計算機操作系統(tǒng)的發(fā)展

摘 要：隨著操作系統(tǒng)的新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，用戶的需求也隨之增多，于是系統(tǒng)不斷膨脹，功能不斷增加，并逐漸形成從開發(fā)工具到系統(tǒng)工具再到應(yīng)用軟件的一個平臺環(huán)境。本文主要針對操作系統(tǒng)在計算機發(fā)展中的核心地位和技術(shù)變革作出了分析，同時對算機操作系統(tǒng)的功能，發(fā)展和分類做了簡單的分析和闡述。

關(guān)鍵詞：計算機操作系統(tǒng)；發(fā)展；新技術(shù)；

中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-08-00-01

操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的內(nèi)核與基石，它肩負諸如管理與配置內(nèi)存、決定系統(tǒng)資源供需的優(yōu)先次序、控制輸入與輸出設(shè)備、連接網(wǎng)絡(luò)與協(xié)調(diào)文件系統(tǒng)等基本事務(wù)。操作系統(tǒng)通過管理硬件資源和軟件資源，控制程序運行，最大限度地發(fā)揮計算機功能，為用戶提供服務(wù)。目前的操作系統(tǒng)種類繁多，很難用單一標準統(tǒng)一分類。根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域來劃分，可分為桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)、主機操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)。

一、操作系統(tǒng)的基本介紹

（一）操作系統(tǒng)的功能：管理計算機系統(tǒng)的硬件、軟件等各種資源，發(fā)揮計算機的自動工作效率；協(xié)調(diào)使用過程中各種資源的關(guān)系， 合理調(diào)度各類設(shè)備運行；為用戶提供易用的控制界面，方便使用計算機的各項功能。

（二）操作系統(tǒng)的發(fā)展：操作系統(tǒng)原為提供簡單的工作排序能力，后為輔助管理更復(fù)雜的硬件設(shè)施而逐漸強化。從最早的批次模式開始，分時機制也隨之出現(xiàn)，在多處理器時代來臨時，操作系統(tǒng)也隨之添加多處理器協(xié)調(diào)功能，甚至是分布式系統(tǒng)的協(xié)調(diào)功能。其他方面的演變也類似于此。

1、手工操作階段。在這個階段的計算機，主要元器件是電子管，運算速度慢，沒有任何軟件，更沒有操作系統(tǒng)。用戶直接使用機器語言編寫程序，上機時完全手工操作，首先將預(yù)先準備好的程序紙帶裝入輸入機，然后啟動輸入機把程序和數(shù)據(jù)送入計算機，接著通過開關(guān)啟動程序運行，計算完成后，打印機輸出結(jié)果。用戶必須是非常專業(yè)的技術(shù)人員才能實現(xiàn)對計算機的控制；2、批處理階段。由于20世紀50年代中期，計算機的主要元器件由晶體管取代，運行速度有了很大的提高，這時軟件也開始迅速發(fā)展，出現(xiàn)了早期的操作系統(tǒng)，這就是早期的對用戶提交的程序進行管理的監(jiān)控程序和批處理軟件。3、多程序系統(tǒng)階段。隨著中、小規(guī)模的集成電路在計算機系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，CPU的運動速度大大提高，為了提高CPU的利用率，引入了多道程序設(shè)計技術(shù)，并出現(xiàn)了專門支持多道程序的硬件機構(gòu)，這一時期，為了進一步提高CPU的利用效率，出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)等等，從而產(chǎn)生了更加強大的監(jiān)管程序，并迅速發(fā)展成為計算機科學(xué)中的一個重要分支，就是操作系統(tǒng)。統(tǒng)稱為傳統(tǒng)操作系統(tǒng)；4、現(xiàn)代操作系統(tǒng)階段。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路急速的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了微處理器，使得計算機的體系結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，計算機的運行速度進一步提高，而體積卻大大減少。它的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)清晰、功能全面、可以適應(yīng)多種用途的需要并且操作使用便捷。

二、操作系統(tǒng)新技術(shù)

隨著操作系統(tǒng)不斷發(fā)展，它的新技術(shù)主要包括操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的微內(nèi)核技術(shù)和操作系統(tǒng)軟件設(shè)計的面向?qū)ο蠹夹g(shù)。

（一）微內(nèi)核操作系統(tǒng)技術(shù)：現(xiàn)代操作系統(tǒng)設(shè)計中的一個突出思想是把系統(tǒng)中更多的成分和功能放到更高的層次（即用戶模式）中去運行，而留下一個盡量小的內(nèi)核，用它來完成操作系統(tǒng)最基本的核心功能，這就是微內(nèi)核技術(shù)。

