操作系统发展历史

计算机操作系统发展历史
从时间上说，操作系统的发展和计算机的组成与体系结构相关，大致经历了四个发展阶段：
•1946年—50年代末：第一代，电子管时代，无操作系统。

•1950年代末－60年代中期：第二代，晶体管时代，批处理系统。

•1960年代中期-70年代中期：第三代，集成电路时代，多道程序设计。

•1970年代中期至今：第四代，大规模和超大规模集成电路时代，分时系统。

现代计算机正向着巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几个方面发展。

手工操作
手工操作过程：先把程序纸带（或卡片）装上计算机，然后启动输入机把程序和送入计算机，接着通过控制台开关启动程序运行。

计算完毕，打印机输出计算结果，用户卸下并取走纸带（或卡片）。

第二个用户上机，重复同样的步骤。

手工操作存在问题：上机完全是手工操作，手工操作的慢速度和计算机的高速度之间形成矛盾.唯一的解决办法是摆脱手工操作，实现作业的自动过渡。

这就出现了批处理。

单道批处理系统(simple batch processing)
计算机发展的早期，没有任何用于管理的软件，所有的运行管理和具体操作都由用户自己承担，任何操作出错都要重做作业，CPU的利用率甚低。

解决的方法有两个：首先配备专门的计算机操作员，程序员不再直接操作机器，减少操作机器的错误。

另一个是进行批处理，操作员把用户提交的作业分类，把一批中的作业编成一个作业执行序列。

每一批作业将有专门编制的监督程序（monitor）自动依次处理。

1．批处理中的作业的组成：包括用户程序、数据和作业说明书（作业控制语言）。

“批”：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带）。

2．两种批处理方式
早期批处理分为两种：联机批处理和脱机批处理。

(1) 联机批处理慢速的输入输出(I/O)处理仍直接由主机来完成。

执行过程：
•用户提交作业：对于作业、数据，用作业控制语言编写作业说明书；
•作业以纸带或卡片为保存介质；
•操作员合成批作业，通过输入设备（纸带输入机或读卡机）存入磁带；
•监督程序根据系统资源情况读入一个作业；
•从磁带读入汇编或编译程序，将用户作业源程序生成目标代码；
•连接装配程序将目标代码变为可执行程序；
•启动执行；
•执行完毕，执行结果输出；
•读入另一个作业，重复过程e-i；
•一批作业完成后，处理下一批作业；
联机批处理主要优点：解决了作业自动转接，减少了作业建立和手工操作时间。

联机批处理存在问题：CPU 与I/O串行操作，输入输出时，CPU处于等待状态。

(2)脱机批处理（缓冲技术的一种）
脱机批处理显著特征是增加一台不与主机直接连接而专门用于与输入输出打交道的卫星机。

利用卫星机完成输入输出功能。

主机与卫星机可并行工作。

卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。

作业控制命令由监督程序来执行，完成如装入程序、编译、运行等操作。

脱机批处理主要优点：实现了作业自动过渡，改善了输入输出设备的利用率，提高了计算机的处理能力。

脱机批处理存在问题：磁带需要手工拆装，系统的保护不够。

脱机批处理的实例：
20世纪60年代初期，硬件获得了两方面（即通道和中断技术）的进展，导致操作系统进入执行系统(executive system)阶段。

通道(channel)是一种专用处理部件，它能控制一台或多台输入输出设备工作，负责输入输出设备与主存之间的信息传输。

它一旦被启动就能独立与CPU
运行，这样可使CPU和通道并行操作，而且CPU和多种输入输出设备也能并行操作。

中断(interrupt)是指当主机接到外部信号时，马上停止原来工作，转去处理这一事件，处理完毕后，主机回到原来的断点继续工作。

多道程序系统(multiprogramming system)
早期的批处理可能出现两种情况：对于以计算为主的作业，输入输出量少，外围设备空闲；对于以输入输出为主的作业，主机空闲。

单道运行：每次只调用一个用户作业程序进入内存并运行。

多道程序合理搭配输入输出为主与计算为主程序交替运行，充分利用资源，提高系统效率。

多道程序的运行特点：
多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。

宏观上并行运行：同时进入系统的几道程序都处于运行状态，但都未运行完。

微观上串行运行：各作业轮流使用CPU，交替执行。

在批处理中采用多道程序设计技术，就形成了多道批处理系统。

在当前运行的作业需做I/O处理时，CPU转而执行另一个作业。

（I/O完成后是否立刻恢复执行，要等到其他程序再次I/O时）。

多道程序系统的技术问题：
（1）并行程序的运行需要共享软件硬件资源，需要同步和互斥机制。

（2）多道程序需要提高内存的使用效率，需要覆盖技术、对换技术、虚拟存储等技术。

（3）多道程序在内存中要保证系统程序存储区和用户程序存储区的安全可靠，需要内存保护。

分时系统(time-sharing system)
分时技术：把处理机的运行时间分为很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。

