操作系统发展历程与核心功能详解

操作系统是计算机系统的核心组件，它的发展历程可以追溯到早期的无操作系统时代，那时单个用户手动操作机器，直到出现了批处理操作系统，如1960年代的FMS系统，它实现了自动成批处理，提高了系统吞吐量和资源利用率，但缺乏交互性。单道批处理系统则限制了并发性，而多道程序设计技术引入了内存中同时运行多个作业，显著提升了资源使用效率。 分时操作系统（如CTSS和Multics）在1960年代兴起，通过多路性、独立性和及时性，为用户提供交互式的计算环境。实时操作系统（如WinCE、嵌入式Linux等）则是为了满足对实时性、可靠性和安全性的高要求，例如在工业控制或航空领域。 操作系统的基本特征包括并发与并行性，即在同一时间段内处理多个任务（微观上表现为多程序分时执行），以及共享资源，如虚拟技术将物理资源转化为逻辑资源以供多个用户或程序使用。异步性意味着进程按不可预测的速率执行，反映了操作系统在处理复杂任务时的动态特性。 操作系统的主要功能包括资源管理和用户接口，如内存管理、进程调度、设备管理等，同时提供用户友好的界面。其结构设计经历了从无结构到模块化再到分层式的发展，比如微内核架构采用C/S模式，虽然能简化开发，但在分布式环境中效率较低。 程序运行在操作系统下分为两个状态：用户态和系统态，前者执行常规指令，后者执行特权指令，如中断处理。进程是程序在执行过程中的一次实例，通过前趋图描述程序的执行顺序和依赖关系。 操作系统初始化阶段涉及加载内核、设置硬件环境等，随后加载应用程序，区分普通代码和特殊OS代码的执行。最后，操作系统负责执行指令系统中的各种指令，如访问存储器、I/O、算术逻辑、控制转移和处理器控制指令，其中特权指令仅限操作系统内部使用。 操作系统的发展、特性、功能、结构设计以及与程序和硬件的交互，构成了计算机系统运作的基础，对于理解和学习操作系统至关重要。