內(nèi)容提要：本文詳細(xì)介紹電腦操作系統(tǒng)，包括計算機(jī)及其操作系統(tǒng)的基本概念，操作系統(tǒng)的組成、種類、功能等。這里，“電腦”包括電子計算機(jī)、智能手機(jī)和其它智能設(shè)備的控制核心。
關(guān)鍵詞：計算機(jī) 電腦 操作系統(tǒng) windows UNIX linux
（一）電腦及其操作系統(tǒng)的概念
在這里，“電腦”包括電子計算機(jī)（Computer）、智能手機(jī)和其它智能設(shè)備的控制核心。
電子計算機(jī)系統(tǒng)由硬件（Hardware）系統(tǒng)和軟件（Software）系統(tǒng)組成。
計算機(jī)系統(tǒng)的核心技術(shù)有兩項(xiàng)：計算機(jī)芯片，計算機(jī)操作系統(tǒng)。
計算機(jī)硬件系統(tǒng)的核心是中央處理單元（CPU）。對于普通計算機(jī)，CPU組裝在一個芯片上。
計算機(jī)軟件系統(tǒng)是計算機(jī)的程序、相應(yīng)的數(shù)據(jù)和文檔的集合。計算機(jī)軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件、基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件。
在計算機(jī)系統(tǒng)，操作系統(tǒng)（Operating System，簡稱OS）是計算機(jī)系統(tǒng)軟件的核心。如果把一個計算機(jī)系統(tǒng)比喻為一個國家的軍隊(duì)，那么，操作系統(tǒng)是軍隊(duì)的總司令和總后勤部長。
計算機(jī)操作系統(tǒng)的定義：計算機(jī)操作系統(tǒng)是管理和控制計算機(jī)硬件與軟件資源的計算機(jī)程序的集合。
沒有操作系統(tǒng)和其它軟件的計算機(jī)叫“裸機(jī)”。
計算機(jī)操作系統(tǒng)是直接運(yùn)行在裸機(jī)上的最基本的系統(tǒng)軟件。
計算機(jī)的任何軟件都在操作系統(tǒng)的指揮、管理下運(yùn)行。沒有操作系統(tǒng)，計算機(jī)就是廢物。
對于網(wǎng)絡(luò)和信息安全，操作系統(tǒng)是最重要的核心軟件。
從計算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來看，操作系統(tǒng)位于底層硬件之上。在操作系統(tǒng)之上，有支撐軟件、基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件。
從計算機(jī)用戶的角度來說，操作系統(tǒng)體現(xiàn)為對用戶提供的各項(xiàng)服務(wù)。
從設(shè)計人員的角度來說，操作系統(tǒng)是指各式各樣的系統(tǒng)模塊及其與各單元之間的聯(lián)系。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展，計算機(jī)操作系統(tǒng)已經(jīng)由開始的簡單控制循環(huán)體發(fā)展成為很復(fù)雜、很龐大的計算機(jī)軟件系統(tǒng)。
全世界常用的電腦操作系統(tǒng)全部是美國的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開發(fā)的。
（二）計算機(jī)語言與操作系統(tǒng)
要編寫計算機(jī)程序，必須有程序設(shè)計語言。程序設(shè)計語言包括機(jī)器語言（由2進(jìn)制數(shù)字組成）、匯編語言、高級程序設(shè)計語言。
使用廣泛的高級程序設(shè)計語言包有FORTRAN，BASIC，COBOL，C，C++，JAVA，Python/ target=_blank class=infotextkey>Python，等等。
操作系統(tǒng)是用計算機(jī)程序設(shè)計語言編寫的。
編寫操作系統(tǒng)的語言有兩種：
其一，匯編語言。用匯編語言編寫的操作系統(tǒng)很難被破解，但是語句很多。例如微軟公司2013年發(fā)布的桌面操作系統(tǒng)Windows 11，其源程序有大約1000萬行。
其二，高級程序設(shè)計語言，主要是C和Java。用途最廣的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)UNIX和Linux是用C語言編寫的。
（三）操作系統(tǒng)的組成部分和內(nèi)核
本節(jié)所述是普通計算機(jī)的操作系統(tǒng)。
（A）計算機(jī)操作系統(tǒng)的組成部分
計算機(jī)操作系統(tǒng)由下列四個部分組成：
一．驅(qū)動程序：最底層的、直接控制和監(jiān)視各類硬件的部分。它們的職責(zé)是隱藏硬件的具體細(xì)節(jié)，并向其它部分提供一個抽象的、通用的接口。
二．內(nèi)核：操作系統(tǒng)的內(nèi)核部分通常運(yùn)行在最高特權(quán)級，負(fù)責(zé)提供基礎(chǔ)性、結(jié)構(gòu)性的功能。