“分时”的含义：分时是指多个用户利用分时技术分享使用同一台计算机。

多个程序分时共享硬件和软件资源（注意区分：硬件各部分的分时，如CPU和DMA使用总线和内存）。

分时系统：一般采用时间片轮转的方式，使一台计算机为多个终端服务。

对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互会话能力。

分时系统的特点：
(1)人机交互性好：在调试和运行程序时由用户自己操作。

(2)多用户同时性：多个用户同时使用。

(3)用户独立性：对每个用户而言，好象独占主机。

多用户分时操作系统是当今计算机操作系统中使用最普遍的一类操作系统。

实时系统(real-time system)
实时系统是一种联机系统，主要用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括实时控制、实时信息处理。

主要特点是提供即时响应和高可靠性。

要求：响应时间短，在一定范围之内；系统可靠性高。

通用系统(general system)
批处理系统、分时系统和实时系统是操作系统的三种基本类型。

目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理两种以上的功能，又称作通用操作系统。

通常把实时任务称为前台作业，批作业称为后台作业。

将批处理和分时处理相结合可构成分时批处理系统。

例如：UNIX操作系统:SUN公司的Solaris，IBM公司的AIX。

Windows操作系统:Microsoft公司的Windows系列。

Linux操作系统：Redhat,红旗Linux等。

操作系统的进一步发展
２０世纪８０年代，大规模集成电路的发展，一方面迎来了个人计算机飞速发展，一方面又向网络化、分布式处理、巨型计算机、智能化方向发展。

主要包括：个人计算机上的操作系统，嵌入式操作系统，网络操作系统，分布式操作系统，智能化操作系统。

个人计算机操作系统
个人计算机上的操作系统是联机交互的单用户操作系统，它提供的联机交互功能与通用分时系统提供的功能很相似。

由于是个人专用，因此一些功能会简单得多。

然而，由于个人计算机的应用普及，对于提供更方便友好的用户接口和丰富功能的文件系统的要求会愈来愈迫切。

网络操作系统
计算机网络：通过通信设施，将地理上分散的、具有自治功能的多个计算机系统互连起来，实现信息交换、资源共享、互操作和协作处理的系统。

网络操作系统：在原来各自计算机操作系统上，按照网络体系结构的各个协议标准增加网络管理模块，其中包括：通信、资源共享、系统安全和各种网络应用服务。

分布式操作系统
表面上看，分布式系统与计算机网络系统没有多大区别。

分布式操作系统也是通过通信网络，将地理上分散的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互连起来，实现信息交换和资源共享，协作完成任务。

——硬件连接相同。

但有如下一些明显的区别：
（1）分布式系统要求一个统一的操作系统，实现系统操作的统一性。

（2）分布式操作系统管理分布式系统中的所有资源，它负责全系统的资源
分配和调度、任务划分、信息传输和控制协调工作，并为用户提供一个统一的界面。

（3）用户通过这一界面，实现所需要的操作和使用系统资源，至于操作定在哪一台计算机上执行，或使用哪台计算机的资源，则是操作系统完成的，用户不必知道，此谓：系统的透明性。

（4）分布式系统更强调分布式计算和处理，因此对于多机合作和系统重构、坚强性和容错能力有更高的要求，希望系统有：更短的响应时间、高吞吐量和高可靠性。

下面从两种主流操作系统微软的DOS和Windows以及Linux的角度分别介绍一下它们的发展史。

一、微软的DOS操作系统
这种操作系统我们现在已经很少用了，它就是我们以前用的那种看起来黑底白字的字符界面，现在已经被Windows操作系统所取代，同时，它也成为了Windows系统的一部分（即我们通常所说的命令提示符或DOS窗口）。

如今DOS 操作系统只在某些特殊场合才有用到，如故障维修。

从1981年问世至今，DOS经历了7次大的版本升级，从1.0版到现在的7.0版，不断地改进和完善。

但是，DOS系统的单用户（注：只能由一个用户登陆使用）、单任务（注：只能同时运行一个程序）、字符界面（注：即黑底白字的屏幕显示，而非我们常见的图形化界面）、和16位的大格局没有变化，因此它对于内存的管理也局限在640KB的范围内。

