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操作系统

2014-09-24 17:27 来源:电脑邦 点击:1
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操作系统

  操作系统是管理计算机硬件资源,控制其他程序运行并为用户提供交互操作界面的系统软件的集合。操作系统是计算机系统的关键组成部分,负责管理与配置内存、决定系统资源供需的优先次序、控制输入与输出设备、操作网络与管理文件系统等基本任务。操作系统的种类很多,各种设备安装的操作系统可从简单到复杂,可从手机的嵌入式操作系统到超级计算机的大型操作系统。目前流行的现代操作系统主要有Android、BSD、iOS、Linux、Mac OS X、Windows、Windows Phone和z/OS等,除了Windows和z/OS等少数操作系统,大部分操作系统都为类Unix操作系统。

  一、操作系统的发展历史

  1、1980年代前

  第一部计算机并没有操作系统。这是由于早期个人电脑的建立方式(如同建造机械算盘)与效能不足以执行如此程序。但在1947年发明了晶体管,以及莫里斯·威尔克斯(Maurice Vincent Wilkes)发明的微程序方法,使得电脑不再是机械设备,而是电子产品。系统管理工具以及简化硬件操作流程的程序很快就出现了,且成为操作系统的基础。

  到了1960年代早期,商用电脑制造商制造了批次处理系统,此系统可将工作的建置、调度以及执行序列化。此时,厂商为每一台不同型号的电脑创造不同的操作系统,因此为某电脑而写的程序无法移植到其他电脑上执行,即使是同型号的电脑也不行。

  到了1964年,IBM推出了一系列用途与价位都不同的大型电脑IBM System/360,大型主机的经典之作。而它们都共享代号为OS/360的操作系统(而非每种产品都用量身订做的操作系统)。让单一操作系统适用于整个系列的产品是System/360成功的关键,且实际上IBM大型系统便是此系统的后裔;为System/360所写的应用程序依然可以在现代的IBM机器上执行!

  OS/360也包含另一个优点:永久贮存设备—硬盘驱动器的面世(IBM称为DASD(Direct access storage device))。另一个关键是分时概念的建立:将大型电脑珍贵的时间资源适当分配到所有使用者身上。分时也让使用者有独占整部机器的感觉;而Multics的分时系统是此时众多新操作系统中实践此观念最成功的。

  1963年,奇异公司与贝尔实验室合作以PL/I语言建立的Multics,是激发1970年代众多操作系统建立的灵感来源,尤其是由AT&T贝尔实验室的丹尼斯·里奇与肯·汤普逊所建立的Unix系统,为了实践平台移植能力,此操作系统在1969年由C语言重写;另一个广为市场采用的小型电脑操作系统是VMS。

  2、20世纪80年代

  第一代微型计算机并不像大型电脑或小型电脑,没有装设操作系统的需求或能力;它们只需要最基本的操作系统,通常这种操作系统都是从ROM读取的,此种程序被称为监视程序(Monitor)。

  1980年代,家用电脑开始普及。通常此时的电脑拥有8-bit处理器加上64KB内存、屏幕、键盘以及低音质喇叭。而80年代早期最著名的套装电脑为使用微处理器6510(6502芯片特别版)的Commodore C64。此电脑没有操作系统,而是以8KB只读内存BIOS初始化彩色屏幕、键盘以及软驱和打印机。它可用8KB只读内存BASIC语言来直接操作BIOS,并依此撰写程序,大部分是游戏。此BASIC语言的解释器勉强可算是此电脑的操作系统,当然就没有内核或软硬件保护机制了。此电脑上的游戏大多跳过BIOS层次,直接控制硬件。

  早期最著名的磁盘启动型操作系统是CP/M,它支持许多早期的微电脑,且被MS-DOS大量抄袭其功能。

  最早期的IBM PC其架构类似C64。当然它们也使用了BIOS以初始化与抽象化硬件的操作,甚至也附了一个BASIC解释器!但是它的BASIC优于其他公司产品的原因在于他有可携性,并且兼容于任何符合IBM PC架构的机器上。这样的PC可利用Intel-8088处理器(16-bit寄存器)寻址,并最多可有1MB的内存,然而最初只有640KB。软式磁盘机取代了过去的磁带机,成为新一代的储存设备,并可在他512KB的空间上读写。为了支持更进一步的文件读写概念,磁盘操作系统(Disk Operating System,DOS)因而诞生。此操作系统可以合并任意数量的磁区,因此可以在一张磁盘片上放置任意数量与大小的文件。文件之间以档名区别。IBM并没有很在意其上的DOS,因此以向外部公司购买的方式取得操作系统。

