂貴。這個矛盾催生了分時系統（time-sharing）的想法：讓多個使用者透過各自的終端機「同時」使用電腦，OS 極快地在使用者之間輪轉 CPU，因為人在思考與打字時 CPU 正好可以服務別人——以人為緩衝，化解 I/O 與 CPU 的不匹配。

里程碑包括：

  • CTSS（MIT，1961，Fernando Corbató 領導）：第一個展示給大量使用者的分時系統，用一個簡單的輪轉排班器與磁鼓交換（swap）使用者行程。
  • Dartmouth Time-Sharing System, DTSS（1964）：讓 BASIC 語言與分時結合，普及了「互動式程式設計」文化。

MULTICS（1964–1969）：宏偉的野心#

MULTICS（Multiplexed Information and Computing Service）是 MIT、奇異公司（GE）與貝爾實驗室的合作計畫（1964 年啟動，目標平台為 GE-645），堪稱作業系統史上最雄心勃勃的工程。它幾乎一次到位地納入了當代所有先進概念：

  1. 單一樹狀檔案系統：所有檔案（包括裝置、目錄）掛在同一棵樹上，目錄可以像檔案一樣被掛載——今日 Linux 的 / 與 mount 直接繼承於此。
  2. 分段＋分頁的虛擬記憶體：每個行程擁有龐大（當時想像 2^18 段）的位址空間，段提供邏輯保護、頁提供實作機制。
  3. 動態連結：副程式在第一次呼叫時才連結進來。
  4. 以高階語言（PL/I）撰寫 OS：當時普遍認為 OS 必須用組語，MULTICS 證明了高階語言可行。
  5. 環形保護（protection rings）：8 個特權環，第 0 環最特權——Intel x86 的 ring 0/3 即源於此。

然而 MULTICS 追求「電腦公用事業（computer utility）」般的完美，工程不斷膨脹：程式碼巨大、GE-645 效能不彰、開發時程屢屢延後。貝爾實驗室在 1969 年退出計畫。

UNIX（1969）：極簡主義的分岔#

誕生故事#

MULTICS 退出後，貝爾實驗室的 Ken Thompson 手邊只剩一台閒置、效能低落的 DEC PDP-7，但他仍想繼續玩在 MULTICS 上寫的太空旅行（Space Travel）遊戲。1969 年夏天（妻子休假帶小孩回娘家的一個月），Thompson 在 PDP-7 上用組語寫出了小型 OS 的核心：檔案系統、行程機制、shell 與一組小工具。貝爾實驗室的同事 Brian Kernighan 開玩笑地把這個「閹割版 MULTICS」命名為 UNICS（UNiplexed Information and Computing Service），後來拼成 UNIX。

1971 年，Thompson 與 Dennis Ritchie 把 UNIX 移植到 PDP-11，並為專利部門的文字處理需求找到第一個實際用途。1973 年，Ritchie 以他自己為此目的設計的 C 語言重寫 UNIX 核心——這是劃時代的一步：OS 首次變成可攜的。1974 年 Ritchie 與 Thompson 在 CACM 發表〈The UNIX Time-Sharing System〉，UNIX 從此傳遍學術界（貝爾實驗室受反壟斷判決限制不能賣軟體，於是以象徵性費用附原始碼授權大學，意外造就了開放文化）。

UNIX 哲學：與 MULTICS 的對照#

UNIX 的成功並非因為功能比 MULTICS 多，而是因為取捨截然不同：

面向 MULTICS UNIX
設計哲學 宏偉、功能完備 極簡、能做就好
位址空間 段＋頁 平坦分頁（後繼 BSD 才加回虛擬記憶體）
檔案系統 龐大、支援複雜存取控制 簡單 inode、樹狀結構
程式介面 大而全的系統呼叫 小而正交：open/read/write/close 一體適用於檔案、裝置、pipe
複用機制 內建複雜功能 組合小工具：cat | grep | wc

「一切皆檔案」與「小程式透過 pipe 組合」，使 shell 成為一種可程式化的組合語言——從編譯器角度，UNIX shell 是第一個真正普及的腳本語言；而 pipe 則把「生產者—消費者」的同步抽象包裝成了語法符號 |。

分岔：BSD、System V 與開源#

  • 1970年代末，Berkeley 的 Bill Joy 等人發展出 BSD（Berkeley Software Distribution），加入 vi、C shell、TCP/IP（1983 年 4.2BSD，使 UNIX 成為網際網路的母語）與虛擬記憶體（3BSD，DARPA 資助）。
  • AT&T 於 1983 年（反壟斷判決生效、貝爾解體後）推出商業版 System V。
  • 1980年代的「UNIX 戰爭」（BSD vs. System V，及後來的 OSF/1 vs. Unix International）反而促進標準化：POSIX（1988）誕生，定義可攜的系統呼叫介面。
  • 1987 年 Andrew Tanenbaum 為教學寫出 MINIX；1991 年 Linus Torvalds 以 MINIX 為起點寫出 Linux 核心，與自由軟體基金會的 GNU 工具鏈（gcc 等）合流，成為今日統治伺服器、手機（Android）與超級電腦的系統。歷史在此完成一個閉環：UNIX 的血統經由教學與開源，繁殖出了整個現代運算世界。

為什麼「分岔」是關鍵詞#

本節標題強調「分岔革命」，因為 UNIX 的歷史展示了軟體演化的重要機制：

MULTICS 失敗於工程複雜度，UNIX 成功於簡單與可攜，但兩者共同塑造了今日 OS 的所有核心概念：行程、樹狀檔案系統、shell、權限模型。作業系統的教科書概念，幾乎都是在 1960 年代被發明、在 1970 年代被 UNIX 定型的。

系統呼叫範例：UNIX 的極簡介面#

UNIX 將所有 I/O 收斂為四個基本系統呼叫，這是「小而正交」哲學的最好展示：

// 同一組呼叫，適用於普通檔案、終端機、pipe、socket
int fd = open("input.txt", O_RDONLY);   // 取得描述子
char buf[512];
ssize_t n;
while ((n = read(fd, buf, sizeof(buf))) > 0)
    write(STDOUT_FILENO, buf, n);       // 寫到標準輸出
close(fd);

反觀管道組合：

cat access.log | grep "404" | awk '{print $7}' | sort | uniq -c | sort -rn

每一支程式只做一件事、以文字流為介面——這種「組合性（composability）」正是函式式程式設計所追求的管道（pipeline）思想，比 MapReduce 早了三十年出現在 shell 裡。

重點整理#

  • 分時系統（CTSS 1961）為了改善人的生產力而生；MULTICS（1964）整合了虛擬記憶體、樹狀檔案系統、動態連結與保護環。
  • UNIX（Thompson 1969，Ritchie 1973 以 C 重寫）以極簡、可攜、「一切皆檔案」與管道組合哲學勝出。
  • C 語言是為了寫 UNIX 而生的，OS 與編譯器在此深度綁定：ABI、呼叫慣例、libc 至今仍是兩界的共同邊界。
  • BSD/System V 分岔與 POSIX 標準化，經由 MINIX 傳到 Linux，構成現代 OS 的族譜。