DOS最初是为IBM-PC开发的操作系统，因此它对硬件平台的要求很低，即使对于DOS6.0这样的高版本DOS，在640KB内存、40MB硬盘、80286处理器（注：即我们所说的286电脑）的环境下也可正常运行，因此DOS系统既适合于高档微机使用，又适合于低档微机使用。

常用的DOS有三种不同的品牌，它们是Microsoft（微软）公司的MS-DOS、IBM公司的PC-DOS以及Novell公司的DR DOS，这三种DOS都是兼容的，但仍有一些区别，三种DOS中使用最多的是MS-DOS。

DOS系统一个最大的优势是它支持众多的通用软件，如各种语言处理程序、数据库管理系统、文字处理软件、电子表格。

而且围绕DOS开发了很多应用软件系统，如财务、人事、统计、交通、医院等各种管理系统。

鉴于这个原因，尽管DOS已经不能适应32位机的硬件系统，但是仍在某些领域有其用武之地。

微软的windows系统
它是现在个人电脑中用的最多的操作系统，虽然许多人对它总是持抱怨态度，并且骂声不断，但它始终是我们最常用、最易用的操作系统。

Windows，中文名称“视窗”，是Microsoft（微软）公司在1985年11月发布的第一代窗口式多任务系统，它使PC机开始进入了所谓的图形用户界面（GUI：Graphic User Interface）时代。

在图形用户界面中，每一种应用软件（即由windows支持的软件）都用一个图标（Icon）表示，用户只需把鼠标移到某图标上，双击即可运行该软件，这种界面方式为用户提供了很大的方便，把计算机的
使用提高到了一个新的阶段。

Windows系统同样有许多不同的版本，包括Windows1.X/2.X/3.X（X代表不同版本号）、Windows9X(即Windows95、Windows98、WindowsME)、WindowsNT、Windows2000、WindowsXP、Windows2003以及即将于2007年初上市的WindowsVista等（注：这些操作系统基本上按推出年份进行了排序）。

它们主要用于桌面系统（即个人电脑）和服务器。

其中Windows9X、Windows2000专业版、WindowsXP家用版和专业版以及Vista都用于桌面电脑。

而WindowsNT、Windows2000/Xp服务器版及Windows2003则用于服务器，相比之下它们更加的稳定。

windows1.X版是一个具有多窗口及多任务功能的版本，但由于当时的硬件平台为PC/XT，速度很慢，所以windows1.X版本并未十分流行。

1987年底Microsoft公司又推出了MS-windows2.X 版，它具有窗口重叠功能，窗口大小也可以调整，并可把扩展内存和扩充内存作为磁盘高速缓存，从而提高了整台计算机的性能，此外它还提供了众多的应用程序：文本编辑Write、记事本Notepad、计算器Calculator、日历Calendar……等。

随后在88年、89年又先后推出了MS-windows/286-V2.1和MS-windows/386 V2.1这两个版本。

1990年，Microsoft公司推出了windows3.0，它的功能进一步加强，具有强大的内存管理，且提供了数量相当多的windows应用软件，因此成为386、486微机新的操作系统标准。

随后，windows发表3.1版，而且推出了相应的中文版。

3.1版较之 3.0版增加了一些新的功能，受到了用户欢迎，是当时最流行的windows版本。

1995年，Microsoft公司推出了windows95（也称为Chicago或windows4.0）。

在此之前的windows都是由DOS引导的，也就是说它们还不是一个完全独立的系统，而windows95是一个完全独立的系统，并在很多方面作了进一步的改进，还集成了网络功能和即插即用（Plug and Play）功能，是一个全新的32位操作系统。

1998年，Microsoft公司推出了windows95的改进版windows98（即人们戏称的瘟酒吧），windows98的一个最大特点就是把微软的Internet浏览器技术整合到了windows95里面，使得访问Internet资源就像访问本地硬盘一样方便，从而更好地满足了人们越来越多的访问Internet资源的需要。

windows98在相当长的一段时间内占据着PC操作系统的霸主地位，直到后来才逐渐被Microsoft 公司的纯32位操作系统windows2000以及windowsXP所取代。

2000年，Microsoft公司推出了基于NT核心的windows2000（又称windows NT5.0，由于它采用纯32位内核，因此它的稳定性较之windows98（16位与32位混用操作系统）有了大幅度的提升，不会再频繁的出现蓝屏现象。

在安全性上也达到了C2级别（美国国家安全局(NSA)的国家计算机安全中心制定的安全标准中的一个级别）。

同年，Microsoft公司推出了面向家庭娱乐的windows ME，但由于它相对于windows98并没有过多的技术创新，而且之后不久该公司又推出了windows XP，所以它并没有大幅度流行。