1、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)：（1）把那些最基本、最本質(zhì)的操作系統(tǒng)功能保留在內(nèi)核中；（2）把大部分操作系統(tǒng)的功能移到內(nèi)核之外，并且每一個操作系統(tǒng)功能均以單獨進程形式存在；（3）在內(nèi)核之外的用戶空間中包括所有進程。這些進程之間是客戶/服務(wù)器模式。

3、微內(nèi)核包含的主要成分：（1）中斷和異常處理機制；（2）進程間通信機制；（3）處理機調(diào)度機制；（4）有關(guān)服務(wù)功能的基本機制。

4、微內(nèi)核的實現(xiàn)：微內(nèi)核實現(xiàn)中的一個主要問題是“微”和性能要求的綜合考慮。要做到“微”的關(guān)鍵是實現(xiàn)機制和策略分離的概念。由于微內(nèi)核中最主要的是進程間消息通信和中斷處理機制，下面簡述兩者的實現(xiàn)。

（1）進程間通信機制：提供通信服務(wù)是微內(nèi)核的主要功能之一，也是內(nèi)核實現(xiàn)其他服務(wù)的基礎(chǔ)。無論是發(fā)送請求消息和服務(wù)器的回答消息都是要經(jīng)過內(nèi)核，進程的消息通信一般是通過端口展開。（2）中斷處理機制：微內(nèi)核結(jié)構(gòu)中將中斷機制與中斷處理分離，即把中斷機制放在微內(nèi)核中，而把中斷處理放到用戶空間相應(yīng)的服務(wù)進程中。微內(nèi)核的中斷機制，主要負責以下工作：

當中斷發(fā)生時識別中斷；通過中斷數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)把該中斷信號映射到相關(guān)的進程；把中斷轉(zhuǎn)換成一個消息；把消息發(fā)給用戶空間中相關(guān)進程的端口，但內(nèi)核不涉及到任何中斷處理。

5、微內(nèi)核結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：安全可靠，統(tǒng)一的接口方式，獨立靈活的模塊結(jié)構(gòu)，較強的升級擴展能力和跨平臺兼容性，同時提供了對分布式系統(tǒng)的支持。

6、微內(nèi)核的主要缺點：在微內(nèi)核結(jié)構(gòu)下，一次系統(tǒng)服務(wù)過程需要模式轉(zhuǎn)換和進程地址空間的開關(guān)，這就增加運算量，影響執(zhí)行速度。

（二）面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)技術(shù)：面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)是指基于對象模型的操作系統(tǒng)。

1、面向?qū)ο蟮暮诵母拍睿好嫦驅(qū)ο蟮幕舅枷胧前岩獦?gòu)造的系統(tǒng)表示成一系列對象的集合。其中的對象是指把一組數(shù)據(jù)和該數(shù)據(jù)的一些基本操作封裝在一起所形成的一個實體。面向?qū)ο蟮暮诵母拍畎ㄒ韵聨讉€方面：（1）封裝：在面向?qū)ο笾?，封裝的含義是將一個數(shù)據(jù)集和與這個數(shù)據(jù)有關(guān)的操作封裝在一起，形成一個能動的實體，即對象。封裝要求對象內(nèi)部的代碼和數(shù)據(jù)受保護。（2）繼承：繼承是指一些對象可以繼承另一些對象的功能和特征。（3）多態(tài)性：所謂多態(tài)性是指一個名字多種語義，或相同界面多種實現(xiàn)。多態(tài)性在面向?qū)ο笳Z言中是由重載和虛函數(shù)來實現(xiàn)的。（4）消息：消息是對象之間相互請求和相互合作的途徑。

2、面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)在面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)中，對象作為一種并發(fā)單位，所有系統(tǒng)資源，包括文件、進程、內(nèi)存塊等都被認為是一種對象，對系統(tǒng)資源的所有操作都是通過使用對象服務(wù)來完成的。面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)的優(yōu)點：（1）可以減少修改操作系統(tǒng)對于系統(tǒng)本身的影響。（2）操作系統(tǒng)的安全措施得以簡化。（3）對象為進程之間分享資源提供了便利。

三、結(jié)束語

在過去的幾十年里操作系統(tǒng)發(fā)生了革命性的變化：技術(shù)創(chuàng)新、用戶體驗升級、應(yīng)用領(lǐng)域擴展、功能不斷完善。同過去的幾十年一樣，在未來的20年操作系統(tǒng)也將發(fā)生巨大的變化。我們現(xiàn)在使用的操作系統(tǒng)已經(jīng)比較完善，相信以后的操作系統(tǒng)技術(shù)仍將逐步提高，使得操作更加簡便快捷。我也相信在未來，計算機技術(shù)會我們生活更加豐富多彩。