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操作系?

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「 Operating System 」的各地常用名稱
中?大陸 操作系?
臺灣 作業系統
港澳 作業系統
操作系?簡略架構
操作系?架構，以 Linux ?例

操作系? （英語： Operating System ，縮寫： OS ）是一?主管?控制 ?算机 操作、?用和?行 硬件 、 ?件 資源 和提供公共 服? ???用?交互的相互??的 系??件 程序 ，同?也是?算机系?的核心?基石。操作系?需要?理如管理與配置 ?存 、決定系統資源供需的優先次序、控制輸入與輸出裝置、操作 ?? 與管理 文件系? 等基本事務。操作系?也提供一個讓使用者與系統互動的操作界面。

操作系?的型態非常多樣，不同機器安裝的操作系?可從簡單到複雜，可從 行動電話 的 嵌入式系? 到 超級電腦 的 大型作業系統 。許多操作系?製造者對?涵盖范?的定?也不?一致，例如有些操作系?整合了 ?形用?界面 ，而有些僅使用 命令行界面 ，將?形用?界面視?一種非必要的應用程式。

操作系?理?在 ?算机科? 中，?歷史悠久而又活? [1] 的分支；而操作系?的??????是?件工?的基??核心 [2] 。

歷史 [ ?? ]

各類平台上作業系統的功能演化
主?目： 操作系??史

綜觀電腦之歷史，作業系統與電腦硬體的發展息息相關。作業系統之本意原?提供簡單的 工作排序 能力，後?輔助更新更複雜的硬體設施而漸漸演化。從最早的 批次模式 開始， 分時機制 也隨之出現，在 多處理器 時代來臨時，作業系統也隨之添加多處理器協調功能，甚至是 分散式系統 的協調功能。其他方面的演變也類似於此。?一方面，在個人電腦上，個人電腦之作業系統因襲大型電腦的成長之路，在硬體越來越複雜、?大時，也逐步實踐以往?有大型電腦才有的功能。

總而言之，作業系統的歷史就是一部解決電腦系統需求與問題的歷史。

1980年代前 [ ?? ]

IBM System/360 ，大型主機的經典之作

第一部電腦?沒有作業系統。這是由於早期電腦的建立方式（如同建造機械 算盤 ）與效能不足以執行如此程式。但在1947年發明了 電晶體 ，以及 莫里斯·威?克斯 發明的 微程序 方法，使得電腦不再是機械裝置，而是電子?品。系統管理工具以及簡化硬體操作流程的程式?快就出現了，且成?作業系統的起源。到了1960年代早期，商用電腦製造商製造了 批次處理 系統，此系統可將工作的建置、排程以及執行 序列化 。此時，廠商?每一台不同型號的電腦創造不同的作業系統，因此?某電腦而寫的程式無法移植到其他電腦上執行，?使是同型號的電腦也不行。

到了1964年， IBM System/360 推出了一系列用途與價位都不同的 大型電腦 ，而?們都共用代號? OS/360 的作業系統（而非每種?品都用量身訂做的作業系統）。讓單一作業系統適用於整個系列的?品是System/360成功的關鍵，且實際上IBM目前的大型系統便是此系統的後裔，?System/360所寫的應用程式依然可以在現代的IBM機器上執行。

OS/360也包含?一個優點：永久貯存裝置? 硬? 的面世（IBM稱? DASD ）。?一個關鍵是 分時 ?念的建立：將大型電腦珍貴的時間資源適當分配到所有使用者身上。分時也讓使用者有獨?整部機器的感覺；而 Multics 的分時系統是此時?多新作業系統中實踐此觀念最成功的。

1963年， 奇異公司 與 貝爾實驗室 合作以PL/I語言建立的 Multics [3] ，是激發1970年代?多作業系統建立的靈感來源，尤其是由 AT&T 貝爾實驗室的 丹尼斯·里奇 與 肯·湯普遜 所建立的 Unix 系統，?了實踐平台移植能力，此作業系統在1973年由 C語言 重寫；?一個廣?市場採用的 小型電腦 作業系統是 VMS 。

1980年代 [ ?? ]

第一代 微型?算机 ?不像大型電腦或小型電腦，沒有裝設作業系統的需求或能力；?們只需要最基本的作業系統，通常這種作業系統都是從 ROM 讀取的，此種程式被稱?監視程式（Monitor）。1980年代，家用電腦開始普及。通常此時的電腦擁有8-bit處理器加上64KB 記憶體 、 螢幕 、 鍵盤 以及低音質 喇叭 。而80年代早期最著名的套裝電腦?使用微處理器6510（6502晶片特別版）的 Commodore C64 。此電腦沒有作業系統，而是以一8KB唯讀記憶體 BIOS 初始化彩色螢幕、鍵盤以及軟?機和印表機。?可用8KB唯讀記憶體 BASIC 語言來直接操作BIOS，?依此撰寫程式，大部分是遊?。此BASIC語言的 直譯器 勉?可算是此電腦的作業系統，當然就沒有 核心 或軟硬體保護機制了。此電腦上的遊?大多跳過BIOS層次，直接控制硬體。