2001年底，Microsoft公司隆重推出了崭新的windows XP，它同样是32位，而且加入了许多新特性，对操作界面也作了较大改进，因此它是同时适合于个人和企业用户的新一代操作系统。

2003年，微软推出了Windows Server 2003，Windows Server 2003标准版是一个可靠的网络操作系统，可迅速方便地提供企业解决方案。

这种灵活的服务器是小型企业和部门应用的理想选择。

2007年1月，微软推出了Windows Vista系统，Windows Vista是微软公司的一款视窗操作系统。

微软也在Vista的安全性方面进行改良。

Windows XP最受到批评的一点是系统经常出现安全漏洞，并且容易受到恶意软件、计算机病毒或缓存溢出等问题的影响。

为了改善这些情形，微软总裁比尔·盖茨在2002上半年宣布在全公司实行“可信计算的政策”（Trustworthy Computing initiative），这个活动目的是让全公司各方面的软件开发部门一起合作，共同解决安全性的问题。

微软宣称由于希望优先增进Windows XP和Windows Server 2003的安全性，因此延误了Vista的开发。

2008年，微软推出了Windows Server 2008，Windows Server 2008 是迄今为止最可靠的 Windows Server，它加强了操作系统安全性并进行了突破安全创新，包括 Network Access Protection、Federated Rights Management、Read-Only Domain Controller，可为您的网络、数据和业务提供最高水平的安全保护。

2009年，win7诞生，Windows 7 是由微软公司开发的，具有革命性变化的操作系统。

该系统旨在让人们的日常电脑操作更加简单和快捷，为人们提供高效易行的工作环境。

现在windows8正在酝酿中，不日也将会登上操作系统的舞台。

Linux操作系统
Linux是一种自由和开放源码的类Unix操作系统。

目前存在着许多不同的Linux,但它们都使用了Linux内核。

Linux可安装在各种计算机硬件设备中，从手机、平板电脑、路由器和视频游戏控制台，到台式计算机、大型机和超级计算机。

Linux是一个领先的操作系统，世界上运算最快的10台超级计算机运行的都是Linux操作系统。

严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核，并且使用GNU 工程各种工具和数据库的操作系统。

Linux得名于计算机业余爱好者Linus Torvalds。

Linux 操作系统的诞生1981 年IBM 公司推出享誉全球的微型计算机IBM PC。

在1981-1991 年间，MS-DOS操作系统一直是微型计算机上操作系统的主宰。

此时计算机硬件价格虽然逐年下降，但软件价格仍然是居高不下。

当时Apple 的MACs 操作系统可以说是性能最好的，但是其天价没人能够轻易靠近。

到1991 年，GNU 计划已经开发出了许多工具软件。

最受期盼的Gnu C 编译器已经出现，但还没有开发出免费的GNU 操作系统。

即使是MINIX 也开始有了版权，需要购买才能得到源代码。

而GNU 的操作系统HURD 一直在开发之中，但并不能在几年内完成。

对于Linus 来说，已经不能等待了。

从1991 年4 月份起，他开始酝酿并着手编制自己的操作系统。

刚开始，他的目的很简单，只是为了学习Intel 386 体系结构保护模式运行方式下的编程技术。

但后来Linux 的发展却完全改变了初衷。

1991 年初，Linux 开始在一台386sx 兼容微机上学习minix 操作系统。

通过学习，他逐渐不能满足于minix 系统的现有性能，并开始酝酿开发一个新的免费操作系统。

根据Linux 在comp.os.minix 新闻组上发布的消息，我们可以知道他逐步从学习minix 系统到开发自己的Linux 的过程。

从1991 年的4 月份开始，Linus 几乎花了全部时间研究386-minix 系统
（hack the kernel)，并且尝试着移植GNU 的软件到该系统上（GNU gcc、bash、gdb 等）。

并于4 月13 日在comp.os.minix 上发布说自己已经成功地将bash 移植到了minix 上，而且已经爱不释手、不能离开这个shell 软件了。

第一个与Linux 有关的消息是在1991 年7 月3 日在comp.os.minix 上发布的（当然此时还不存在Linux 这个名称，当时Linus 的脑子里想的可能是FREAX ，FREAX 的英文含义是怪诞的、怪物、异想天开等）。