  1980年微软公司取得了与IBM的合约,并且收购了一家公司出产的操作系统,在将之修改后以MS-DOS的名义出品,此操作系统可以直接让程序操作BIOS与文件系统。到了Intel-80286处理器的时代,才开始实作基本的储存设备保护措施。MS-DOS的架构并不足以满足所有需求,因为它同时只能执行最多一个程序(如果想要同时执行程式,只能使用TSR的方式来跳过OS而由程序自行处理多任务的部份),且没有任何内存保护措施。对驱动程序的支持也不够完整,因此导致诸如音效设备必须由程序自行设置的状况,造成不兼容的情况所在多有。某些操作的效能也是可怕地糟糕。许多应用程序因此跳过MS-DOS的服务程序,而直接存取硬件设备以取得较好的效能。虽然如此,但MS-DOS还是变成了IBM PC上面最常用的操作系统(IBM自己也有推出DOS,称为IBM-DOS或PC-DOS)。MS-DOS的成功使得微软成为地球上最赚钱的公司之一。

  而1980年代另一个崛起的操作系统异数是Mac OS,此操作系统紧紧与麦金塔电脑捆绑在一起。此时一位施乐帕罗奥托研究中心员工Dominik Hagen访问了苹果电脑的史蒂夫·乔布斯,并且向他展示了此时施乐发展的图形化使用者界面。苹果电脑惊为天人,并打算向施乐购买此技术,但因帕罗奥托研究中心并非商业单位而是研究单位,因此施乐回绝了这项买卖。在此之后苹果一致认为个人电脑的未来必定属于图形使用者界面,因此也开始发展自己的图形化操作系统。现今许多我们认为是基本要件的图形化接口技术与规则,都是由苹果电脑打下的基础(例如下拉式菜单、桌面图标、拖曳式操作与双点击等)。但正确来说,图形化使用者界面的确是施乐创始的。

  3、20世纪90年代

  Apple I电脑,苹果电脑的第一代产品。延续80年代的竞争,1990年代出现了许多影响未来个人电脑市场深厚的操作系统。由于图形化使用者界面日趋繁复,操作系统的能力也越来越复杂与巨大,因此强韧且具有弹性的操作系统就成了迫切的需求。此年代是许多套装类的个人电脑操作系统互相竞争的时代。

  上一年代于市场崛起的苹果电脑,由于旧系统的设计不良,使得其后继发展不力,苹果电脑决定重新设计操作系统。经过许多失败的项目后,苹果于1997年释出新操作系统——MacOS的测试版,而后推出的正式版取得了巨大的成功。让原先失意离开苹果的Steve Jobs风光再现。

  除了商业主流的操作系统外,从1980年代起在开放原码的世界中,BSD系统也发展了非常久的一段时间,但在1990年代由于与AT&T的法律争端,使得远在芬兰赫尔辛基大学的另一股开源操作系统——Linux兴起。Linux内核是一个标准POSIX内核,其血缘可算是Unix家族的一支。Linux与BSD家族都搭配GNU计划所发展的应用程序,但是由于使用的许可证以及历史因素的作弄下,Linux取得了相当可观的开源操作系统市占率,而BSD则小得多。

  相较于MS-DOS的架构,Linux除了拥有傲人的可移植性(相较于Linux,MS-DOS只能运行在Intel CPU上),它也是一个分时多进程内核,以及良好的内存空间管理(普通的进程不能存取内核区域的内存)。想要存取任何非自己的内存空间的进程只能通过系统调用来达成。一般进程是处于使用者模式(User mode)底下,而执行系统调用时会被切换成内核模式(Kernel mode),所有的特殊指令只能在内核模式执行,此措施让内核可以完美管理系统内部与外部设备,并且拒绝无权限的进程提出的请求。因此理论上任何应用程序执行时的错误,都不可能让系统崩溃(Crash)。

  另一方面,微软对于更强力的操作系统呼声的回应便是Windows NT于1993年的面世。

  1983年开始微软就想要为MS-DOS建构一个图形化的操作系统应用程序,称为Windows(有人说这是比尔·盖茨被苹果的Lisa电脑上市所刺激)。

  一开始Windows并不是一个操作系统,只是一个应用程序,其背景还是纯MS-DOS系统,这是因为当时的BIOS设计以及MS-DOS的架构不甚良好之故。

  在1990年代初,微软与IBM的合作破裂,微软从OS/2(早期为命令行模式,后来成为一个很成功但是曲高和寡的图形化操作系统)项目中抽身,并且在1993年7月27日推出Windows NT 3.1,一个以OS/2为基础的图形化操作系统。