家用電腦C64的抽象架構
簡單應用程式 机器?言
（遊?直接操作）
8k BASIC ROM
8k ROM-BIOS
硬體 （ 中央處理器 、儲存裝置等）

早期最著名的磁??動型作業系統是 CP/M ，?支援許多早期的微電腦。最早期的IBM PC其架構類似C64。當然?們也使用了BIOS以初始化與抽象化硬體的操作，甚至也附了一個BASIC直譯器！但是?的BASIC優於其他公司?品的原因在於他有可?性，?且相容於任何符合IBM PC架構的機器上。這樣的PC可利用 Intel-8088處理器 （16-bit暫存器）定址，?最多可有1MB的記憶體，然而最初只有640KB。 軟式磁?機 取代了過去的磁帶機，成?新一代的儲存裝置，?可在?512KB的空間上讀寫。?了支援更進一步的?案讀寫?念， 磁?作業系統 （Disk Operating System，DOS）因而誕生。此作業系統可以合?任意數量的磁區，因此可以在一張磁?片上放置任意數量與大小的?案。?案之間以?名區別。IBM?沒有?在意其上的DOS，因此以向外部公司購買的方式取得作業系統。1980年微軟公司取得了與IBM的合約，?且收購了一家公司出?的作業系統，在將之修改後以 MS-DOS 的名義出品，此作業系統可以直接讓程式操作BIOS與?案系統。到了 Intel-80286處理器 的時代，才開始實作基本的儲存裝置保護措施。其後，MS-DOS成爲了 IBM PC 上面最常用的作業系統（IBM自己也有推出DOS，稱?IBM-DOS或 PC-DOS ）。MS-DOS的成功使得 微? 成?地球上最?錢的公司之一。

MS-DOS在個人電腦上的抽象架構
普通 應用程式 （Shell script、 文字編輯器 ）
MS-DOS （?案系統）
BIOS （驅動程式）
硬體 （ 中央處理器 、儲存裝置等）

而1980年代?一個?起的作業系統異數是 Mac OS ，此作業系統緊緊與 ?金塔?? ??在一起。此時一位 施? ?羅奧多?究中心 的員工Dominik Hagen拜訪了?果電腦的 史?夫·?布斯 ，?且向他展示了此時全錄發展的圖形化使用者介面。?果電腦驚?天人，?打算向全錄購買此技術，但因?羅奧多?究中心?非商業單位而是?究單位，因此全錄回?了這項買賣。在此之後?果一致認?個人電腦的未來必定屬於圖形使用者介面，因此也開始發展自己的圖形化作業系統。

1990年代 [ ?? ]

Apple I 電腦，?果電腦的第一代?品

延續1980年代的競爭，1990年代出現了許多影響未來個人電腦市場深厚的作業系統。由於圖形化使用者介面日趨繁複，作業系統的能力也越來越複雜與巨大，因此??且具有彈性的作業系統就成了迫切的需求。此年代是許多套裝類的 個人電腦 作業系統互相競爭的時代。

上一年代於市場?起的?果電腦，由於舊系統的設計不良，使得其後繼發展不力，?果電腦決定重新設計作業系統。經過許多失敗的專案後，?果於1997年釋出新作業系統?? Mac OS X 的測試版，而後推出的正式版取得了巨大的成功。讓原先失意離開?果的 史?夫·?布斯 風光再現。

除了商業主流的作業系統外，從1980年代起在 ?放源代? 的世界中， BSD 系統也發展了非常久的一段時間，但在1990年代由於 與AT&T的法律爭端 ，使得遠在 芬蘭 赫爾辛基大學 的?一股開源作業系統?? Linux 興起。Linux核心是一個標準 POSIX 核心，其血緣可算是Unix家族的一支。Linux與BSD家族都搭配 GNU計? 所發展的應用程式，但是由於使用的 ?可? 以及歷史因素的作弄下，Linux取得了相當可觀的開源作業系統市?率，而BSD則小得多。相較於MS-DOS的架構，Linux除了擁有傲人的 可移植性 （相較於Linux，MS-DOS?能運行在Intel CPU上），?也是一個分時 多行程 核心，以及良好的 記憶體空間 管理（普通的行程不能存取核心區域的記憶體）。想要存取任何非自己的記憶體空間的行程?能透過 系??用 來達成。一般行程是處於使用者模式（User mode）底下，而執行系統呼叫時會被切換成核心模式（Kernel mode），所有的特殊指令?能在核心模式執行，此措施讓核心可以完美管理系統內部與外部裝置，?且拒?無權限的行程提出的請求。因此理論上任何應用程式執行時的錯誤，都不可能讓系統 崩潰 。


幾乎完整的Linux架構圖
使用者
模式 		應用程式（sh、 vi 、 OpenOffice.org 等）
複雜 函式庫 （ KDE 、glib等）
簡單函式庫（opendbm、sin等）
C函式庫（open、fopen、socket、exec、calloc等）
核心
模式 		系統中斷、呼叫、錯誤等軟硬體訊息
核心（驅動程式、行程、網路、?存管理等）
硬體（處理器、?存、各種裝置）

?一方面，微軟對於更?力的作業系統呼聲的回應便是 Windows NT 於1993年的面世。

1983年開始微軟就想要?MS-DOS建構一個圖形化的作業系統應用程式，稱?Windows（有人說這是 比?·盖茨 被?果的Lisa電腦上市所刺激）。一開始Windows?不是一個作業系統，只是一個應用程式，其背景還是純MS-DOS系統，這是因?當時的BIOS設計以及MS-DOS的架構不甚良好之故。在1990年代初，微軟與IBM的合作破裂，微軟從 OS/2 （早期?命令列模式，後來成?一個技術?優秀但是曲高和寡的圖形化作業系統）專案中抽身，?且在1993年7月27日推出 Windows 3.1 ，一個以OS/2?基礎的圖形化作業系統。?在1995年8月15日推出 Windows 95 。這時的Windows系統依然是建立在MS-DOS的基礎上，不?微?在?同?也在??不依?于DOS的NT系列Windows系?，?在后?完全放?了DOS而?向NT作?Windows的基?。

底下的表格?Windows NT系統的架構：在硬體階層之上，有一個由微核心直接接觸的 硬體抽象層 （HAL），而不同的驅動程式以模組的形式掛載在核心上執行。因此微核心可以使用諸如輸入輸出、?案系統、網路、資訊安全機制與虛擬記憶體等功能。而系統服務層提供所有統一規格的函式呼叫庫，可以統一所有子系統的實作方法。例如?管POSIX與OS/2對於同一件服務的名稱與呼叫方法差異甚大，?們一樣可以無?地實作於系統服務層上。在系統服務層之上的子系統，全都是使用者模式，因此可以避免使用者程式執行非法行動。