三．接口庫：是一系列特殊的程序庫。它們的職責(zé)在于把系統(tǒng)所提供的基本服務(wù)包裝成應(yīng)用程序所能夠使用的編程接口（API）。這是最靠近應(yīng)用程序的部分。
四．外圍：指操作系統(tǒng)中除以上三類以外的所有其它部分，通常是用于提供特定高級服務(wù)的部件。
并不是所有的操作系統(tǒng)都嚴(yán)格包括上述四大部分。例如，在早期的微軟Windows中，各部分耦合程度很深，難以區(qū)分彼此。而在使用外核結(jié)構(gòu)的操作系統(tǒng)中，則根本沒有驅(qū)動程序的概念。
操作系統(tǒng)中四大部分的不同布局形成了幾種整體結(jié)構(gòu)。常見的結(jié)構(gòu)包括：簡單結(jié)構(gòu)，分層結(jié)構(gòu)，微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)，以及虛擬機(jī)結(jié)構(gòu)。
（B）計算機(jī)操作系統(tǒng)的內(nèi)核結(jié)構(gòu)
內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心，是最基礎(chǔ)的構(gòu)件。內(nèi)核的結(jié)構(gòu)有下列四種：
一．單內(nèi)核（Monolithic kernel），又稱為宏內(nèi)核。單內(nèi)核結(jié)構(gòu)是操作系統(tǒng)中各內(nèi)核部件雜然混居的形態(tài)。該結(jié)構(gòu)始于1960年代，是操作系統(tǒng)內(nèi)核與外圍分離時的最初形態(tài)。
二．微內(nèi)核（Microkernel），又稱為微核心。微內(nèi)核結(jié)構(gòu)是1980年代產(chǎn)生的，其結(jié)構(gòu)性部件與功能性部件是分離的。
三．混合內(nèi)核（Hybrid kernel），像微內(nèi)核結(jié)構(gòu)，只不過它的組件更多地在核心中運(yùn)行，以獲得更快的執(zhí)行速度。
四．外內(nèi)核（Exokernel），其設(shè)計理念是盡可能地減少軟件的抽象化。這使得開發(fā)者可以專注于硬件的抽象化。
大部分常用操作系統(tǒng)采用單內(nèi)核結(jié)構(gòu)，例如大部分的UNIX、Linux，以及Windows（微軟聲稱Windows NT是基于改良的微內(nèi)核架構(gòu)的）。有一些嵌入式操作系統(tǒng)使用外核。
（四）電腦操作系統(tǒng)的種類
電腦操作系統(tǒng)的種類繁多。各種設(shè)備安裝的操作系統(tǒng)從簡單到復(fù)雜，可分為智能卡（IC卡）操作系統(tǒng)，傳感器節(jié)點(diǎn)操作系統(tǒng)，嵌入式操作系統(tǒng)，實(shí)時操作系統(tǒng)，桌面微型機(jī)操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，大型機(jī)、巨型機(jī)操作系統(tǒng)，等等。
對操作系統(tǒng)進(jìn)行分類，有兩種方式：一是根據(jù)操作系統(tǒng)的功能分類，二是根據(jù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域分類。
（A）根據(jù)操作系統(tǒng)的功能分類
根據(jù)操作系統(tǒng)的功能，分別有實(shí)時系統(tǒng)、批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)等。
一．實(shí)時系統(tǒng)
實(shí)時系統(tǒng)主要是指系統(tǒng)可以迅速地對外部命令進(jìn)行響應(yīng)，在對應(yīng)的時間里處理問題，協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作。各種計算機(jī)控制系統(tǒng)的操作系統(tǒng)都是實(shí)時系統(tǒng)。
二．分時系統(tǒng)
在分時系統(tǒng)，多個用戶共同使用一臺主機(jī)，滿足用戶的人機(jī)交互需要。分時系統(tǒng)具有多路性、獨(dú)立性、交互性、及時性等優(yōu)點(diǎn)。這是主機(jī)-用戶-終端架構(gòu)的系統(tǒng)。早期的大型機(jī)操作系統(tǒng)都是這種架構(gòu)的分時系統(tǒng)。IBM公司的OS/360就是這種系統(tǒng)。
三．批處理系統(tǒng)
批處理系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代。多個用戶在終端提交任務(wù)，批處理系統(tǒng)按照預(yù)定的規(guī)則分期、分批處理各項(xiàng)任務(wù)。批處理系統(tǒng)能夠提高資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。IBM公司的OS/360也是一種批處理系統(tǒng)。
