计算机之操作系统论文

计算机操作系统的发展——浅谈操作系统的现状与发展趋势摘要:操作系统（OperatingSystem，简称OS）是计算机系统的重要组成部分，是一个重要的系统软件，它负责管理计算机系统的硬、软件资源和整个计算机的工作流程，协调系统部件之间,系统与用户之间、用户与用户之间的关系。随着操作系统的新技术的不断出现,功能不断增加。操作系统作为一个标准的套装软件必须满足尽可能多用户的需要，于是系统不断膨胀，功能不断增加，并逐渐形成从开发工具到系统工具再到应用软件的一个平台环境。更能满足用户需求。本文主要针对操作系统在计算机发展中的核心地位和技术变革作出了分析,同时对计算机操作系统的功能,发展和分类做了简单的分析和阐述，以及对计算机未来发展趋势做了一个预测。关键词：计算机操作系统发展历程新技术发展趋势计算机操作系统所处的地位及效用:操作系统是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源；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，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统是一个管理电脑硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。操作系统身负诸如管理与配置内存、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事务。操作系统是管理计算机系统的全部硬件资源包括软件资源及数据资源;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，为用户提供方便的、有效的、友善的服务界面。操作系统是一个庞大的管理控制程序，大致包括5个方面的管理功能:进程与处理机管理、作业管理、存储管理、设备管理、文件管理。操作系统的分类:目前微机上常见的操作系统有DOS、OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows、Netware等。移动端常见的操作系统有BlackBerry、WindowsMobile、IOS以及大多数基于Linux系统的移动平台，如android、Mameo、Symbian、Palm等。但所有的操作系统具有并发性、共享性、虚拟性和不确定性四个基本特征。目前的操作系统种类繁多，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、主机操作系统、嵌入式操作系统。一、操作系统的基本介绍（一）操作系统的功能1、管理计算机系统的硬件、软件、数据等各种资源,尽可能减少人工分配资源的工作以及人对机器的干预,发挥计算机的自动工作效率。2、协调各种资源使用过程中的关系,使得计算机的各种资源使用调度合理,高速设备与低速设备运行相互配。3、为用户提供使用计算机系统的环境,方便使用计算机系统的各部件或功能。操作系统通过自己的程序,将计算机系统的各种资源所提供的功能抽象,形成与之等价的操作系统的功能,并形象地表现出来,提供给用户方便地使用计算机。（二）操作系统的发展历程操作系统之本意原为提供简单的工作排序能力，后为辅助更新更复杂的硬件设施而渐渐演化。从最早的批次模式开始，分时机制也随之出现，在多处理器时代来临时，操作系统也随之添加多处理器协调功能，甚至是分布式系统的协调功能。其他方面的演变也类似于此。另一方面，在个人电脑上，个人电脑之操作系统因袭大型电脑的成长之路，在硬件越来越复杂、强大时，也逐步实践以往只有大型电脑才有的功能。1、手工操作阶段。特点:计算机主要元器件是电子管，速度慢，无任何软件，更无操作系统，编译语言是机器语言。2、批处理阶段。特点:计算机主要元器件晶体管，运行速度提高，出现早期的操作系统，即早期的对用户提交的程序进行管理的监控程序和批处理软件。3、多道程序系统阶段。