簡化版本的Windows NT抽象架構
使用者
模式 		OS/2
應用程式 		Win32
應用程式 		DOS
程式 		Win16
應用程式 		POSIX
應用程式
其他 DLL函式庫 DOS系統 Windows模擬系統
OS/2子系統 Win32子系統 POSIX.1子系統
核心
模式 		系統服務層
輸入輸出管理
?案系統、網路系統 		物件管理系統 / 安全管理系統 / 行程管理 / 物件間通訊管理 / 行程間通訊管理 / 虛擬記憶體管理

微核心 		視?管理程式
驅動程式 硬體抽象層（HAL） 圖形驅動
硬體（處理器、記憶體、外部裝置等）


子系統架構第一個實作的子系統群當然是以前的微軟系統。DOS子系統將每個DOS程式當成一行程執行，?以個別獨立的MS-DOS虛擬機器承載其 運行環境 。?外一個是Windows 3.1模擬系統，實際上是在Win32子系統下執行Win16程式。因此達到了安全掌控?MS-DOS與早期Windows系統所撰寫之舊版程式的能力。然而此架構只在 Intel 80386 處理器及後繼機型上實作。且某些會直接讀取硬體的程式，例如大部分的Win16遊?，就無法套用這套系統，因此?多早期遊?便無法在Windows NT上執行。Windows NT有3.1、3.5、3.51與4.0版。Windows 2000是Windows NT的改進系列（事實上是Windows NT 5.0）、 Windows XP （Windows NT 5.1）以及 Windows Server 2003 （Windows NT 5.2）與 Windows Vista （Windows NT 6.0）也都是立基於Windows NT的架構上。

而本年代漸漸增長?越趨複雜的嵌入式設備市場也促使 嵌入式作業系統 的成長。

今日 [ ?? ]

現代作業系統通常都有一個使用的繪圖裝置的 ?形用?界面 （GUI），?附加如滑鼠或觸控面版等有別於鍵盤的輸入裝置。舊的OS或效能導向的伺服器通常不會有如此親切的介面，而是以 命令行界面 （CLI）加上鍵盤?輸入裝置。以上兩種介面其實都是所謂的 殼 ，其功能?接受?處理使用者的指令（例如按下一按?，或在命令提示列上鍵入指令）。

選擇要安裝的作業系統通常與其硬體架構有?大關係，只有 Linux 與 BSD 幾乎可在所有硬體架構上執行，而Windows NT僅移植到了 DEC Alpha 與 MIPS Magnum 。在1990年代早期，個人電腦的選擇就已被?限在 Windows 家族、 類Unix 家族以及Linux上，而以Linux及Mac OS X?最主要的?類選擇，直至今日。

大型機 與 嵌入式系統 使用?多樣化的作業系統。大型主機近期有許多開始支援 Java 及Linux以便共享其他平台的資源。嵌入式系統近期百家爭鳴，從給 Sensor Networks 用的 Berkeley Tiny OS 到可以操作 Microsoft Office 的 Windows CE 都有。

?人?? [ ?? ]

個人電腦市場目前分?兩大陣營，此兩種架構分別有支持的作業系統：

  • Apple Macintosh - Mac OS X，Windows（僅Intel平台），Linux、BSD。
  • IBM相容PC - Windows、Linux、BSD、Mac OS X（非正式支援）。

大型電腦 [ ?? ]

最早的操作系?是??20世?60年代的大型主????的，由于??些系?在?件方面做了巨大投?，因此原?的?算机?商?????原?操作系?相兼容的硬件?操作系?。?些早期的操作系?是?代操作系?的先?。?在仍被支持的大型主机操作系?包括：

?代的大型主机一般也可?行Linux或Unix??。

嵌入式 [ ?? ]

嵌入式系統使用非常廣泛的系統（如 VxWorks 、 eCos 、 Symbian OS 及 Palm OS ）以及某些功能縮減版本的Linux或者其他作業系統。某些情況下，OS指稱的是一個內建了固定應用軟體的巨大泛用程式。在許多最簡單的嵌入式系統中，所謂的OS就是指其上唯一的應用程式。

類Unix系統 [ ?? ]

主?目： ?Unix
Unix 系?的演?
KDE SC 4 ?面

所謂的 類Unix 家族指的是一族種類繁多的OS，此族包含了 System V 、 BSD 與 Linux 。由於Unix是 The Open Group 的註冊商標，特指遵守此公司定義的行?的作業系統。而類Unix通常指的是比原先的Unix包含更多特徵的OS。

類Unix系統可在非常多的處理器架構下執行，在 伺服器 系統上有?高的使用率，例如大專院校或工程應用的 工作站 。

1991年，芬??生 林?斯·托瓦? 根据?Unix系? Minix ????布了 Linux 操作系??核，其后在 理?德·斯托曼 的建?下以 GNU通用公共?可? ?布，成? 自由軟體 Unix變種. Linux近來越來越受歡迎，?們也在個人?面電腦市場上大有斬獲，例如 Ubuntu 系統。

某些Unix變種，例如 惠普 的 HP-UX 以及IBM的 AIX 僅設計用於自家的硬體?品上，而 SUN 的 Solaris 可安裝於自家的硬體或 x86 電腦上。?果電腦的 Mac OS X 是一個從 NeXTSTEP 、 Mach 以及 FreeBSD 共同衍生出來的微核心BSD系統，此OS取代了?果電腦早期非Unix家族的Mac OS。