四．網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)又稱網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，是向網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)提供服務(wù)的特殊的操作系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分為服務(wù)器和客戶端。服務(wù)器的主要功能是管理服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)上的各種資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的共用。客戶端有著能接收應(yīng)用服務(wù)器所傳遞的信息的功能。
（B）根據(jù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域分類
根據(jù)操作系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域劃分，主要有三種：桌面操作系統(tǒng)、服務(wù)器操作系統(tǒng)和嵌入式操作系統(tǒng)。
一．桌面操作系統(tǒng)
桌面（Desktop）計算機(jī)都是微型機(jī)，包括個人計算機(jī)（PC）、筆記本電腦等。
桌面操作系統(tǒng)主要用于微型機(jī)上。微型計算機(jī)市場從硬件架構(gòu)上來說主要分為兩大陣營，PC機(jī)與mac機(jī)；從軟件上來說主要分為兩大類，Windows操作系統(tǒng)和類UNIX操作系統(tǒng)：
1、微軟公司W(wǎng)indows操作系統(tǒng)：Windows XP，Windows ME，Windows 11，等等。
2、類UNIX操作系統(tǒng)：Mac OS X，以及Linux各種發(fā)行版（如RedHat、Debian、Ubuntu、openSUSE，F(xiàn)edora等）。
Windows占有桌面操作系統(tǒng)的約90%市場份額。
二．服務(wù)器操作系統(tǒng)
服務(wù)器操作系統(tǒng)一般指的是安裝在大中型計算機(jī)和功能強(qiáng)大的微型機(jī)的操作系統(tǒng)，比如Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。服務(wù)器操作系統(tǒng)主要有下列三大類：
1、UNIX系列：FreeBSD，Oracle Solaris，IBM AIX，HP-UX，等等。
2、Linux系列：GNU/Linux，RedHat Linux，Debian，Ubuntu，等等。
Linux是自由和開放源代碼的電腦操作系統(tǒng)。Linux是1991年10月5日（這是第一次正式向外公布的時間）由芬蘭赫爾辛基大學(xué)研究生Linus Torvalds（林納斯·托瓦茲）開發(fā)的。他后來在美國定居，加入了美國國籍。
目前世界上存在著300多個Linux發(fā)行版（distribution）。它們?nèi)家蚤_源Linux為基礎(chǔ)，使用了Linux內(nèi)核。
Linux占有服務(wù)器市場的約70%份額。
3、Windows Server系列：Windows NT，Windows Server 2021。
此外，還有加拿大Novell公司開發(fā)?.NETware。
三．移動通訊操作系統(tǒng)
移動通訊操作系統(tǒng)主要用于智能手機(jī)和平板電腦。
智能手機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種微型電腦，不是計算機(jī)，因?yàn)槭謾C(jī)沒有外部設(shè)備。
各種智能手機(jī)都使用移動通訊操作系統(tǒng)。全世界的手機(jī)使用的操作系統(tǒng)主要是谷歌公司的Android（安卓）和蘋果公司的IOS。
華為公司從2004年開始，用15年時間，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的操作系統(tǒng)“鴻蒙（HarmonyOS）”。2019年8月9日，在東莞舉行華為開發(fā)者大會上，華為公司正式發(fā)布操作系統(tǒng)“鴻蒙”。鴻蒙系統(tǒng)適用于手機(jī)、平板電腦和智能設(shè)備。
四．嵌入式操作系統(tǒng)
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，能夠根據(jù)用戶需求（功能、可靠性、成本、體積、功耗、環(huán)境等）靈活裁剪軟件硬件模塊的專用電腦系統(tǒng)。
嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成。嵌入式系統(tǒng)的軟件包括操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用程序。嵌入式系統(tǒng)的硬件包括信號處理器、存儲器、通信模塊（輸入輸出接口）等。