  并在1995年8月15日推出Windows 95。

  直到这时,Windows系统依然是建立在MS-DOS的基础上,因此消费者莫不期待微软在2000年所推出的Windows 2000上,因为它才算是第一个脱离MS-DOS基础的图形化操作系统。

  Windows NT系统的架构为:在硬件阶层之上,有一个由微内核直接接触的硬件抽象层(HAL),而不同的驱动程序以模块的形式挂载在内核上执行。因此微内核可以使用诸如输入输出、文件系统、网络、信息安全机制与虚拟内存等功能。而系统服务层提供所有统一规格的函数调用库,可以统一所有副系统的实作方法。例如尽管POSIX与OS/2对于同一件服务的名称与调用方法差异甚大,它们一样可以无碍地实作于系统服务层上。在系统服务层之上的副系统,全都是使用者模式,因此可以避免使用者程序执行非法行动。

  DOS副系统将每个DOS程序当成一进程执行,并以个别独立的MS-DOS虚拟机器承载其运行环境。另外一个是Windows 3.1 NT 模拟系统,实际上是在Win32副系统下执行Win16程序。因此达到了安全掌控为MS-DOS与早期Windows系统所撰写之旧版程序的能力。然而此架构只在Intel 80386处理器及后继机型上实作。且某些会直接读取硬件的程序,例如大部分的Win16游戏,就无法套用这套系统,因此很多早期游戏便无法在Windows NT上执行。

  Windows NT有3.1.3.5.3.51与4.0版。

  Windows 2000是Windows NT的改进系列(事实上是Windows NT 5.0)、Windows XP(Windows NT 5.1)以及Windows Server 2003(Windows NT 5.2)、Windows Vista(Windows NT 6.0)、Windows 7(Windows NT 6.1)也都是立基于Windows NT的架构上。

  而本年代渐渐增长并越趋复杂的嵌入式设备市场也促使嵌入式操作系统的成长。

  现代操作系统通常都有一个使用的绘图设备的图形化使用者界面,并附加如鼠标或触控面版等有别于键盘的输入设备。旧的OS或效能导向的服务器通常不会有如此亲切的接口,而是以命令行接口(CLI)加上键盘为输入设备。以上两种接口其实都是所谓的壳,其功能为接受并处理使用者的指令(例如按下一按钮,或在命令提示列上键入指令)。

  选择要安装的操作系统通常与其硬件架构有很大关系,只有Linux与BSD几乎可在所有硬件架构上执行,而Windows NT仅移植到了DEC Alpha与MIPS Magnum。

  在1990年代早期,个人电脑的选择就已被局限在Windows家族、类Unix家族以及Linux上,而以Linux及Mac OS X为最主要的另类选择,直至今日。

  大型机与嵌入式系统使用很多样化的操作系统。大型主机有许多开始支持Java及Linux以便共享其他平台的资源。嵌入式系统百家争鸣,从给Sensor Networks用的Berkeley Tiny OS到可以操作Microsoft Office的Windows CE都有。

  4、现在

  现代操作系统通常都有一个使用的绘图设备的图形用户界面(GUI),并附加如鼠标或触控面版等有别于键盘的输入设备。旧的OS或性能导向的服务器通常不会有如此亲切的界面,而是以命令行界面(CLI)加上键盘为输入设备。以上两种界面其实都是所谓的壳,其功能为接受并处理用户的指令(例如按下一按钮,或在命令提示列上键入指令)。

  选择要安装的操作系统通常与其硬件架构有很大关系,只有Linux与BSD几乎可在所有硬件架构上运行,而Windows NT仅移植到了DEC Alpha与MIPS Magnum。在1990年代早期,个人计算机的选择就已被局限在Windows家族、类Unix家族以及Linux上,而以Linux及Mac OS X为最主要的另类选择,直至今日。

  大型机与嵌入式系统使用很多样化的操作系统。在服务器方面Linux、UNIX和Windows Server占据了市场的大部分份额。在超级计算机方面,Linux取代Unix成为了第一大操作系统,截止2012年6月,世界超级计算机500强排名中基于Linux的超级计算机占据了462个席位,比率高达92%。随着智能手机的发展,Android和iOS已经成为目前最流行的两大手机操作系统

