操作系统过程考核读书报告：浅谈计算机操作系统

读书报告：浅谈计算机操作系统

摘要：计算机系统上配置操作系统是很有必要性, 未配置OS的计算机系统必须用机器语言书写程序, 操作系统可以将用户书写的高级语言转换为机器代码进行编译, OS还可以通过合理组织计算机的工作流程, 加速程序的运行, 缩短程序的运行周期, 提高系统的吞吐量, 近年发展起来的图形用户界面 (GUI) 更加方便了用户的使用与编程。近年来OS多采用微内核结构具有良好的扩充性, 在全球互连OSI国际标准实现了国际间的彼此兼容。

关键词：操作系统; 硬件软件; 接口;国内外操作系统；

一.操作系统的历史发展
操作系统是硬件系统的首次扩充, 提高其利用率和系统的吞吐量, 最早的计算机没有操作系统的概念。那时使用计算机的人是研究、设计、开发计算机系统的专家, 他们对计算机硬件系统及各部件之间如何配合工作非常熟悉。开机后, 再启动计算机由计算机自动执行程序。当时, 计算机运行一次只能执行一个程序, 即处理一个任务, 处理完之后就停下来, 等待工作人员为它加载下一个待处理的任务并安排所需要的资源。这样使用计算机非常麻烦, 对用户掌握计算机技术的要求非常高, 并且用计算机处理问题的效率非常低。这就促使人们考虑如何使计算机系统能够自动地管理好硬件资源, 屏蔽硬件的复杂性, 降低对用户使用计算机的技术要求;如何使计算机一次能够自动处理多个任务, 协调好各种软件之间的关系以及被执行的顺序, 合理充分地使用计算机内存资源, 提高CPU的使用效率;如何使计算机自动地管理好事先设计好的程序、待处理的数据, 在需要时能够自动地被调入计算机内处理, 并自动保存处理后的结果。根据不同的应用场合, 操作系统可分为以下几种类型:

一.手工操作
手工操作时代可以追溯到1946-1955年, 普遍使用机器语言, 用插件板、纸带、卡片输入输出进行科学计算, 时间上第一台电子计算机ENIAC就是手工操作时代产生的。手工操作存在很多弊端, 例如随着计算机处理能力的提高, 手工操作的低效率会造成很多浪费。

二.单道批处理系统时代
单道批处理系统在1955-1965年较为流行, 它使用汇编语言, FORTRAN和Job等语言, 也首次使用了操作系统, 即 FMS (Fortran Monitor System) , IBMSYS等, 在科学工程计算方面的功能很突出, 特别是联机批处理和脱机批处理, 单用户操作系统工作时只有一个用户作业 (指用户要求计算机完成一个独立任务) 在运行, 单用户操作系统一般用于微型计算机系统中, 如微型计算机的磁盘操作系统 (DOS) 。

三.多道批处理系统时代
在多道批处理系统在1965-1980年应用广泛, 其操作系统复杂而庞大, 内存中可以同时存放几个作业, 它采用集成电路将几项新技术, 如multiprogram–ming, spooling集合起来。批处理系统的代表兼容机思想的诞生与多道程序设计思想的实现, 主机的CPU按照预先分配给各终端的时间片轮流为各个终端服务, 各个终端在分配给自己的时间片内独占CPU, 分时共享计算机系统的资源。分时操作系统具有会话功能, 可以在工作过程中随时进行人机会话。工作时, 同时在系统上工作的不同用户好像自己独占这台计算机, 没有分时运行的感觉。多道批处理有多个优点, 例如作业流程自动化, 即使得资源的使用效率比较高, 而且同时吞吐率高, 也就是在1个单位时间中进行的线程总数比较大。但同样也有缺点, 用户之间交流性比较低, 调试程序困难, 浪费了时间和空间。多道批处理是指多个用户将需要执行的程序、数据和作业说明一起送到计算机中, 由操作系统对各个作业运行进行调度运行。