經歷數年的披荊斬棘，自由 開源 的Linux系統逐漸蠶食以往專利軟體的專業領域，例如以往電腦動?運算巨擘── 硅谷?形公司 （SGI）的 IRIX 系統已被Linux家族及 貝爾實驗室 ?發小組設計的 九號計? 與 Inferno 系統取代，皆用於分散運算式環境。?們?不像其他Unix系統，而是選擇內建 ?形用?界面 。九號計?原先?不普及，因??剛推出時?非自由軟體。後來改在自由及開源軟體許可證 Lucent Public License 釋出後，便開始擁有廣大的使用者及社群。Inferno已被?予 Vita Nuova ?以GPL/MIT許可證釋出。

當前，計算機按照計算能力排名世界500?中全數皆使用Linux系統。 [4]

微軟Windows [ ?? ]

主?目： Microsoft Windows

Microsoft Windows 系列作業系統是在微軟給IBM機器設計的 MS-DOS 的基礎上設計的圖形作業系統。現在的Windows系統，如Windows 2000、Windows XP皆是建立于現代的 Windows NT 核心。NT核心是由 OS/2 和 OpenVMS 等系統上借用來的。Windows可以在32位元和64位元的 Intel 和 AMD 的處理器上運行，但是早期的版本也可以在 DEC Alpha 、 MIPS 與 PowerPC 架構上運行。

雖然由於人們對於開放原始碼作業系統興趣的提升，Windows的市場?有率有所下降，但是到2004年?止，Windows作業系統在世界範圍內?據了?面作業系統90%的市場。 [5]

Windows系統也被用在低階和中階伺服器上，?且支援網頁服務的資料庫服務等一些功能。最近微軟花費了?大?究與開發的經費用於使Windows擁有能運行企業的大型程式的能力。

Windows XP在2001年10月25日發佈，2004年8月24日發佈服務包2（Service Pack 2），2008年4月21日發佈最新的服務包3，但只有32位元（Service Pack 3）。

Windows XP的下一代?Windows Vista（開發代碼?Longhorn）於2007年1月30日發? [6] 。 Windows Vista 增加了許多功能，尤其是系統的安全性和網路管理功能，?且其擁有介面華麗的 Aero Glass 。但是整體而言，其在全球市場上的口碑??不是?好。其後繼者 Windows 7 則是於2009年10月22日發?， Windows 7 改善了 Windows Vista ?人?病的效能問題，相較於 Windows Vista ，在同樣的硬體環境下， Windows 7 的表現較Windows Vista?好。

Windows 8 於2012年10月26日發?，與Windows Phone 8共用核心，取消了開始按?，?使用了全新動態?介面，?可使用Windows 市集購買安裝App，但由於整體介面相較於前幾版是?大的更改，以及?觸控設計的介面，讓不少鍵盤滑鼠使用者比較不習慣。微軟於隔年2013年10月18日發布了Windows 8.1，?加回了開始按?。

而最多人使用的Windows 的 Windows 10 則是於2015年7月29日發?。而每次大更新後就更改版本號，目前最新?21H2。會在2025年10月25日停止支援Windows 10家用版及專業版

Windows 11於2021年10月5日發行ISO等安裝?，但無發?盒裝版。是目前最新的Windows，也是唯一可以安裝Android App與只有64位元版的Windows

?果macOS [ ?? ]

主?目： Mac OS 和 Mac OS X

macOS ，前?“Mac OS X”或“OS X”，是一套?行于?果 Macintosh 系列??上的操作系?。Mac OS是首?在商用?域成功的 ?形用?界面 系?。Macintosh??成?包括 比?·阿特金森 （Bill Atkinson）、 杰夫·拉斯金 （Jef Raskin）和 安迪·赫茨菲?德 （Andy Hertzfeld）。?OS X 10.8?始在名字中去掉Mac，?保留OSX和版本?。在WWDC 2016 上，?果公司?OS X更名?macOS，?行的最新的系?版本是 macOS Sonoma 。

Chrome OS [ ?? ]

主?目： Google Chrome OS

Google Chrome OS是一?Google的?型??操作系???，其基于Google的??器 Google Chrome 的Linux?核。

其他 [ ?? ]

大型主機以及 嵌入式 作業系統均與Unix或Windows家族關係不大，除了 Android ， Windows CE 、 Windows NT 及 Windows XP Embedded 是Windows的血親?品，以及數種*BSD和嵌入式Linux套件?例外。

少數較舊的OS今日依然在一些需要穩定性的市場中活躍，例如IBM的 OS/2 、 BeOS 以及 XTS-400 。

在 達康時代 狂潮過後，如 AmigaOS 與 RISC OS 等少數人使用的OS依然持續建立，以滿足狂熱的愛好者社群與特殊專業使用者。

?秀的操作系?必定要具?能?各?能力??的用??足各?需求的工具包可?化的高效?便程序?境，以程序??建程序，就如立法的法律指??范新的法案的?建。?其?是操作系?所?含的一部分，?定了可以有多强的?充能力。比如，某?操作系?有??的??者工具包集成?境程序?且是?可?化的，?能?能力不太高的人一看能?的，用于修改某??音合成器包含???示，可要是操作系?本身不支持也?有提供可用的工具程序，就??得?繁?，?可能?了?到??目?，??者就要??好各?相?的工具程序，甚至自己???一系列相?的工具程序?建??的工具包，最后?要??代?。若是有人想通?音??生成五??，要??似???言的五??????一下，?各?音色，音准采集???出一整套?律，通??音??可以??出?器的??等，?而?出?符完成??音到??的???生成。可是?人?却又更???也不必要如此。若是需要用?音的波形?重??音，?有相?的工具集是相????，?外只有使用同一套?音的波形?制??的所生成的波形?用?再?的?音才是原?的?音。