  二、操作系统的组成部分

  驱动程序:最底层的、直接控制和监视各类硬件的部分,它们的职责是隐藏硬件的具体细节,并向其他部分提供一个抽象的、通用的接口。

  内核:操作系统内核部分,通常运行在最高特权级,负责提供基础性、结构性的功能。

  接口库:是一系列特殊的程序库,它们职责在于把系统所提供的基本服务包装成应用程序所能够使用的编程接口(API),是最靠近应用程序的部分。例如,GNU C运行期库就属于此类,它把各种操作系统的内部编程接口包装成ANSI C和POSIX编程接口的形式。

  外围:是指操作系统中除以上三类以外的所有其他部分,通常是用于提供特定高级服务的部件。例如,在微内核结构中,大部分系统服务,以及UNIX/Linux中各种守护进程都通常被划归此列。

  三、操作系统的主要功能

  操作系统的主要功能是资源管理,程序控制和人机交互等。计算机系统的资源可分为设备资源和信息资源两大类。设备资源指的是组成计算机的硬件设备,如中央处理器,主存储器,磁盘存储器,打印机,磁带存储器,显示器,键盘输入设备和鼠标等。信息资源指的是存放于计算机内的各种数据,如文件,程序库,知识库,系统软件和应用软件等。

  操作系统位于底层硬件与用户之间,是两者沟通的桥梁。用户可以通过操作系统的用户界面,输入命令。操作系统则对命令进行解释,驱动硬件设备,实现用户要求。以现代观点而言,一个标准个人电脑的OS应该提供以下的功能:

  进程管理(Processing management)

  内存管理(Memory management)

  文件系统(File system)

  网络通讯(Networking)

  安全机制(Security)

  用户界面(User interface)

  驱动程序(Device drivers)

  资源管理

  系统的设备资源和信息资源都是操作系统根据用户需求按一定的策略来进行分配和调度的。操作系统的存储管理就负责把内存单元分配给需要内存的程序以便让它执行,在程序执行结束后将它占用的内存单元收回以便再使用。对于提供虚拟存储的计算机系统,操作系统还要与硬件配合做好页面调度工作,根据执行程序的要求分配页面,在执行中将页面调入和调出内存以及回收页面等。

  处理器管理或称处理器调度,是操作系统资源管理功能的另一个重要内容。在一个允许多道程序同时执行的系统里,操作系统会根据一定的策略将处理器交替地分配给系统内等待运行的程序。一道等待运行的程序只有在获得了处理器后才能运行。一道程序在运行中若遇到某个事件,例如启动外部设备而暂时不能继续运行下去,或一个外部事件的发生等等,操作系统就要来处理相应的事件,然后将处理器重新分配。

  操作系统的设备管理功能主要是分配和回收外部设备以及控制外部设备按用户程序的要求进行操作等。对于非存储型外部设备,如打印机、显示器等,它们可以直接作为一个设备分配给一个用户程序,在使用完毕后回收以便给另一个需求的用户使用。对于存储型的外部设备,如磁盘、磁带等,则是提供存储空间给用户,用来存放文件和数据。存储性外部设备的管理与信息管理是密切结合的。

  信息管理是操作系统的一个重要的功能,主要是向用户提供一个文件系统。一般说,一个文件系统向用户提供创建文件,撤销文件,读写文件,打开和关闭文件等功能。有了文件系统后,用户可按文件名存取数据而无需知道这些数据存放在哪里。这种做法不仅便于用户使用而且还有利于用户共享公共数据。此外,由于文件建立时允许创建者规定使用权限,这就可以保证数据的安全性。

  程序控制

  一个用户程序的执行自始至终是在操作系统控制下进行的。一个用户将他要解决的问题用某一种程序设计语言编写了一个程序后就将该程序连同对它执行的要求输入到计算机内,操作系统就根据要求控制这个用户程序的执行直到结束。操作系统控制用户的执行主要有以下一些内容:调入相应的编译程序,将用某种程序设计语言编写的源程序编译成计算机可执行的目标程序,分配内存储等资源将程序调入内存并启动,按用户指定的要求处理执行中出现的各种事件以及与操作员联系请示有关意外事件的处理等。

  人机交互

  操作系统的人机交互功能是决定计算机系统“友善性”的一个重要因素。人机交互功能主要靠可输入输出的外部设备和相应的软件来完成。可供人机交互使用的设备主要有键盘显示、鼠标、各种模式识别设备等。与这些设备相应的软件就是操作系统提供人机交互功能的部分。人机交互部分的主要作用是控制有关设备的运行和理解并执行通过人机交互设备传来的有关的各种命令和要求。