四.分时系统时代
分时系统存在于70年代至今, 分时系统即为多个程序分时共享硬件和软件资源, MIT的Compatible Time Sharing System的分时系统开创了多用户共享计算机资源的新时代, 它拥有便利的终端使用, 高可靠的大型文件系统, 内核、层次式目录、面向流的I/O以及把设备当做文件处理的多种新方式, 播撒了许多原创的概念, 对现代操作系统具有重大影响。分时系统把计算机的系统资源进行时间上的分割, 提高了计算机用户使用计算机时的多路性, 交互性, 独立性和及时性。
五.个人计算机时代
1973年, 第一个微机操作系统CP/M诞生, CP/M操作系统有较好的层次结构, 指挥主机、内存、磁鼓、磁带、磁盘、打印机等硬设备的特权, 它在1981年成为世界上流行最广的8位操作系统之一。个人计算机有较多新技术的发展, 例如在分时系统的基础上, 操作系统的发展开始分化, 有主机计算、个人计算、分布计算等, 例如网络操作系统。网络操作系统管理连接在计算机网络上的所有计算机。由于各计算机都有自己的一套操作系统, 因此, 网络操作系统提供了一个网络通信的协议, 在上层把网络中的计算机联系起来, 使得在网络中的各计算机均按照协议的规定进行通信。

二.国内外操作系统研究现状以及国内操作系统（主要介绍鸿蒙）

• Windows系列:DOS,Windows 3.x,Window 95,Windows NT,Windows XP

windows 原意是“窗户，视窗”的意思，windows系统出来之前，电脑上看到的只是枯燥的字幕数字(DOS)，比尔盖茨开发的“视窗”系统，使我们对电脑的应用更直接，更亲密，更易用。Microsoft公司从1983年开始研制Windows系统，最初的研制目标是在MS-DOS的基础上提供一个多任务的图形用户界面。经过时间的洗礼Windows系列操作系统在桌面操作系统领域占据绝对的市场领军地位。

• UNIX大家庭：SVR4,BSD, Solaris, AIX, HP_UX

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。最早由Ken Thompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy于1969年在AT&T的贝尔实验室开发。经过长期的发展和完善，目前已成长为一种主流的操作系统技术和基于这种技术的产品大家族。由于UNIX具有技术成熟、可靠性高、网络和数据库功能强、伸缩性突出和开放性好等特色，可满足各行各业的实际需要，特别能满足企业重要业务的需要，已经成为主要的工作站平台和重要的企业操作平台。

曾经是服务器操作系统的首选，占据最大市场份额，但最近在跟WINDOWS SERVER以及Linux的竞争中有所失利。

•自由软件Linux

Linux是一套免费使用和自由传播的类Unix操作系统，它主要用于基于Intel x86系列CPU的计算机上。这个系统是由世界各地的成千上万的程序员设计和实现的。其目的是建立不受任何商品化软件的版权制约的、全世界都能自由使用的Unix兼容产品。

Linux的出现，最早开始于一位名叫Linus Torvalds的计算机业余爱好者，当时他是芬兰赫尔辛基大学的学生。他的目的是想设计一个代替Minix（是由一位名叫Andrew Tannebaum的计算机教授编写的一个操作系统示教程序）的操作系统，这个操作系统可用于386、486或奔腾处理器的个人计算机上，并且具有Unix操作系统的全部功能，因而开始了Linux雏形的设计。

绝大多数基于Linux内核的的操作系统使用了大量的GNU软件，包括了shell程序、工具、程序库、编译器及工具，还有许多其他程序，例如Emacs。正因为如此，GNU计划的开创者理查德·马修·斯托曼博士提议将Linux操作系统改名为GNU/Linux。但有些人只把操作系统叫做"Linux"。

Linux的基本思想有两点：第一，一切都是文件；第二，每个软件都有确定的用途，同时它们都尽可能被编写得更好。其中第一条详细来讲就是系统中的所有都归结为一个文件，包括命令、硬件和软件设备、操作系统、进程等等对于操作系统内核而言，都被视为拥有各自特性或类型的文件。至于说Linux是基于Unix的，很大程度上也是因为这两者的基本思想十分相近。

国内操作系统

说句实在话，从某种意义上来说，中国的操作系统还不能列入到主流的操作系统中去。众所周知目前有四大操作系统平台，WINDOWS是微软一家独占市场，UNIX体系下除了IBM、HP等企业外，其他的几家商场也略有一点份额，Solaris则是SUN公司的独家产品（现在应该是甲骨文了，只有Linux平台上，还能略微看到中国企业的身影如红旗Linux，麒麟等，可市场上的红帽，Novell等企业早就对这个领域虎视眈眈，准备侵蚀；而桌面领域非WINDOWS的平台只能说极少吧！还有苹果的MAC操作系统，当然因为它是专属于苹果的所以就不能算在主流操作系统之内，通过上述所说我们就可想而知，中国在操作系统层面上处于非常弱势的地位，但是华为鸿蒙的出现，给了我们中国操作系统命运新的转机：

