操作系统

作者:管理员 日期 :2019-06-27
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。

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。


折叠编辑本段系统简介

​操作系统(英语:Operating System,简称OS)是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序,是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件,任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。操作系统所处位置作系统是用户和计算机的接口,同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源,控制程序运行,改善人机界面,为其它应用软件提供支持等,使计算机系统所有资源最大限度地发挥作用,提供了各种形式的用户界面,使用户有一个好的工作环境,为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口。

操作系统的种类相当多,各种设备安装的操作系统可从简单到复杂,可分为智能卡操作系统实时操作系统、传感器节点操作系统、嵌入式操作系统、个人计算机操作系统、多处理器操作系统、网络操作系统和大型机操作系统。[1]按应用领域划分主要有三种:桌面操作系统服务器操作系统和嵌入式操作系统。

桌面操作系统

桌面操作系统主要用于个人计算机上。个人计算机市场从硬件架构上来说主要分为两大阵营,PC机与Mac机,从软件上可主要分为两大类,分别为类Unix操作系统和Windows操作系统:

1、Unix和类Unix操作系统:Mac OS X,Linux发行版(如Debian,Ubuntu,Linux Mint,openSUSE,Fedora等);

2、微软公司Windows操作系统:Windows XP,Windows Vista,Windows 7,Windows 8,Windows NT等。

服务器操作系统 

服务器操作系统一般指的是安装在大型计算机上的操作系统,比如Web服务器、应用服务器数据库服务器等。服务器操作系统主要集中在三大类:

1、Unix系列:SUN Solaris,IBM-AIX,HP-UX,FreeBSD等;

2、Linux系列:Red Hat Linux,CentOS,Debian,Ubuntu等;

3、Windows系列:Windows Server 2003,Windows Server 2008,Windows Server 2008 R2等。

嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是应用在嵌入式系统的操作系统。嵌入式系统广泛应用在生活的各个方面,涵盖范围从便携设备到大型固定设施,如数码相机、手机、平板电脑、家用电器、医疗设备交通灯、航空电子设备和工厂控制设备等,越来越多嵌入式系统安装有实时操作系统。

在嵌入式领域常用的操作系统有嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks等,以及广泛使用在智能手机或平板电脑等消费电子产品的操作系统,如Android、iOS、Symbian、Windows Phone和BlackBerry OS等。


折叠编辑本段发展历史

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。

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。

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。

今天

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


折叠编辑本段组成部分

操作系统理论研究者有时把操作系统分成四大部分:

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。

并不是所有的操作系统都严格包括这四大部分。例如,在早期的微软视窗操作系统中,各部分耦合程度很深,难以区分彼此。而在使用外核结构的操作系统中,则根本没有驱动程序的概念。

操作系统中四大部分的不同布局,也就形成了几种整体结构的分野。常见的结构包括:简单结构、层结构、微内核结构、垂直结构、和虚拟机结构。


折叠编辑本段内核结构

内核是操作系统最内核最基础的构件,因而,内核结构往往对操作系统的外部特性以及应用领域有着一定程度的影响。尽管随着理论和实践的不断演进,操作系统高层特性与内核结构之间的耦合有日趋缩小之势,但习惯上,内核结构仍然是操作系统分类之常用标准。

内核的结构可以分为单内核、微内核、混合内核外内核等。

单内核(Monolithic kernel),又称为宏内核。单内核结构是操作系统中各内核部件杂然混居的形态,该结构于1960年代(亦有1950年代初之说,尚存争议),历史最长,是操作系统内核与外围分离时的最初形态。

微内核(Microkernel),又称为微核心。微内核结构是1980年代产生出来的较新的内核结构,强调结构性部件与功能性部件的分离。20世纪末,基于微内核结构,理论界中又发展出了超微内核与外内核等多种结构。尽管自1980年代起,大部分理论研究都集中在以微内核为首的“新兴”结构之上,然而,在应用领域之中,以单内核结构为基础的操作系统却一直占据着主导地位

混合内核(Hybrid kernel)像微内核结构,只不过它的组件更多的在核心态中运行,以获得更快的执行速度。

外内核(Exokernel)的设计理念是尽可能的减少软件的抽象化,这使得开发者可以专注于硬件的抽象化。外核心的设计极为简化,它的目标是在于同时简化传统微内核的讯息传递机制,以及整块性核心的软件抽象层。

在众多常用操作系统之中,除了QNX和基于Mach的UNIX等个别系统外,几乎全部采用单内核结构,例如大部分的Unix、Linux,以及Windows(微软声称Windows NT是基于改良的微内核架构的,尽管理论界对此存有异议)。 微内核和超微内核结构主要用于研究性操作系统,还有一些嵌入式系统使用外核。

基于单内核的操作系统通常有着较长的历史渊源。例如,绝大部分UNIX的家族史都可上溯至1960年代。该类操作系统多数有着相对古老的设计和实现(例如某些UNIX中存在着大量1970年代、1980年代的代码)。另外,往往在性能方面略优于同一应用领域中采用其他内核结构的操作系统(但通常认为此种性能优势不能完全归功于单内核结构)。


折叠编辑本段主要功能

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,既使实际上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。

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。[4]

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。


折叠编辑本段分类方法

操作系统种类繁多,很难用单一标准统一分类。

根据应用领域来划分,可分为桌面操作系统、服务器操作系统、嵌入式操作系统;

根据所支持的用户数目,可分为单用户操作系统(如MSDOS、OS/2.Windows)、多用户操作系统(如UNIX、Linux、MVS);

根据源码开放程度,可分为开源操作系统(如Linux、FreeBSD)和闭源操作系统(如Mac OS X、Windows);

根据硬件结构,可分为网络操作系统(Netware、Windows NT、OS/2 warp)、多媒体操作系统(Amiga)、和分布式操作系统等;

根据操作系统的使用环境和对作业处理方式来考虑,可分为批处理操作系统(如MVX、DOS/VSE)、分时操作系统( 如Linux、UNIX、XENIX、Mac OS X)、实时操作系统(如iEMX、VRTX、RTOS,RT WINDOWS);

根据存储器寻址的宽度可以将操作系统分为8位、16位、32位、64位、128位的操作系统。早期的操作系统一般只支持8位和16位存储器寻指宽度,现代的操作系统如Linux和Windows 7都支持32位和64位。

根据操作系统的技术复杂程度,可分为简单操作系统、智能操作系统(见智能软件)。所谓简单操作系统,指的是计算机初期所配置的操作系统,如IBM公司的磁盘操作系统DOS/360和微型计算机的操作系统CP/M等。这类操作系统的功能主要是操作命令的执行,文件服务,支持高级程序设计语言编译程序和控制外部设备等。


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