  进程管理

  不管是常驻程序或者应用程序,他们都以进程为标准执行单位。当年运用冯纽曼架构建造电脑时,每个中央处理器最多只能同时执行一个进程。早期的OS(例如DOS)也不允许任何程序打破这个限制,且DOS同时只有执行一个进程(虽然DOS自己宣称他们拥有终止并等待驻留(TSR)能力,可以部分且艰难地解决这问题)。现代的操作系统,即使只拥有一个CPU,也可以利用多进程(multitask)功能同时执行复数进程。进程管理指的是操作系统调整复数进程的功能。

  由于大部分的电脑只包含一颗中央处理器,在单内核(Core)的情况下多进程只是简单迅速地切换各进程,让每个进程都能够执行,在多内核或多处理器的情况下,所有进程通过许多协同技术在各处理器或内核上转换。越多进程同时执行,每个进程能分配到的时间比率就越小。很多OS在遇到此问题时会出现诸如音效断续或鼠标跳格的情况(称做崩溃(Thrashing),一种OS只能不停执行自己的管理程序并耗尽系统资源的状态,其他使用者或硬件的程序皆无法执行)。进程管理通常实现了分时的概念,大部分的OS可以利用指定不同的特权等级(priority),为每个进程改变所占的分时比例。特权越高的进程,执行优先级越高,单位时间内占的比例也越高。交互式OS也提供某种程度的回馈机制,让直接与使用者交互的进程拥有较高的特权值。

  内存管理

  根据帕金森定律:“你给程序再多内存,程序也会想尽办法耗光”,因此程序员通常希望系统给他无限量且无限快的存储器。大部分的现代计算机存储器架构都是层次结构式的,最快且数量最少的暂存器为首,然后是高速缓存、存储器以及最慢的磁盘存储设备。而操作系统的存储器管理提供查找可用的记忆空间、配置与释放记忆空间以及交换存储器和低速存储设备的内含物……等功能。此类又被称做虚拟内存管理的功能大幅增加每个进程可获得的记忆空间(通常是4GB,即使实际上RAM的数量远少于这数目)。然而这也带来了微幅降低运行效率的缺点,严重时甚至也会导致进程崩溃。

  存储器管理的另一个重点活动就是借由CPU的帮助来管理虚拟位置。如果同时有许多进程存储于记忆设备上,操作系统必须防止它们互相干扰对方的存储器内容(除非通过某些协定在可控制的范围下操作,并限制可访问的存储器范围)。分区存储器空间可以达成目标。每个进程只会看到整个存储器空间(从0到存储器空间的最大上限)被配置给它自己(当然,有些位置被操作系统保留而禁止访问)。CPU事先存了几个表以比对虚拟位置与实际存储器位置,这种方法称为标签页(paging)配置。

  借由对每个进程产生分开独立的位置空间,操作系统也可以轻易地一次释放某进程所占据的所有存储器。如果这个进程不释放存储器,操作系统可以退出进程并将存储器自动释放。

  虚拟内存

  虚拟内存是计算机系统内存管理的一种技术。它使得应用程序认为它拥有连续的可用的内存(一个连续完整的地址空间),而实际上,它通常是被分隔成多个物理内存碎片,还有部分暂时存储在外部磁盘存储器上,在需要时进行数据交换。

  用户接口

  用户接口包括作业一级接口和程序一级接口。作业一级接口为了便于用户直接或间接地控制自己的作业而设置。它通常包括联机用户接口与脱机用户接口。程序一级接口是为用户程序在执行中访问系统资源而设置的,通常由一组系统调用组成。

  在早期的单用户单任务操作系统(如DOS)中,每台计算机只有一个用户,每次运行一个程序,且次序不是很大,单个程序完全可以存放在实际内存中。这时虚拟内存并没有太大的用处。但随着程序占用存储器容量的增长和多用户多任务操作系统的出现,在程序设计时,在程序所需要的存储量与计算机系统实际配备的主存储器的容量之间往往存在着矛盾。例如,在某些低档的计算机中,物理内存的容量较小,而某些程序却需要很大的内存才能运行;而在多用户多任务系统中,多个用户或多个任务更新全部主存,要求同时执行独断程序。这些同时运行的程序到底占用实际内存中的哪一部分,在编写程序时是无法确定的,必须等到程序运行时才动态分配。