在作?商品出?的操作系??件的?史中常常因?其中包含的??器，媒?播放器在美?遭到反??起?，差点使得功能上?缺不全。少?操作系??件能?提供??全面的App和?用工具程序。

操作系??件的??也需要??的???境。

在同一台?算机上?行不同的操作系??件，就能?以不同的方式?使用?算机?源。比如，在Mac上?行OS X和Windows以??不同的技? OpenCL ， Core Image : DirectX ?使用?形????似的作用。

通??像??和?音????行信息搜索。

能??足不同需求所要求的精?程度???的精??分，以及尺度?分可以互?，同步，??原本必須由多?人?同合作才能完成的??需要?整?相互同步的操控作?，?就必?有??消息?送?示，可?化的用于??同步??任?的配置脚本，以及?行????任?的完整?件。

未來 [ ?? ]

?究與建立未來的作業系統依舊進行著。作業系統朝提供更省電、網路化、易用、華麗的使用者介面的方向來改進。類UNIX OS通過和 ?面環境 開發者協作，正努力讓自己改進使用環境。

eyeOS是一套基於PHP實現的半開源模擬雲端運算操作系?，但其實質只是在網路瀏覽器中提供一種類似無界限的類獨立操作系?，其?非於任何類似虛擬化中實現的?正電腦操作系?，能提供諸如Word、PPT、Excel的在線處理功能…

GNU Hurd 是一個以完全相容Unix?加?許多功能?目?的微核心架構。微軟 Singularity 是一個奠基於 .Net ?以建立較佳 記憶體保護 機制?目標的?究計?。

功能 [ ?? ]

操作系?位于底?硬件?用?之?，是?者?通的?梁。用?可以通?操作系?的用?界面，?入命令。操作系???命令?行解?，??硬件??，??用?要求。以?代?准而言，一??准PC的操作系???提供以下的功能：

  • ?程管理（Processing management）
  • ?存管理（Memory management）
  • 文件系?（File system）
  • ??通信（Networking）
  • 安全机制（Security）
  • 用?界面（User interface）
  • ??程序（Device drivers）

?程管理 [ ?? ]

主?目： ?程 和 執行?

不管是常駐程式或者應用程式，他們都以 行程 ?標準執行單位。當年運用 馮·諾伊曼結構 建造電腦時，每個 中央處理器 最多只能同時執行一個行程。早期的操作系?（例如DOS）也不允許任何程式打破這個限制，且DOS同時只有執行一個?程（雖然DOS自己宣稱他們擁有終止?等待駐留能力，可以部分且艱難地解決這問題）。現代的作業系統，?使只擁有一個CPU，也可以利用 多?程 （multitask）功能同??行多??程。 ?程管理 指的是操作系??整多?行程的功能。

由於大部分的電腦只包含一顆中央處理器，在單核心（Core）的情況下多行程只是簡單迅速地切換各行程，讓每個行程都能?執行，在多核心或多處理器的情況下，所有行程透過許多 協同技術 在各處理器或核心上轉換。越多行程同時執行，每個行程能分配到的時間比率就越小。?多操作系?在遇到此問題時會出現諸如音效斷續或滑鼠跳格的情況（稱做??（Thrashing），一種操作系?只能不停執行自己的管理程式?耗盡系統資源的狀態，其他使用者或硬體的程式皆無法執行。行程管理通常實踐了 分時 的?念，大部分的操作系?可以利用指定不同的特權等級（priority），?每個行程改變所?的分時比例。特權越高的行程，執行優先順序越高，單位時間內?的比例也越高。互動式操作系?也提供某種程度的回饋機制，讓直接與使用者互動的行程擁有較高的特權?。

除了行程管理之外，操作系??有擔負起 行程間通訊 （IPC）、行程異常終止處理以及 死? （Dead Lock）偵測及處理等較?艱深的問題。

在行程之下?有 執行? 的問題，但是大部分的操作系??不會處理執行?所遭遇的問題，通常操作系?僅止於提供一組API讓使用者自行操作或透過 虛擬機器 的管理機制控制執行?之間的互動。

?存管理 [ ?? ]

根據 ?金森定律 ：「 ??程序再多?存，程序也?想??法耗光 」，因此 程式設計師 通常希望系統給他 無限量 且 無限快 的記憶體。大部分的現代電腦記憶體架構都是 階層式 的，最快且數量最少的 暫存器 ?首，然後是 快取 、 記憶體 以及最慢的 磁?儲存裝置 。而操作系?的 記憶體管理 提供尋?可用的記憶空間、配置與釋放記憶空間以及交換記憶體和低速儲存裝置的內含物……等功能。此類又被稱做 虛擬記憶體管理 的功能大幅增加每個行程可獲得的記憶空間（通常是4 GB ，?使實際上RAM的數量遠少於這數目）。然而這也帶來了微幅降低執行效率的缺點，嚴重時甚至也會導致行程崩潰。

記憶體管理的?一個重點活動就是藉由CPU的?助來管理虛擬位置。如果同時有許多行程儲存於記憶裝置上，作業系統必須防止?們互相干擾對方的記憶體內容（除非透過某些協定在可控制的範圍下操作，?限制可存取的記憶體範圍）。分割記憶體空間可以達成目標。每個行程只會看到整個記憶體空間（從0到記憶體空間的最大上限）被配置給?自己（當然，有些位置被操作系?保留而禁止存取）。CPU事先存了幾個表以比對虛擬位置與實際記憶體位置，這種方法稱? 分頁 配置。

藉由對每個行程?生分開獨立的位置空間，操作系?也可以輕易地一次釋放某行程所?據的所有記憶體。如果這個行程不釋放記憶體，操作系?可以結束行程?將記憶體自動釋放。

磁??文件系? [ ?? ]

主?目： 文件系?