  华为鸿蒙的诞生

这几天华为鸿蒙的正式发布，英文名为HarmonyOS，是我们国人的骄傲，也证明了国产操作系统的元年正式诞生了，华为鸿蒙的正式发布，在国内以及全世界的科技互联网领域市场中会有着深远影响，比如谷歌安卓系统的用户数量将会减少，很多国产手机品牌甚至国外手机品牌也有可能在不久的将来使用鸿蒙系统。
华为鸿蒙是一个独立的操作系统，基于微内核。华为鸿蒙要比安卓的发展路线更加清晰，最终的目的就是实现万物互联，实现安装鸿蒙系统的智能设备与汽车至今进行软件功能上的同步管理与通信等功能，也就是说，除了智能手机外，台式机与笔记本电脑也可以安装鸿蒙系统，这就让华为不得不面对在不久的将来与微软的Windows系统进行市场竞争。华为鸿蒙的诞生，首先受益的就是华为手机，只要是不太旧的华为手机，几乎都能升级到鸿蒙系统。在PC端，微软的Windows操作系统让人占据主流的市场主导地位，就算谷歌与苹果都具有PC端的操作系统，但是对Windows似乎无法造成威胁，但是到了2021年，PC端操作系统又迎来了一个新成员，它就是华为鸿蒙系统。虽然鸿蒙系统在智能手机领域对谷歌的安卓系统，但是对于Windows系统，鸿蒙的影响似乎非常渺茫，之所以这样，主要有两个原因：
1.Windows系统诞生于上世纪80年代，发展到现在，早已经拥有完善的软硬件生态系统，虽然鸿蒙系统的研发与测试经历了十年时间，运行速度、兼容性、安全性都不输给Windows，但软硬件生态系统，鸿蒙还不如Windows。比如在Windows系统上能够使用office与IE，这两种在全世界都具有超高人气的应用软件与Windows一样，都属于微软公司旗下的软件产品。还有很多硬件设备也都支持Windows系统，虽然安卓与鸿蒙都具有很好的软硬件交互功能，但在办公领域与职场工作的时候，很多硬件设备都需要与PC端的Windows系统进行交互才能够完成，比如打印机，所以在这些硬件领域，华为鸿蒙并不具有优势。
2.Windows操作系统从诞生之初就是针对PC端的，移动端的Windows系统只不过是在移动互联网时代后发展起来的。相对于PC端，Windows要比安卓更专业，因为安卓诞生之初就是针对移动端的，作为后起之秀的鸿蒙系统，也是面向众多智能设备的操作系统，所以Windows显得更专业。当我们在电脑城中挑选电脑的时候，除了苹果电脑外，几乎所有品牌的电脑安装的都是Windows操作系统，可以看得出微软在这一领域做的是非常努力的。
但是我们的鸿蒙也有自己的核心优势：
鸿蒙“微内核”的模块化设计思路更顺应万物互联时代的需求。我们来看一下华为HDC大会上公布的鸿蒙操作系统架构图的内核层级，当前阶段鸿蒙的内核子系统是Linux宏内核、LiteOS内核、鸿蒙微内核等多个内核混合的设计，其中Linux宏内核同样是Android OS的内核，这也是鸿蒙系统可以快速兼容安卓应用的主要原因（华为消费者BG软件部总裁、鸿蒙总负责人王成录在接受采访时也承认鸿蒙目前使用了部分AOSP开源代码，成为外界质疑鸿蒙“套壳”安卓的主要原因，但实际上AOSP社区也有不少代码是非谷歌贡献的，需要理性看待，在今年10月预计开源的鸿蒙3.0系统将几乎看不到谷歌贡献的AOSP代码）；LiteOS内核是华为专门针对IoT设备研发的轻量级、低功耗操作系统内核；鸿蒙微内核则是鸿蒙系统未来将主要采用的自研核心；鸿蒙操作系统可以针对其运行设备的不同，选用最适合的内核，为上层提供基础操作系统能力。
分布式”是鸿蒙系统设计的最大初衷，帮助鸿蒙跨越了单体硬件的边界，多硬件互联互通形成同一操作系统下的“超级终端”。过去的操作系统都是局限在一个硬件内部，PC的操作系统只负责PC内部、手机的操作系统只负责手机内部，他们只能直接调用本机的软硬件功能（比如可以直接激活手机屏幕、打开手机麦克风），却不能直接调用外界设备的能力（比如用智慧屏直接显示手机内容、调用智能音箱播放音频），外界能力通常需要通过有线或无线的方式来接外设，这是一个复杂且痛苦的过程，主要体现在设备发现效率低、连接和响应速率的不稳定、能力调度差等问题上。为了实现业务流在不同终端上几乎无感的不中断的自由迁移，华为在鸿蒙操作系统内设计了分布式软总线、分布式数据管理、分布式任务调度三大系统基本能力。