  为此,希望在编写程序时独立编址,既不考虑程序是否能在物理存储中存放得下,也不考虑程序应该存放在什么物理位置。而在程序运行时,则分配给每个程序一定的运行空间,由地址转换部件将编程时的地址转换成实际内存的物理地址。如果分配的内存不够,则只调入当前正在运行的或将要运行的程序块(或数据块),其余部分暂时驻留在辅存中。

  四、操作系统的分类

  1、批处理操作系统

  批处理操作系统(Batch Processing Operating System)的工作方式是:用户将作业交给系统操作员,系统操作员将许多用户的作业组成一批作业,之后输入到计算机中,在系统中形成一个自动转接的连续的作业流,然后启动操作系统,系统自动、依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。批处理操作系统的特点是:多道和成批处理。

  2、分时操作系统

  分时操作系统(Time Sharing Operating System,简称 TSOS)的工作方式是:一台主机连接了若干个终端,每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命令请求,系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发出下道命令。分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片。操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。多路性指,伺时有多个用户使用一台计算机,宏观上看是多个人同时使用一个CPU,微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU。交互性是指,用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)。“独占”性是指,用户感觉不到计算机为其他人服务,就像整个系统为他所独占。及时性指,系统对用户提出的请求及时响应。它支持位于不同终端的多个用户同时使用一台计算机,彼此独立互不干扰,用户感到好像一台计算机全为他所用。

  常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其原则是:分时优先,批处理在后。“前台”响应需频繁交互的作业,如终端的要求; “后台”处理时间性要求不强的作业。

  3、实时操作系统

  实时操作系统(Real Time Operating System,简称 RTOS)是指使计算机能及时响应外部事件的请求在规定的严格时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。实时操作系统要追求的目标是:对外部请求在严格时间范围内做出反应,有高可靠性和完整性。其主要特点是资源的分配和调度首先要考虑实时性然后才是效率。此外,实时操作系统应有较强的容错能力。

  4、网络操作系统

  网络操作系统(Network Operating System,简称 NOS)通常运行在服务器上的操作系统,是基于计算机网络的,是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件,包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。其目标是相互通信及资源共享。在其支持下,网络中的各台计算机能互相通信和共享资源。其主要特点是与网络的硬件相结合来完成网络的通信任务。网络操作系统被设计成在同一个网络中(通常是一个局部区域网络LAN,一个专用网络或其他网络)的多台计算机中的可以共享文件和打印机访问 。 流行的网络操作系统有Linux,UNIX,BSD,Windows Server, Mac OS X Server,Novell NetWare等。

  5、分布式操作系统

  分布式操作系统(Distributed Software Systems)是为分布计算系统配置的操作系统。大量的计算机通过网络被连结在一起,可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这种系统被称作分布式系统(DistributedSystem) 。它在资源管理,通信控制和操作系统的结构等方面都与其他操作系统有较大的区别。由于分布计算机系统的资源分布于系统的不同计算机上,操作系统对用户的资源需求不能像一般的操作系统那样等待有资源时直接分配的简单做法而是要在系统的各台计算机上搜索,找到所需资源后才可进行分配。对于有些资源,如具有多个副本的文件,还必须考虑一致性。所谓一致性是指若干个用户对同一个文件所同时读出的数据是一致的。为了保证一致性,操作系统须控制文件的读、写、操作,使得多个用户可同时读一个文件,而任一时刻最多只能有一个用户在修改文件。分布操作系统的通信功能类似于网络操作系统。由于分布计算机系统不像网络分布得很广,同时分布操作系统还要支持并行处理,因此它提供的通信机制和网络操作系统提供的有所不同,它要求通信速度高。分布操作系统的结构也不同于其他操作系统,它分布于系统的各台计算机上,能并行地处理用户的各种需求,有较强的容错能力。

  分布式操作系统是网络操作系统的更高形式,它保持了网络操作系统的全部功能,而且还具有透明性、可靠性和高性能等。网络操作系统和分布式操作系统虽然都用于管理分布在不同地理位置的计算机,但最大的差别是:网络操作系统知道确切的网址,而分布式系统则不知道计算机的确切地址;分布式操作系统负责整个的资源分配,能很好地隐藏系统内部的实现细节,如对象的物理位置等。这些都是对用户透明的。