所謂的 ?案系統 ，通常指稱管理磁?資料的系統，可將資料以目錄或?案的型式儲存。每個?案系統都有自己的特殊格式與功能，例如日誌管理或不需磁?重整。

操作系?擁有許多種內建?案系統。例如 Linux 擁有非常廣泛的內建?案系統，如 ext2 、 ext3 、 ext4 、 ReiserFS 、 Reiser4 、 GFS 、 GFS2 、 OCFS 、 OCFS2 、 NILFS 與 Google?案系統 。Linux也支援非原生?案系統，例如 XFS 、 JFS 、 FAT 家族與 NTFS 。?一方面， Windows 能支援的?案系統?有FAT12、FAT16、FAT32、EXFAT與NTFS。NTFS系統是Windows上最可?與最有效率的?案系統。其他的FAT家族都比NTFS老舊，且對於?案長度與分割磁?能力都有?大限制，因此造成?多問題。而UNIX的?案系統多半是 UFS ，而UNIX中的一個分支 Solaris 最近則開始支援一種新式的 ZFS 。

大部?上述的?案系統都有兩種建置方法。系統可以以 日誌式 或非日誌式建置。日誌式?案系統可以以較安全的手法執行系統恢?。如果一個沒有日誌式建置的?案系統遇上突然的系統崩潰，導致資料建立在一半時停頓，則此系統需要特殊的?案系統檢?工具才能復原；日誌式則可自動恢?。 微? 的NTFS與Linux的ext3、ext4、reiserFS與JFS都是日誌式?案系統。

每個?案系統都實作相似的目錄／子目錄架構，但在相似之下也有許多不同點。微軟使用「 \ 」符號以建立目錄／子目錄關係，且?案名稱忽略其大小寫差異；UNIX系統則是以「 / 」建立目錄架構，且?案名稱大小寫有差異。(其實這是給系??用的，"/"或"\"?不實際存在硬?)

?? [ ?? ]

許多現代的操作系?都具備操作主流網路通訊協定 TCP/IP 的能力。也就是說這樣的作業系統可以進入網路世界，?且與其他系統分享諸如?案、印表機與掃描器等資源。

許多操作系?也支援多個過去網路?蒙時代的各路網路通訊協定，例如 IBM 建立的 系統網路架構 、 DEC 在?所生?的系統所設定的 DECnet （ 英? ： DECnet ） 架構與微軟?Windows製作的特殊通訊協定。還有許多?了特殊功能而?發的通訊協定，例如可以在網路上提供?案存取功能的 NFS 系統。現今大量用於影音串流（Streaming media）及遊?訊息傳送的 UDP 協定等。

安全 [ ?? ]

大多數操作系?都含有某種程度的 資訊安全 機制。資訊安全機制主要基於兩大理念：

  • 操作系?提供外界直接或間接存取數種資源的管道，例如本地端磁?機的?案、受保護的特權 系統呼叫 、使用者的隱私資料與系統執行的程式所提供的服務。
  • 操作系?有能力 認證 資源存取的請求。允許通過認證的請求?拒?無法通過的非法請求，?將適當的權力 授權 （ Authorization （ 英? ： 授? ） ）給此請求。有些系統的認證機制僅簡略地把資源分?特權或非特權，且每個請求都有獨特的身?辨識號碼，例如使用者名稱。資源請求通常分成兩大種類：
    • 內部來源：通常是一個正在執行的程式發出的資源請求。在某些系統上，一個程式一旦可執行就可做任何事情（例如 DOS 時代的 病毒 ），但通常操作系?會給程式一個識別代號，?且在此程式發出請求時，檢?其代號與所需資源的存取權限關係。
    • 外部來源：從 非本地端電腦 而來的資源請求，例如遠端登入本機電腦或某些網路連線請求（ FTP 或 HTTP ）。?了識別這些外部請求，系統也許會對此請求提出認證要求。通常是請求輸入使用者名稱以及相對應的密碼。系統有時也會應用諸如磁?或生物識別資料的?種認證方法。在某些例子，例如網路通訊上，通常不需通過認證?可存取資源（例如匿名存取的FTP伺服器或 P2P 服務）。

除了允許／拒?形式的安全機制，一個高安全等級的系統也會提供記錄選項，允許記錄各種請求對資源存取的行?（例如「誰曾經讀了這個?案？」）。

肇因於軍方與商業組織將敏感資料記錄在電腦上，安全機制在操作系?歷史上是一個被長久關注與討論的問題。 美國 國防部 （DoD）便創立了 《 可信賴之計算機系統評鑑程序 》 （ TCSEC （ 英? ： TCSEC ） ），此手冊確立了評鑑安全機制成效的基本原則。這對操作系?作者來說非常重要，因?TCSEC是用於評鑑、分類與選拔出用於處理、儲存與獲取敏感或機密資料的電腦系統的標準程序。

內部通?安全 [ ?? ]

內部資訊安全可視?防止正在執行的程式任意存取系統資源的手段。大多操作系?讓普通程式可直接操作電腦的 CPU ，所以?生了一些問題，例如?樣把可如操作系?一樣處理事務、執行同樣特殊指令的程式?迫停止，畢竟在此情境下，操作系?也只是?一個平起平坐的程式。?通用操作系?所生?的CPU通常於硬體層級上實踐了一定程度的特殊指令保護?念。通常特權層級較低的程式想要執行某些特殊指令時會被阻斷，例如直接存取像是硬?之類的外部裝置。因此，程式必須得經由詢問操作系?，讓操作系?執行特殊指令來存取磁?。因此操作系?就有機會檢?此程式的識別身?，?依此接受或拒??的請求。

在不支援特殊指令架構的硬體上，?一個也是唯一的保護方法，則是操作系??不直接利用CPU執行使用者的程式，而是藉由 模擬 一個CPU或提供一 P-code机 系統（ ?代碼 執行機），像是 Java 一樣讓程式在 虛擬機器 上執行。