鸿蒙不是一款单纯的手机操作系统，而是面向万物互联时代的全场景分布式操作系统。一个新的操作系统要想获得成功，一定要创造新的商业空间，在现有商业空间上去瓜分蛋糕成功的概率是很低的，而创造新的商业空间，最核心就是要与产业转型的机会配合好。
　　在过去PC互联网时代，微软Windows操作占据绝对的霸主地位，苹果Mac OS位居次席，截止2010Q4二者在PC操作系统的市占率分别是92.55%和6.17%，合计达到98%以上，截止最新的2021Q1二者市占率分别是74.3%和15.94%，合计依旧维持90%以上；而移动互联网时代微软却落伍了，谷歌Android在智能手机操作系统上份额不断攀升，在2016 Q4智能手机出货量达到历史最高值时其智能手机操作系统市占率首次突破70%，达到71.61%，苹果则依靠在手机市场新推出的iOS操作系统拿下18.95%的份额，二者合计达到90%以上，此后二者的竞争格局几乎定型，截止最新的2021Q1市占率合计达到99%以上；如果将PC、平板、智能手机放到一起综合来看，谷歌Android也是在2017Q1第一次超越微软Windows成为世界第一大操作系统，微软在移动互联网时代的战略误判影响不可谓不大。
　　我们复盘操作系统发展史，可以发现一旦某一赛道操作系统的市场格局确定之后，后来者几乎没有翻盘的可能性。Android在手机端非常强势，但他还是无法参与到PC市场的竞争中（即使少数笔记本支持安卓操作系统，也不会成为主流），因为后来者需要挑战的是先行者整个行业生态，现在全球范围内Android的开发者数量达到2000万，iOS开发者数量达到2400万，后来者想要革这几千万人的命，难度可想而知，所以微软Windows Mobile、三星Bada、阿里Yun OS的失败是不可避免的。
放眼当下，全球智能手机出货量在2016年触顶后连续4年下滑，在2015至2017年拼多多、抖音等APP上线以后，最近几年几乎已经没有新的爆款APP再面世，这一切都意味着3G、4G通讯技术变革带来的移动互联网时代已经走到顶点，但是毫无疑问人类社会的数字化进程还会继续发展，那下一步产业趋势一定就是所有设备的智能化、互联化，也就是万物互联的IoT时代的到来，如果有新的操作系统能够把握住万物互联的机遇，降低软硬件结合的门槛，那么就有可能培育出一系列基于边缘硬件的爆款创新应用，从而把握住未来十年、二十年的行业生态话语权，而这正是鸿蒙所瞄准的市场。
除了华为，对于其他国产智能手机厂商来说，现在加入鸿蒙生态还存在较大的难度。一方面有谷歌威胁曾计划首发阿里Yun OS的手机厂商宏碁在谷歌GMS与Yun OS二选一的先例，其他国产手机厂商在华为无法使用GMS让渡出海外市场后都摩拳擦掌，试图提高海外市场份额，自然会担心加入鸿蒙生态后也受到谷歌GMS禁令对海外市场的负面影响。另一方面鸿蒙系统目前对第三方手机厂商的渠道佣金分成模式和广告态度尚不明确，也成为一个阻力。不过我们认为未来随着鸿蒙佣金政策的清晰化以及分布式操作系统独特优势的强化下，第三方手机厂商依旧存在加入鸿蒙生态的可能性。对于软件开发者来说，热衷于软硬件结合创新的开发者将会积极拥抱鸿蒙，并享受早期发展红利。纯软的开发者转身鸿蒙的动力是不足的，因为Android有更大的生态在做这件事，转型鸿蒙的话头部的开发者还能有所收益，但其他人不一定能获得更大的利益，所以还是会以Android做为第一战场。目前鸿蒙跟中国应用市场下载排名前200的厂家一个一个沟通，也只有70%的厂家已经确定要做鸿蒙版解决方案，体现了纯软开发者转型的难度。但随着纯软APP战场逐渐消停，软硬件结合的应用开发会迎来一个爆发期，更多懂软件开发的极客会在分布式的鸿蒙系统下将软件和硬件结合到一起，开发出许多基于边缘硬件的应用。随着越来越多的设备加入鸿蒙生态，适合做创新应用开发的场景将不断丰富，越早进入的创新应用开发者越有望享受市场快速发展的红利。

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