特点:中、小规模的集成电路在计算机系统中广泛应用，CPU的运行速度大幅提高随着中、小规模的集成电路在计算机系统中的广泛应用,CPU的运动速度大大提高，为了提高CPU的利用效率，出现了多道批处理系统、分时系统等等CPU的利用率,引入了多道程序设计技术,并出现，从而产生了更加强大的监管程序，并迅速发展成为计算机学科的一个重要分支，即操作系统。4、现代操作系统阶段。特点:大规模、超大规模集成电路急速的迅速发展,出现了微处理器,使得计算机的体系结构更加优化,计算机的运行速度进一步提高,而体积却大大减少,面向个人的计算机和便携式计算机出现并普及。它的最大优点是结构清晰、功能全面、可以适应多种用途的需要并且操作使用方面。二、操作系统新技术（一）微内核操作系统技术现代操作系统设计中的一个突出思想是把操作系统中更多的成分和功能放到更高的层次（即用户模式）中去运行，而留下一个尽量小的内核，用它来完成操作系统最基本的核心功能，称这种技术为微内核（Microkernel)技术。1、微内核结构(1)把那些最基本、最本质的操作系统功能保留在内核中；(2)把大部分操作系统的功能移到内核之外，并且每一个操作系统功能均以单独的服务器进程形式存在，并提供服务。(3)在内核之外的用户空间中包括所有操作系统服务进程，也包括用户的应用进程。这些进程之间是客户/服务器模式。3、微内核包含的主要成分(1)中断和异常处理机制；(2)进程间通信机制；(3)处理机调度机制；(4)有关服务功能的基本机制。4、微内核的实现微内核实现中的一个主要问题是“微”和性能要求的综合考虑。要做到“微”的关键是实现机制和策略分离的概念。5、进程间通信机制为客户和服务器提供通信服务是微内核的主要功能之一，也是内核实现其他服务的基础。无论是发送请求消息和服务器的回答消息都是要经过内核的。6、中断处理机制微内核结构中将中断机制与中断处理分离，即把中断机制放在微内核中，而把中断处理放到用户空间相应的服务进程中。7、微内核结构的优点（1）安全可靠微内核降低了内核的复杂度，减少了发生故障的概率，也就增加了系统的安全性。（2）一致性的接口当用户进程提出服务要求时，均是以消息通信方式经由内核向服务器进程提出的。因此，进程所面对的是一个统一一致的进程通信接口方式。（3）系统的可扩充性系统可扩充性强，随着新硬件与新软件技术的出现，只需对内核做很少的修改。（4）灵活性操作系统具有良好的模块化结构，可以独立地对模块进行修改，也可随意对功能进行增加和删除，因此操作系统可以按用户的需要进行剪裁。（5）兼容性许多系统都希望能运行在多种不同的处理器平台上，这在微内核结构下是比较容易实现的。（6）提供了对分布式系统的支持在微内核结构下操作系统必须采用客户/服务器模式。这种模式适合于分布式系统，可以对分布式系统提供支持。8、微内核的主要缺点在微内核结构下，一次系统服务过程需要更多的模式（在用户态和核心态之间）转换和进程地址空间的开关，这就增加开销，影响了执行速度。（二）面向对象操作系统技术面向对象操作系统是指基于对象模型的操作系统。目前，已有许多操作系统采用了面向对象技术，如WindowsNT等。面向对象已成为新一代操作系统的一个重要标志。1、面向对象的核心概念面向对象的基本思想是把要构造的系统表示成一系列对象的集合。其中的对象是指把一组数据和该数据的一些基本操作封装在一起所形成的一个实体。面向对象的核心概念包括以下几个方面：（1）封装在面向对象中，封装的含义是将一个数据集和与这个数据有关的操作封装在一起，形成一个能动的实体，即对象。封装要求对象内部的代码和数据受保护。（2）继承继承是指一些对象可以继承另一些对象的功能和特征。（3）多态性所谓多态性是指一个名字多种语义，或相同界面多种实现。多态性在面向对象语言中是由重载和虚函数来实现的。（4）消息消息是对象之间相互请求和相互合作的途径。一个对象通过消息激活另一对象。消息中一般包含有请求对象的标识和完成该工作所必须的信息。2、面向对象操作系统在面向对象操作系统中，对象作为一种并发单位，所有系统资源，包括文件、进程、内存块等都被认为是一种对象，对系统资源的所有操作都是通过使用对象服务来完成的。面向对象操作系统的优点：（1）可以减少操作系统在其整个生命期内所做修改时对系统本身的影响。