內部安全機制在多使用者電腦上特別重要：?允許每個系統使用者擁有自己個人的?案與目錄，且其他使用者不能任意存取或刪除。因?任何程式都可能繞過操作系?的監控，更有可能繞過側錄程式的監控，擁有?制力的內部安全機制在側錄?動時也非常重要。

外部通?安全 [ ?? ]

通常一個作業系統會?其他網路上的電腦或使用者提供（主持）各種服務。這些服務通常藉由 端口 或操作系?網路地址後的數字存取點提供。通常此服務包括提供?案共享（NFS）、列印共享、 電子郵件 、 網頁服務 與?案傳輸協定（ FTP ）。外部資訊安全的最前線，是諸如 防火? 等的硬體裝置。在操作系?內部也常設置許多種類的軟體防火牆。軟體防火牆可設定接受或拒?在操作系?上執行的服務與外界的連線。因此任何人都可以安裝?執行某些不安全的網路服務，例如 Telnet 或FTP，?且設定除了某些自用通道之外阻?其他所有連線，以達成防堵不良連線的機制。

使用者界面 [ ?? ]

今日大部分的操作系?都包含 ?形用?界面 （GUI）。有幾類較舊的操作系?將圖形化使用者介面與 核心 緊密結合，例如最早的Windows與 Mac OS 實作?品。此種手法可提供較快速的圖形回應能力，且實作時不需切割模組因而較?省工，但是會有?烈副作用，例如圖形系統崩潰將導致整個系統崩潰，例如 藍白當機?面 。許多近代的操作系?已 模組化 ，將圖形介面的子系統與核心分開（已知Linux與Mac OS X原先就是如此設計，而某些擴充版本的Windows終於也採用此手法）。

許多操作系?允許使用者安裝或創造任何他們喜歡的?形用?界面 [7] 。大部分的Unix與Unix衍生系統（BSD、Linux與 Minix ）通常會安裝 X Window 系統配合 GNOME 或 KDE ?面環境。而某些操作系?就沒有這?彈性的圖形化使用者介面，例如Windows。這類的操作系?只能透過外加的程式來改變其圖形化使用者介面，甚至根本只能改變諸如選單風格或?色配置等部分 [來源請求] 。

圖形化使用者介面與時?進，例如Windows在每次新版本上市時就會將其圖形化使用者介面改頭換面，而Mac OS的GUI也在Mac OS X上市時出現重大轉變。

??程序 [ ?? ]

主?目： ??程序

所謂的 驅動程式 （Device driver）是指某類設計來與硬體互動的電腦軟體。通常是一設計完善的裝置互動介面，利用與此硬體連接的電腦匯排流或通訊子系統，提供對此裝置下令與接收資訊的功能；以及最終目的，將訊息提供給操作系?或應用程式。驅動程式是針對特定硬體與特定操作系?設計的軟體，通常以作業系統核心模組、應用軟體包或普通電腦程式的形式在操作系? 核心 底下執行，以達到通透順暢地與硬體互動的效果，且提供硬體在處理非同步的時間依賴性介面（asynchronous time-dependent hardware interface）時所需的中斷處理常式。

設計驅動程式的主要目的在於操作 抽象化 ，任何硬體模組，?使是同一類的裝置，在硬體設計面上也有巨大差異。廠商推出的較新模組通常更可?更有效率，控制方法也會有所不同。電腦與其操作系?每每不能預期那些現有與新裝置的變異之處，因此無法知道其操作方法。?解決此問題操作系?通常會 主動制訂 每種裝置該有的操作方式，而驅動程式功能則是將那些操作系?制訂的行?描述，轉譯?可讓裝置瞭解的自訂操作手法。

理論上適合的驅動程式一旦安裝，相對應的新裝置就可以無誤地執行。此新驅動程式可以讓此裝置完美地切合在操作系?中，讓使用者察覺不到這是操作系?原本沒有的功能。

?? [ ?? ]

操作系?理??究者有?把操作系?分成四大部分：

  • ??程序 - 最底?的、直接控制和??各?硬件的部分，??的??是?藏硬件的具???，?向其他部分提供一?抽象的、通用的接口。
  • ?核 - 操作系?之最核心部分，通常?行在最高特??，??提供基?性、??性的功能。
  • 支承? - （亦作“ 接口? ”）是一系列特殊的程序?，????在于把系?所提供的基本服?包?成?用程序所能?使用的?程接口（ API ），是最?近?用程序的部分。例如， GNU C?行期? 就?于此?，?把各?操作系?的?部?程接口包?成ANSI C和 POSIX ?程接口的形式。
  • 外? - 所?外?，是指操作系?中除以上三?以外的所有其他部分，通常是用于提供特定高?服?的部件。例如，在微?核??中，大部分系?服?，以及 UNIX / Linux 中各?守??程都通常被??此列。

?然，本?所提出的四部???也?非放之四海皆准。例如，在早期的微???操作系?中，各部分?合程度?深，?以?分彼此。而在使用 外核 ??的操作系?中，?根本?有??程序的?念。因而，本?的??只适用于一般情?，具?特例需具?分析。

操作系?中四大部分的不同布局，也就形成了??整???的分野。常?的??包括：????、???、微?核??、垂直??、和 ??机 ??。

分? [ ?? ]

操作系?的分??有一??一的?准，可以根据工作方式分? 批?理操作系? 、 分?操作系? 、 ??操作系? 、 ??操作系? 和 分布式操作系? 等；根据架?可以分? ??核操作系? 等；根据?行的?境，可以分??面操作系?， 嵌入式操作系? 等；根据指令的?度分?8bit, 16bit, 32bit, 64bit 的操作系?。