其中透露了他正在进行Linux 系统的开发，并且在Linux 最初的时候已经想到要实现与POSIX （UNIX 的国际标准）的兼容问题了。

在Linus 的下一发布的消息中（1991 年8 月25 日 comp.os.minix)，他向所有minix 用户询问"What would you like to see in minix?"("你最想在minix 中见到什么？")，在该消息中他首次透露出正在开发一个（免费的）386(486)操作系统，并且说只是兴趣而已，代码不会很大，也不会象GNU 的那样专业。

开发免费操作系统这个想法从 4 月份就开始酝酿了，希望大家反馈一些对于minix 系统中喜欢那些特色不喜欢什么等信息，由于实际的和其它一些原因，新开发的系统刚开始与minix 很象（并且使用了minix 的文件系统）。

并且已经成功地将bash(1.08 版）和gcc(1.40 版）移植到了新系统上，而且再过几个月就可以使用了。

最后，Linus 申明他开发的操作系统没有使用一行minix 的源代码；而且由于使用了386 的任务切换特性，所以该操作系统不好移植（没有可移植性），并且只能使用AT 硬盘。

对于Linux 的移植性问题，Linus 当时并没有考虑。

但是目前Linux 几乎可以运行在任何一种硬件体系结构上。

到了1991 年的10 月5 日，Linus 在comp.os.minix 新闻组上发布消息，正式向外宣布Linux 内核系统的诞生（Free minix-like kernel sources for 386-AT）。

这段消息可以称为Linux 的诞生宣言，并且一直广为流传。

因此10 月
5 日对Linux 社区来说是一个特殊的日子，许多后来Linux 的新版本发布时都选择了这个日子。

所以RedHat 公司选择这个日子发布它的新系统也不是偶然的。

Linux之所以受到广大计算机爱好者的喜爱，主要原因有两个，一是它属于自由软件，用户不用支付任何费用就可以获得它和它的源代码，并且可以根据自己的需要对它进行必要的修改，无偿对它使用，无约束地继续传播。

另一个原因是，它具有Unix的全部功能，任何使用Unix操作系统或想要学习Unix操作系统的人都可以从Linux中获益。

由于Linux是一套具有Unix全部功能的免费操作系统，它在众多的软件中占有很大的优势，为广大的计算机爱好者提供了学习、探索以及修改计算机操作系统内核的机会。

操作系统是一台计算机必不可少的系统软件，是整个计算机系统的灵魂。

一个操作系统是一个复杂的计算机程序集，它提供操作过程的协议或行为准则。

没有操作系统，计算机就无法工作，就不能解释和执行用户输入的命令或运行简单的程序。

大多数操作系统都是由一些主要的软件公司支持的商品化程序，用户只能有偿使用。

如果用户购买了一个操作系统，他就必须满足供应商所要求的一切条件。

因为操作系统是系统程序，用户不能擅自修改或试验操作系统的内核。

这对于广大计算机爱好者来说无疑是一种束缚。

要想发挥计算机的作用，仅有操作系统还不够，用户还必须要有各种应用程序的支持。

应用程序是用于处理某些工作（如字处理）的软件包，通常它也只能
有偿使用。

每个应用程序的软件包都为特定的操作系统和机器编写。

使用者无权修改这些应用程序。

使用 Linux，可以将操作系统变成一种操作环境。

由于Linux是一套自由软件，用户可以无偿地得到它及其源代码，可以无偿地获得大量的应用程序，而且可以任意地修改和补充它们。

这对用户学习、了解Unix操作系统的内核非常有益。

学习和使用Linux，能为用户节省一笔可观的资金。

Linux是目前唯一可免费获得的、为PC机平台上的多个用户提供多任务、多进程功能的操作系统，这是人们要使用它的主要原因。

就PC机平台而言，Linux 提供了比其他任何操作系统都要强大的功能，Linux还可以使用户远离各种商品化软件提供者促销广告的诱惑，再也不用承受每过一段时间就升级之苦，因此，可以节省大量用于购买或升级应用程序的资金。

Linux不仅为用户提供了强大的操作系统功能，而且还提供了丰富的应用软件。

用户不但可以从Internet上下载Linux及其源代码，而且还可以从Internet 上下载许多 Linux的应用程序。

可以说，Linux本身包含的应用程序以及移植到Linux上的应用程序包罗万象，任何一位用户都能从有关Linux的网站上找到适合自己特殊需要的应用程序及其源代码，这样，用户就可以根据自己的需要下载源代码，以便修改。

参考文献：
【1】何炎祥主编计算机操作系统（第2版）清华大学出版社 2011-06 3-25 【2】刘乃琦主编操作系统原理、设计及应用高等教育出版社 2008-05 1-29
4网络操作系统现状与展望。