1.3 常用操作系統簡介

操作系統的種類繁多，各種設備安裝的操作系統也是可簡可繁。按照應用領域來劃分操作系統，其主要包括3類：桌面操作系統、服務器操作系統和嵌入式操作系統。

1.桌面操作系統

桌面操作系統主要用于個人計算機。個人計算機市場從硬件架構上來說主要分為兩大陣營：PC與Mac；從軟件上可主要分為兩大類，類UNIX操作系統和Windows操作系統。

2.服務器操作系統

服務器操作系統一般是指安裝在大型計算機上的操作系統，比如Web服務器、應用服務器和數據庫服務器等。服務器操作系統主要包括UNIX系列、Linux系列和Windows系列。

3.嵌入式操作系統

嵌入式操作系統是應用在嵌入式系統的操作系統。嵌入式系統廣泛應用在生活的各個方面，如手機、家電或平板電腦等消費電子產品的操作系統，如Android、iOS等。

下面就簡單介紹3種常用的操作系統：Windows操作系統、UNIX操作系統和Linux操作系統。

1.3.1 Windows操作系統簡介

Microsoft Windows（在中文地區常以其英文名稱呼，有時也稱作“微軟窗口操作系統”或“微軟視窗操作系統”）于1985年由微軟公司推出。起初，Windows僅僅是MS-DOS操作系統的桌面環境，隨著科學與技術的發展，后續版本逐漸發展成為個人計算機和服務器用戶設計的操作系統，并最終占據世界個人計算機操作系統軟件的壟斷地位。視窗操作系統可以在幾種不同類型的平臺上運行，如個人計算機、服務器和嵌入式系統等，其中在個人計算機的領域應用內最為普遍。

Windows系統采用了雙模式結構來保護操作系統本身，操作系統核心運行在內核模式（KernelMode）下，應用程序的代碼運行在用戶模式下。當應用程序需要用到系統內核或內核驅動程序提供的服務時，應用程序可以通過硬件指令從用戶模式切換到內核模式，當系統內核完成了用戶請求的服務后，控制權又回到用戶模式。這種設計結構在一定程度上避免了應用程序的錯誤波及系統本身，用戶代碼和內核代碼有各自的運行環境，而且它們可以訪問的內存空間也不相同。

Windows系統內核分為3層，與硬件直接打交道的這一層稱為硬件抽象層（Hardware Abstraction Layer，HAL），即把所有與硬件相關的代碼邏輯隔離到一個專門的模塊中，從而使上面的所有層盡可能做到獨立于硬件平臺。

HAL以上相鄰的是內核層，也稱為微內核（Micro-kernel），這一層包含了基本的操作原理和功能，如線程、進程、線程調度、中斷和異常的處理、同步對象和各種同步機制。

在內核層以上的則是執行體層，這一層是提供一些可供上層應用程序或內核驅動程序直接調用的功能。Windows系統內核的執行體包含一個對象管理器，用于一致地管理執行體中的對象。Windows系統的內核結構如圖1-3所示。

Windows操作系統的主要特點如下。

●直觀、高效的圖形化界面。

●用戶界面良好，易學易用。

●多任務。

●良好的網絡支持。

●多媒體功能。

●良好的硬件支持，設備無關性。

●良好的集成開發環境。

1.3.2 UNIX操作系統簡介

UNIX是一個強大的多用戶、多任務操作系統，支持多種處理器架構，最早由Ken Thompson、Dennis Ritchie和Douglas McIlroy于1969年在AT&T的貝爾實驗室開發。經過長期的發展和完善，目前已成長為一種主流的操作系統。目前它的商標權由國際開放標準組織擁有，只有符合單一UNIX規范的UNIX系統才能使用UNIX這個名稱，否則只能稱為類UNIX（UNIX-like）。

1965年Bell實驗室加入了MIT（麻省理工學院）和GE（通用電器公司）合作開發的一個項目，由于某些狀況的發生使開發終止了一段時間。直到1971年UNIX系統得以在Bell實驗室實現，第一版本的UNIX操作系統是完全使用匯編語言在PDP-11/20硬件上開發完成的。它包含了基本文件系統，以及fork、roff和ed三個工具，當時它的用途就是為Bell實驗室專利部門的文檔準備工作提供字處理工具。

UNIX系統一般分為5層：最底層是裸機（即硬件部分）；第二層是UNIX的核心，它直接建立在裸機的上面，實現了操作系統重要的功能（如進程管理、存儲管理、設備管理、文件管理、網絡管理等），用戶不能直接執行UNIX內核中的程序，而只能通過一種稱為“系統調用”的指令，以規定的方法訪問核心，獲得系統服務；第三層系統調用構成了第四層應用程序層和第二層核心層之間的接口界面；應用層主要是UNIX系統的核外支持程序，如文本編輯處理程序、編譯程序、系統命令程序、通信軟件包和窗口圖形軟件包、各種庫函數及用戶自編程序；UNIX系統的最外層是Shell解釋程序，它作為用戶與操作系統交互的接口，分析用戶輸入的命令和解釋并執行命令，Shell中的一些內部命令可不經過應用層，直接通過系統調用訪問核心層。UNIX操作系統結構如圖1-4所示。

UNIX操作系統幾乎可以應用在所有16位及以上的計算機上，包括微機、工作站、小型機、多處理器和大型機等，其特點如下。

●多任務、多用戶。

●并行處理能力。

●管道機制。

●安全保護機制。

●功能強大的Shell。

●強大的網絡支持是Internet上各種服務器的首選操作系統。

●穩定性好。

●系統源代碼用C語言寫成，移植性強。

●出售源代碼，軟件廠家自己增刪。

1.3.3 Linux操作系統簡介

Linux是當前最具有發展潛力的計算機操作系統之一，Linux的自由與開放的特性，加上它強大的網絡功能，使Linux在21世紀有著無限廣闊的發展前景。

1991年Linux第一版面市，是一個多用戶多任務的操作系統。它與其他商業化的網絡操作系統不同，它是由以Linux Torvalds為首的一批Internet上的志愿者開發的，完全免費，并與UNIX完全兼容，是一個功能強大、性能穩定、便于操作的網絡操作系統。

與UNIX系統相似，Linux系統大致可分為3層：靠近硬件的底層是內核，即Linux操作系統常駐內存部分；中間層是內核之外的Shell層，亦即操作系統的系統程序部分；最高層是應用層，即用戶程序部分，包括各種正文處理程序、語言編譯程序以及游戲程序等。內核是Linux操作系統的主要部分，它實現進程管理、內存管理、文件系統、設備驅動和網絡系統等功能，從而為核外的所有程序提供運行環境。Linux操作系統結構如圖1-5所示。

歷經20多年的發展，Linux發展得相當完善，應用于教育、科研、政府等各個行業，其主要特點包括以下幾個方面。

●符合POSIX 1003.1標準。

●支持多用戶訪問和多任務編程。

●采用頁式存儲管理。

●支持動態鏈接。

●支持多種文件系統。

●支持TCP/IP、SLIP和PPP。

●支持多種硬件平臺。

●安全、穩定的性能。

隨著科技的發展，操作系統技術也在不斷地發展與完善。