操作系统

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一，操作系统是什么

《计算机硬件和软件》一节中提到，操作系统是软件，更准确地说是系统软件。一个没有安装操作系统的计算机，普通用户是无法使用的。

计算机运行过程中，操作系统往往扮演着中间人（或者中介）的角色。比如单纯的计算机硬件和应用程序之间，本身是无法实现通信的，操作系统为它们建立起了沟通的通道，使它们能够一起工作，完成用户指定的任务。

除此之外，操作系统还充当着用户和计算机硬件之间的中间人。我们知道，绝大多数操作系统都为用户提供了友好的图形操作界面，即打开计算机后在屏幕上看到的计算机桌面。一方面，用户可以在桌面上打开多个文件或应用程序；另一方面，操作系统会一直在计算机后台控制、协调各个硬件的工作，完成用户指定的操作。

根据运行状态的不同，可以将在操作系统中运行的应用程序分为 2 类，分别为前台执行程序和后台执行程序。所谓前台执行程序，指的是用户直接可以在计算机桌面或者任务栏中找到的应用程序；而后台执行程序，指的是没有显示在计算机桌面上、但实际却在运行的应用程序。以 Windows 为例，用户可以借助任务管理器查看并管理所有的后台执行程序。

二，操作系统的发展史

操作系统的发展，大致经历了以下几个重要的阶段。

1) 1945~1955年

这个时期处于第二次世界大战，数字计算机还尚未诞生，初期仍采用机械式继电器作为计算机的主要运算部件。由于机械式继电器的运算效率太差，后续又改用真空管作为主要部件。

但即便如此，计算机的性能问题也没有得到解决，由此还产生了新的问题，即整套机器由成千上万个真空管构成，体积过于庞大。不仅如此，每台机器都需要一群人来设计、编写程序并提供维护，限于当时还没有诞生任何的编程语言以及操作系统，开发人员只能使用机器语言编写程序。

处于这一时期的程序员，开发的系统主要用于数值计算，他们需要提前预约并争取到计算机的使用资格后，才能利用计算机执行他的程序。20 世纪 50 年代，穿孔卡片被引入到计算机中，程序员可以将程序编写到穿孔卡片上，然后交由计算机执行，在一定程序上提高了计算机的性能。

2) 1955~1965年：首个操作系统诞生

这一阶段的重要标志是晶体管的问世，通过用晶体管代替真空管，计算机的运行结果更加可靠，此类计算机通常称为“大型计算机”（简称大型机）。但受到价格的影响，大型机并不普及，仅有政府和一些大型的机构、公司负担得起这笔费用。

大型机的使用，要求程序员先将程序写到纸上，然后存储到打孔卡片中，随后卡片会被带到输入室并由指定操作员将其插入到输入设备中，计算机会将处理结果经位于输出室的打印机打印出来，交给程序员。显然，整个过程是非常繁琐的，当时的解决方案就是使用批处理系统。

批处理系统，其本质就是运行在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的任务。

具体来讲，在批处理系统的协助下，多个用户的任务将被收集起来并一起送到输入室。操作员会将这些任务统一读取到一块磁带（当时的存储工具）中，然后经过磁带机传输给计算机。操作员会手动操作计算机读取第一个任务并运行它，同时将处理结果生成到另一个磁带上，然后批处理系统会自动读取下一个任务，下下个任务…，直到处理完所有的任务。批处理过程完成后，操作员会将 2 块磁带取出，并开启下一次批处理过程。所有的处理结果会从存储处理结果的磁带中获取。

批处理系统主要用于工程设计制造和科学计算。这一代计算机使用了首个操作系统，通常称其为 FMS 操作系统。

3) 1964~1979年：多道程序系统诞生

1964 年，IBM 360系统计算机诞生。这一代计算机用硅芯片取代晶体管，并且此阶段开发出的操作系统，可以同时执行多个应用程序（称为多道程序系统），其中一些多道程序系统还兼具批处理、实时处理等功能。

4) 1979~至今：网络操作系统和分布式操作系统快速发展

这一时期，计算机内部的芯片往往由上千个晶体管构成，个人计算机（即微型计算机）和工作站出现并得到了快速的发展，从而也促进了网络操作系统和分布式操作系统的发展。

所谓网络操作系统，除具备先前操作系统所具有的诸如内存管理、文件管理、CPU 管理等功能外，还可以为计算机提供高效、可靠的网络通信能力，包括远程管理、文件传输、远程打印、电子邮件等。

而分布式操作系统，即具备分布式处理能力的操作系统，即该操作系统可以将位于不同地点、具备不同功能、拥有不同数据的多台计算机，通过网络连接起来，系统会统一管理、控制这些资源，从而可以完成大规模地数据处理。

Dos、Linux 以及 Windows 操作系统，就是这一时期网络操作系统和分布式操作系统的典型代表。

三，操作系统的类别

通过了解操作系统的发展史就不难理解，伴随着计算机硬件和软件的发展，先后诞生了多种操作系统。

根据不同操作系统各自的特点，大致可以将它们分为 5 类，分别为批处理操作系统、分时操作系统、分布式操作系统、网络操作系统以及实时操作系统。前面的讲解过程中，我们已经对批处理操作系统、分布式操作系统以及网络操作系统做了简单的介绍，接下来给大家介绍一下另外 2 种操作系统的特性。

分时操作系统最大的特点是，它支持位于不同终端的多个用户同时使用一台计算机，这些用户共享计算机的资源。举一个典型的例子，在该类型操作系统中所有用户共享 CPU，每个用户都可以向计算机发布任务，而 CPU 会以一定的顺序逐个执行这些任务。

实时操作系统是专为实时应用程序开发的，所谓实时应用程序，即这些应用程序必须在指定时间内对数据进行处理。实时操作系统最大的特性可总结为快速输入和及时响应。例如在炼油厂中，如果油的温度过高并超过阈值，就应立即响应，对此情况做及时处理。实时操作系统常用于控制科学仪器，并作为导弹发射系统、交通灯控制系统、空中交通管制系统等。

对于操作系统的 5 大分类，简单了解即可。