  6、大型机操作系统

  大型机(Mainframe Computer),也称为大型主机。大型机使用专用的处理器指令集、操作系统和应用软件。最早的操作系统是针对20世纪60年代的大型主结构开发的,由于对这些系统在软件方面做了巨大投资,因此原来的计算机厂商继续开发与原来操作系统相兼容的硬件与操作系统。这些早期的操作系统是现代操作系统的先驱。现代的大型主机一般也可运行Linux或Unix变种。

  7、嵌入式操作系统

  嵌入式操作系统(Embedded Operating System)是用在嵌入式系统的操作系统。嵌入式系统使用非常广泛的操作系统。嵌入式设备一般专用的嵌入式操作系统(经常是实时操作系统,如VxWorks、eCos)或者指定程序员移植到这些新系统。以及某些功能缩减版本的Linux(如Android,Tizen,MeeGo,webOS)或者其他操作系统。某些情况下,嵌入式操作系统指称的是一个自带了固定应用软件的巨大泛用程序。在许多最简单的嵌入式系统中,所谓的操作系统就是指其上唯一的应用程序。

  五、常见的操作系统

  1、UNIX

  UNIX 是一个强大的多用户、多任务操作系统,支持多种处理器架构,按照操作系统的分类,属于分时操作系统。UNIX 最早由Ken Thompson和Dennis Ritchie于1969年在美国AT&T的贝尔实验室开发。

  2、Unix和类Unix家族树

  类Unix(Unix-like)操作系统指各种传统的Unix(比如System V、BSD、FreeBSD、OpenBSD、SUN公司的Solaris)以及各种与传统Unix类似的系统(例如Minix、Linux、QNX等)。它们虽然有的是自由软件,有的是商业软件,但都相当程度地继承了原始UNIX的特性,有许多相似处,并且都在一定程度上遵守POSIX规范。由于Unix是The Open Group的注册商标,特指遵守此公司定义的行为的操作系统。而类Unix通常指的是比原先的Unix包含更多特征的操作系统。类Unix系统可在非常多的处理器架构下运行,在服务器系统上有很高的使用率,例如大专院校或工程应用的工作站。

  某些Unix变种,例如HP的HP-UX以及IBM的AIX仅设计用于自家的硬件产品上,而SUN的Solaris可安装于自家的硬件或x86计算机上。苹果计算机的 Mac OS X 是一个从NeXTSTEP、Mach以及FreeBSD共同派生出来的微内核BSD系统,此OS取代了苹果计算机早期非Unix家族的Mac OS。

  3、Linux

  基于Linux的操作系统是20世纪1991年推出的一个多用户、多任务的操作系统。它与UNIX完全兼容。Linux最初是由芬兰赫尔辛基大学计算机系学生Linus Torvalds在基于UNIX的基础上开发的一个操作系统的内核程序,Linux的设计是为了在Intel微处理器上更有效的运用。其后在理查德·斯托曼的建议下以GNU通用公共许可证发布,成为自由软件Unix变种。它的最大的特点在于他是一个源代码公开的自由及开放源码的操作系统,其内核源代码可以自由传播。

  经历数年的披荆斩棘,自由开源的Linux系统逐渐蚕食以往专利软件的专业领域,例如以往计算机动画运算巨擘──SGI的IRIX系统已被Linux家族及贝尔实验室研发小组设计的九号计划与Inferno系统取代,皆用于分散表达式环境。它们并不像其他Unix系统,而是选择自带图形用户界面。九号计划原先并不普及,因为它刚推出时并非自由软件。后来改在自由及开源软件许可证Lucent Public License发布后,便开始拥有广大的用户及社区。Inferno已被售予Vita Nuova并以GPL/MIT许可证发布。

  Linux有各类发行版,通常为GNU/Linux,如Debian(及其衍生系统Ubuntu、Linux Mint)、Fedora、openSUSE等。Linux发行版作为个人计算机操作系统或服务器操作系统,在服务器上已成为主流的操作系统。Linux在嵌入式方面也得到广泛应用,基于Linux内核的Android操作系统已经成为当今全球最流行的智能手机操作系统。

  4、Mac OS X

  Mac OS X是苹果麦金塔电脑之操作系统软件的Mac OS最新版本。Mac OS是一套运行于苹果Macintosh系列电脑上的操作系统。Mac OS是首个在商用领域成功的图形用户界面。Macintosh组包括比尔·阿特金森(Bill Atkinson)、杰夫·拉斯金(Jef Raskin)和安迪·赫茨菲尔德(Andy Hertzfeld)。Mac OS X 于 2001年 首次在商场上推出。它包含两个主要的部分:Darwin,是以 BSD 原始代码和 Mach 微核心 为基础,类似 Unix 的开放原始码环境,由苹果电脑采用和与独立开发者协同作进一步的开发;及一个由苹果电脑开发,命名为 Aqua 之有版权的 GUI。