嵌入式操作系統(tǒng)（Embedded Operating System，EOS）是指用于嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟件、硬件資源的分配，任務(wù)調(diào)度，控制、協(xié)調(diào)系統(tǒng)的活動。
嵌入式系統(tǒng)廣泛地應(yīng)用在生活、生產(chǎn)的各個方面，從便攜式設(shè)備到大型固定設(shè)施，如手機(jī)、平板電腦、數(shù)碼相機(jī)、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、交通燈、航空電子設(shè)備和工廠控制設(shè)備，等等。復(fù)雜的嵌入式系統(tǒng)安裝有實(shí)時操作系統(tǒng)。
某些情況下，嵌入式系統(tǒng)的OS（操作系統(tǒng)）指的是一個內(nèi)置了固定應(yīng)用軟件的多功能程序。在許多最簡單的嵌入式系統(tǒng)中，所謂的OS就是指其上唯一的應(yīng)用程序。
嵌入式操作系統(tǒng)大多數(shù)是實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）。
國際上廣泛使用的嵌入式操作系統(tǒng)有µC/OS-III，VxWorks，嵌入式Linux，Windows Embedded，等等。
（五）計算機(jī)操作系統(tǒng)的功能
本節(jié)所說的計算機(jī)是大中小型和微型計算機(jī)，不包括手機(jī)、智能設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)。
計算機(jī)操作系統(tǒng)的基本功能是負(fù)責(zé)管理與配置內(nèi)存，決定系統(tǒng)資源供需的先后次序，控制輸入與輸出設(shè)備，操作網(wǎng)絡(luò)與管理文件系統(tǒng)。
計算機(jī)系統(tǒng)的資源可分為設(shè)備資源和信息資源兩大類。
設(shè)備資源：指的是組成計算機(jī)的硬件設(shè)備，如中央處理器，主存儲器，磁盤存儲器，磁帶存儲器，光盤，顯示器，鍵盤輸入設(shè)備和鼠標(biāo)，打印機(jī)，等等。
信息資源：指的是存放于計算機(jī)內(nèi)的各種數(shù)據(jù)，包括數(shù)學(xué)數(shù)據(jù)、文字文件、程序庫、知識庫，以及各種軟件。
有些操作系統(tǒng)很簡單，例如智能設(shè)備的操作系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)的操作系統(tǒng)。有些操作系統(tǒng)很復(fù)雜，例如網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、超級計算機(jī)的操作系統(tǒng)。
計算機(jī)操作系統(tǒng)主要包括以下五個方面的功能：
一．進(jìn)程管理
進(jìn)程管理的任務(wù)是進(jìn)程調(diào)度。在單用戶單任務(wù)的情況下，處理器僅為一個用戶的一個任務(wù)所獨(dú)占，進(jìn)程管理的工作十分簡單。但在多道程序或多用戶的情況下，組織多個作業(yè)或任務(wù)時，就要解決處理器的調(diào)度、分配和回收等問題。處理器可能是一個，也可能是多個。不同類型的操作系統(tǒng)將針對不同情況采取不同的進(jìn)程調(diào)度策略
二．存儲管理
存儲管理包括存儲分配，存儲共享，存儲保護(hù) ，以及存儲擴(kuò)張。存儲管理的主要任務(wù)是：分配內(nèi)存空間，保證各作業(yè)占用的存儲空間不發(fā)生矛盾，并使各作業(yè)在自己所屬存儲區(qū)中不互相干擾。
三．設(shè)備管理
負(fù)責(zé)管理各類外圍設(shè)備，包括分配、啟動和故障處理等。當(dāng)用戶使用外部設(shè)備時，必須提出要求，待操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一分配后方可使用。當(dāng)用戶的程序運(yùn)行到要使用某外設(shè)時，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動外設(shè)。操作系統(tǒng)還具有處理外設(shè)中斷請求的能力。
四．文件管理
文件管理是指操作系統(tǒng)對信息資源的管理，包括文件存儲空間的管理，目錄管理 ，文件操作管理，以及文件保護(hù)。在操作系統(tǒng)中，將負(fù)責(zé)存取的管理信息的部分稱為文件系統(tǒng)。文件是在邏輯上具有完整意義的一組相關(guān)信息的有序集合。每個文件都有一個文件名。文件管理支持文件的存儲、檢索和修改等操作，并且有文件的保護(hù)功能。
五．作業(yè)管理
每個用戶請求計算機(jī)系統(tǒng)完成的一個獨(dú)立的操作稱為一個作業(yè)。作業(yè)管理包括作業(yè)的輸入和輸出，作業(yè)的調(diào)度與控制（根據(jù)用戶的需要控制作業(yè)運(yùn)行的步驟）。