例如，如果硬件发生了变化，将迫使操作系统也作出改动，在这种情况下只要改变代表该硬件资源的对象和对该对象进行操作的服务即可，而那些仅使用该对象的代码则不需改变。（2）操作系统对其资源的访问和操纵是一致的。操作系统生成、删除和引用一个事件对象，与它生成、删除和引用一个进程对象采用相同的方法，即都是通过使用对象句柄来实现的。所谓对象句柄，是指进程指向的一个特定对象表中的表项。（3）操作系统的安全措施得以简化由于所有对象都采用同样的保护方式，那么当某人试图访问一个对象时，安全系统就介入并核准操作，而不管这个对象是什么。（4）对象为进程之间分享资源提供了方便和一致性的手段。对象句柄被用来处理所有类型的对象。操作系统可以通过跟踪一个对象有多少个句柄被打开，来决定该对象是否仍在使用中。当它不再使用时，操作系统就可以删除该对象。（三）嵌入式操作系统嵌入式系统是以应用为中心，软硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、成本、体积和功耗等综合性要求严格的专用计算机系统。它具有软件代码小、自动化程度高和响应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。目前，专用操作系统均属于商业化产品并且价格昂贵。由于它们各自的源代码不公开，使得每个系统上的应用软件与其它系统都无法兼容。这种封闭性还导致了商业嵌入式系统在对各种设备的支持方面存在很大的问题，使得它们的软件移植变得很困难。Linux^8作为开源系统，不会出现这样的问题。因此，除了智能数字终端领域以外，Linux在移动计算平台、智能工业控制和金融业终端系统，甚至军事领域也都有着广泛的应用前景。（四）可扩展操作系统现代操作系统在内涵发生变化的同时，外延也在悄然发生变化。正是由于微内核技术的使用，使操作系统在保持核心功能的基础上能够灵活地结合各种服务及应用，这就是所谓的可扩展操作系统。这种外延和扩展不仅体现在用户应用层，还体现在硬件层。实际上，未来的操作系统在计算机体系结构中将向硬件层和应用层两个方向延伸。例如，现代操作系统可以将操作系统的部分功能交给硬件实现，即将一部分功能模块采用软件固化技术固化在相关芯片上，这种含有系统软件和应用软件的专用芯片无疑是未来操作系统的发展方向。（五）可信操作系统随着网络安全问题日益严峻，人们对平台安全性的认识和要求也越来越迫切。而自从微软发布Vista操作系统以来，人们开始看到安全可信的操作系统离普通用户越来越近。近年来可信计算技术被选择用来从根本上解决个人电脑的脆弱性，并得到快速发展。随着微软Vista的部署，市场对高可信操作系统的理解和需求将逐步扩大。三、未来操作系统的发展趋势:随着计算机技术和网络技术的普及，在通用主流操作系统仍然占据比较大的市场份额的基础上，未来一些操作系统将逐步向专用化和小型化等方面发展，并具备如下新特点：1、开源化开源改变了未来操作系统的开发模式，使得聚集大家的力量打破组织边界、持续创造出更高质量、更安全和更易用的操作系统成为可能。另外，更重要的是它改变了操作系统的使用方式——从“使用许可”为主的商业模式变成以支持和咨询等面向服务为主的商业模式，在全球向服务经济转型的过程中扮演着日益重要的角色。2、专用化随着计算机应用领域的不断拓展以及普适计算、移动计算和网络计算技术的迅速发展，越来越多的领域需要满足特殊需求的专用操作系统，比如嵌入式操作系统、多媒体操作系统、企业应用操作系统等。这类系统未来的应用领域会越来越广。3、小型化或微型化通用操作系统的规模和复杂性过大。为了适应特定的应用领域，比如手机、手持游戏机和个人数字助理（PDA^26），甚至在特定的家用设备，如智能遥控器等，未来操作系统必然逐渐向规模和功能小型化发展。4、网络化网络已经成为人们生活中的一部份，操作系统也越来越依赖网络资源的共享与通信。5、安全化或可信化迄今为止，基于互联网的应用已经渗透到金融、电信、宇航、电子商务、电子政务和军事等社会的各个领域。但是互联网本身具有的开放性和动态性正日益导致各种安全问题日益严重，其应用的发展也越来越受到制约。随着计算