1.3 常用操作系统简介

操作系统的种类繁多，各种设备安装的操作系统也是可简可繁。按照应用领域来划分操作系统，其主要包括3类：桌面操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统。

1.桌面操作系统

桌面操作系统主要用于个人计算机。个人计算机市场从硬件架构上来说主要分为两大阵营：PC与Mac；从软件上可主要分为两大类，类UNIX操作系统和Windows操作系统。

2.服务器操作系统

服务器操作系统一般是指安装在大型计算机上的操作系统，比如Web服务器、应用服务器和数据库服务器等。服务器操作系统主要包括UNIX系列、Linux系列和Windows系列。

3.嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是应用在嵌入式系统的操作系统。嵌入式系统广泛应用在生活的各个方面，如手机、家电或平板电脑等消费电子产品的操作系统，如Android、iOS等。

下面就简单介绍3种常用的操作系统：Windows操作系统、UNIX操作系统和Linux操作系统。

1.3.1 Windows操作系统简介

Microsoft Windows（在中文地区常以其英文名称呼，有时也称作“微软窗口操作系统”或“微软视窗操作系统”）于1985年由微软公司推出。起初，Windows仅仅是MS-DOS操作系统的桌面环境，随着科学与技术的发展，后续版本逐渐发展成为个人计算机和服务器用户设计的操作系统，并最终占据世界个人计算机操作系统软件的垄断地位。视窗操作系统可以在几种不同类型的平台上运行，如个人计算机、服务器和嵌入式系统等，其中在个人计算机的领域应用内最为普遍。

Windows系统采用了双模式结构来保护操作系统本身，操作系统核心运行在内核模式（KernelMode）下，应用程序的代码运行在用户模式下。当应用程序需要用到系统内核或内核驱动程序提供的服务时，应用程序可以通过硬件指令从用户模式切换到内核模式，当系统内核完成了用户请求的服务后，控制权又回到用户模式。这种设计结构在一定程度上避免了应用程序的错误波及系统本身，用户代码和内核代码有各自的运行环境，而且它们可以访问的内存空间也不相同。

Windows系统内核分为3层，与硬件直接打交道的这一层称为硬件抽象层（Hardware Abstraction Layer，HAL），即把所有与硬件相关的代码逻辑隔离到一个专门的模块中，从而使上面的所有层尽可能做到独立于硬件平台。

HAL以上相邻的是内核层，也称为微内核（Micro-kernel），这一层包含了基本的操作原理和功能，如线程、进程、线程调度、中断和异常的处理、同步对象和各种同步机制。

在内核层以上的则是执行体层，这一层是提供一些可供上层应用程序或内核驱动程序直接调用的功能。Windows系统内核的执行体包含一个对象管理器，用于一致地管理执行体中的对象。Windows系统的内核结构如图1-3所示。

Windows操作系统的主要特点如下。

●直观、高效的图形化界面。

●用户界面良好，易学易用。

●多任务。

●良好的网络支持。

●多媒体功能。

●良好的硬件支持，设备无关性。

●良好的集成开发环境。

1.3.2 UNIX操作系统简介

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，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。目前它的商标权由国际开放标准组织拥有，只有符合单一UNIX规范的UNIX系统才能使用UNIX这个名称，否则只能称为类UNIX（UNIX-like）。

1965年Bell实验室加入了MIT（麻省理工学院）和GE（通用电器公司）合作开发的一个项目，由于某些状况的发生使开发终止了一段时间。直到1971年UNIX系统得以在Bell实验室实现，第一版本的UNIX操作系统是完全使用汇编语言在PDP-11/20硬件上开发完成的。它包含了基本文件系统，以及fork、roff和ed三个工具，当时它的用途就是为Bell实验室专利部门的文档准备工作提供字处理工具。

UNIX系统一般分为5层：最底层是裸机（即硬件部分）；第二层是UNIX的核心，它直接建立在裸机的上面，实现了操作系统重要的功能（如进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、网络管理等），用户不能直接执行UNIX内核中的程序，而只能通过一种称为“系统调用”的指令，以规定的方法访问核心，获得系统服务；第三层系统调用构成了第四层应用程序层和第二层核心层之间的接口界面；应用层主要是UNIX系统的核外支持程序，如文本编辑处理程序、编译程序、系统命令程序、通信软件包和窗口图形软件包、各种库函数及用户自编程序；UNIX系统的最外层是Shell解释程序，它作为用户与操作系统交互的接口，分析用户输入的命令和解释并执行命令，Shell中的一些内部命令可不经过应用层，直接通过系统调用访问核心层。UNIX操作系统结构如图1-4所示。

UNIX操作系统几乎可以应用在所有16位及以上的计算机上，包括微机、工作站、小型机、多处理器和大型机等，其特点如下。

●多任务、多用户。

●并行处理能力。

●管道机制。

●安全保护机制。

●功能强大的Shell。

●强大的网络支持是Internet上各种服务器的首选操作系统。

●稳定性好。

●系统源代码用C语言写成，移植性强。

●出售源代码，软件厂家自己增删。

1.3.3 Linux操作系统简介

Linux是当前最具有发展潜力的计算机操作系统之一，Linux的自由与开放的特性，加上它强大的网络功能，使Linux在21世纪有着无限广阔的发展前景。

1991年Linux第一版面市，是一个多用户多任务的操作系统。它与其他商业化的网络操作系统不同，它是由以Linux Torvalds为首的一批Internet上的志愿者开发的，完全免费，并与UNIX完全兼容，是一个功能强大、性能稳定、便于操作的网络操作系统。

与UNIX系统相似，Linux系统大致可分为3层：靠近硬件的底层是内核，即Linux操作系统常驻内存部分；中间层是内核之外的Shell层，亦即操作系统的系统程序部分；最高层是应用层，即用户程序部分，包括各种正文处理程序、语言编译程序以及游戏程序等。内核是Linux操作系统的主要部分，它实现进程管理、内存管理、文件系统、设备驱动和网络系统等功能，从而为核外的所有程序提供运行环境。Linux操作系统结构如图1-5所示。

历经20多年的发展，Linux发展得相当完善，应用于教育、科研、政府等各个行业，其主要特点包括以下几个方面。

●符合POSIX 1003.1标准。

●支持多用户访问和多任务编程。

●采用页式存储管理。

●支持动态链接。

●支持多种文件系统。

●支持TCP/IP、SLIP和PPP。

●支持多种硬件平台。

●安全、稳定的性能。

随着科技的发展，操作系统技术也在不断地发展与完善。