  5、Windows

  Windows是有微软公司成功开发的操作系统.Windows是一个多任务的操作系统,他采用图形窗口界面,用户对计算机的各种复杂操作只需通过点击鼠标就可以实现。[7]

  Microsoft Windows系列操作系统是在微软给IBM机器设计的MS-DOS的基础上设计的图形操作系统。Windows系统,如Windows 2000、Windows XP皆是创建于现代的Windows NT内核。NT内核是由OS/2和OpenVMS等系统上借用来的。Windows可以在32位和64位的Intel和AMD的处理器上运行,但是早期的版

  本也可以在DEC Alpha、MIPS与PowerPC架构上运行。 虽然由于人们对于开放源代码作业系统兴趣的提升,Windows的市场占有率有所下降,但是到2004年据库服务等一些功能。微软花费了很大研究与开发的经费用于使Windows拥有能运行企业的大型程序的能力。

  Windows XP在2001年10月25日发布,2004年8月24日发布服务包2,2008年4月21日发布最新的服务包3。 微软上一款操作系统Windows Vista(开发代码为Longhorn)于2007年1月30日发售[4]。Windows Vista增加了许多功能,尤其是系统的安全性和网络管理功能,并且其拥有界面华丽的Aero Glass。但是整体而言,其在全球市场上的口碑却并不是很好。而最新的Windows 8微软于2012年10月正式推出,微软自称触摸革命将开始。

  6、iOS

  iOS操作系统是由苹果公司开发的手持设备操作系统。苹果公司最早于2007年1月9日的Macworld大会上公布这个系统,最初是设计给iPhone使用的,后来陆续套用到iPod touch、iPad以及Apple TV等苹果产品上。iOS与苹果的Mac OS X操作系统一样,它也是以Darwin为基础的,因此同样属于类Unix的商业操作系统。原本这个系统名为iPhone OS,直到2010年6月7日WWDC大会上宣布改名为iOS。截止至2011年11月,根据Canalys的数据显示,iOS已经占据了全球智能手机系统市场份额的30%,在美国的市场占有率为43%。

  7、Android

  Android是一种以Linux为基础的开放源代码操作系统,主要使用于便携设备。[8] 尚未有统一中文名称,中国大陆地区较多人使用“安卓”或“安致”。Android操作系统最初由Andy Rubin开发,最初主要支持手机。2005年由Google收购注资,并组建开放手机联盟开发改良,逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。2011年第一季度,Android在全球的市场份额首次超过塞班系统,跃居全球第一。 2012年11月数据显示,Android占据全球智能手机操作系统市场76%的份额,中国市场占有率为90%。[9]

  8、Windows Phone

  Windows Phone(简称:WP)是微软发布的一款手机操作系统,它将微软旗下的Xbox Live游戏、Xbox Music音乐与独特的视频体验集成至手机中。微软公司于2010年10月11日晚上9点30分正式发布了智能手机操作系统Windows Phone,并将其使用接口称为“Modern”接口。2011年2月,“诺基亚”与微软达成全球战略同盟并深度合作共同研发。2011年9月27日,微软发布Windows Phone 7.5。2012年6月21日,微软正式发布Windows Phone 8,采用和Windows 8相同的Windows NT内核,同时也针对市场的Windows Phone 7.5发布Windows Phone 7.8。现有Windows Phone 7手机都将无法升级至Windows Phone 8。

  9、Chrome OS

  Chrome OS是由谷歌开发的一款基于Linux的操作系统,发展出与互联网紧密结合的云操作系统,工作时运行Web应用程序。谷歌在2009年7月7日发布该操作系统,并在2009年11月19日以Chromium OS之名推出相应的开源项目,并将Chromium OS代码开源。[10] 与开源的Chromium OS不同的是,已编译好的Chrome OS只能用在与谷歌的合作制造商的特定的硬件上。

  Chrome OS同时支持Intel x86以及ARM处理器,软件结构极其简单,可以理解为在Linux的内核上运行一个使用新的窗口系统的Chrome浏览器。对于开发人员来说,web就是平台,所有现有的web应用可以完美的在Chrome OS中运行,开发者也可以用不同的开发语言为其开发新的web应用。

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