?核?? [ ?? ]

主?目： ?核

?核是操作系?最核心最基?的?件，其??往往?操作系?的外部特性以及?用?域有着一定程度的影?。?管?着理?和??的不?演?，操作系?高?特性??核??之?的?合有日??小之?，但??上，?核??仍然是操作系?分?之常用?准。

?核的??可以分? ??核 、 微?核 、 超微?核 、以及 外核 等。

??核??是操作系?中各核心部件?然混居的形?，????生于1960年代（亦有1950年代初之?，?存??），?史最?，是操作系??核?外?分??的最初形?。

微?核??是1980年代?生出?的?新的?核??，强???性部件?功能性部件的分?。20世?末，基于微?核??，理?界中又?展出了超微?核?外?核等多???。?管自1980年代起，大部分理??究都集中在以微?核?首的“新?”??之上，然而，在?用?域之中，以??核???基?的操作系?却一直占据着主?地位。

在?多常用操作系?之中，除了 QNX 和基于Mach的UNIX等??系?外，?乎全部采用??核??，例如大部分的 Unix 、 Linux ，以及 Windows （ 微? ??Windows NT是基于改良的微?核架?的，?管理?界?此存有??）。微?核和超微?核??主要用于?究性操作系?，?有一些 嵌入式系? 使用外核。

基于??核的操作系?通常有着??的?史?源。例如，?大部分UNIX的家族史都可上溯至1960年代。??操作系?多?有着相?古老的??和??（例如某些UNIX中存在着大量1970年代、1980年代的代?）。?外，往往在性能方面略?于同一?用?域中采用其他?核??的操作系?（但通常??此?性能??不能完全?功于??核??）。

通用??用、嵌入式 [ ?? ]

通用操作系? 是面向一般?有特定?用需求的操作系?。由于?有特定的?用需求，通用操作系??了适?更?泛的?用，需要支持更多的硬件??件，需要??所有的用???，?系??行更新。通用操作系?是一?工程量繁重的操作系?。

???非?? [ ?? ]

「 ??操作系? 」（Real Time OS）泛指所有据有一定???源?度以及通?能力的操作系?。而所?“??”，不同?境中往往有着非常不同的意?。某些?候??用作“高性能”的同??。但在操作系?理?中“??性”所指的通常是特定操作所消耗的??（以及空?）的上限是可?知的。比如，如果?某?操作系?提供???存分配操作，那也就是?一??存分配操作所用??（及空?）无?如何也不?超出操作系?所承?的上限。??性在某些?域非常重要，比如在工?控制、??器材、影音?合成、以及?事?域，??性都是无可或缺的特性。

常用??操作系?有 QNX 、 VxWorks 、 RTLinux 等等，而 Linux 、多? UNIX 、以及多? Windows 家族成?等都?于非??操作系?。操作系?整?的??性通常依仗?核的??能力，但有?也可在非???核上建立??操作系?，?多在Windows上建立的??操作系?就?于此?。

在 POSIX ?准中?有一系用于?范??操作系?的API，其中包括POSIX.4、POSIX.4a、POSIX.4b（合?POSIX.4）以及POSIX.13等等。符合POSIX.4的操作系?通常被?可???操作系?（但??操作系??不需要符合POSIX.4?准）。

8位、16位、32位、64位、128位 [ ?? ]

所謂8位、16位、32位、64位、128位等術語有時指匯流排寬度，有時指指令寬度（在定長指令集中），而在作業系統理論中主要是指記憶體定址的寬度。如果記憶體的定址寬度是16位，那?每一個記憶體地址可以用16個二進位位來表示，也就是說可以在64KB的範圍內定址。同樣道理32位的寬度對應4GB的定址範圍，64位的寬度對應16 Exabyte的定址範圍。記憶體定址範圍?非僅僅是對作業系統而言的，其他類型的軟件的設計有時也會被定址範圍而影響。但是在作業系統的設計與實現中，定址範圍?有着更?重要的意義。

在早期的16位作業系統中，由於64KB的定址範圍太小，大都都採用「段」加「線性地址」的二維平面地址空間的設計。分配記憶體時通常需要考慮「段置換」的問題，同時，應用程序所能?使用的地址空間也往往有比較小的上限。

在32位作業系統中，4GB的定址範圍對於一般應用程序來說是綽綽有餘的，因而，通常使用一維的線性地址空間，而不使用「段」。

注? [ ?? ]

?考文? [ ?? ]

引用 [ ?? ]

  1. ^ 存?副本 . sites.google.com. [ 2021-12-06 ] . （原始?容 存? 于2022-05-12）.  
  2. ^ 王珞：?定走出自主可控操作系?的??之路--理?-人民? . theory.people.com.cn. [ 2021-12-06 ] . （原始?容 存? 于2021-12-09）.  
  3. ^ （英文） Multicians.org and the History of Operating Systems （ ?面存??? ，存于 互???案? ）, Thomas Haigh, 13 September 2002
  4. ^ Top500 ? List Statistics [Top500 ? 列表??] . www.top500.org. 2017-11 [ 2019-03-04 ] . （ 原始?容 存?于2012-11-19） （英?） .  
  5. ^ Why Windows Won't Always Dominate - New devices will shrink Microsoft's OS market share, researcher predicts （ ?面存??? ，存于 互???案? ）, David Legard, IDG News Service, Friday, April 23, 2004
  6. ^ （英文） 微軟Vista作業系統官方網站公告 （ ?面存??? ，存于 互???案? ）（2007年1月10日造訪）
  7. ^ 各項多采多姿的KDE／GNOME ?面快照 [ 永久失效連結 ] 。

?源 [ ?? ]

?閱 [ ?? ]

外部連結 [ ?? ]

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各地
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取自“ https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=操作系?&oldid=81967098 ”