以发展的眼光来看待操作系统

柔情只为你懂 2023-03-05 15:58 83阅读 0赞

*承接上文《*[*程序员应如何理解操作系统：*][Link 1][*下篇*][Link 1]*》*

操作系统和生物一样也是在不断演变进化的，操作系统也不是一下子就变成现在这种样子的。

现代的操作系统是什么样子的呢？

*  非常靓丽易用的图形界面
 *  普遍支持多任务，也就是操作系统上可以同时运行很多程序。
 *  所有进程看到的内存都是4G(32位下)，而且无论物理内存是多少都是这样的。
 *  应用程序无需全部加载到内存中就可以开始运行。
 *  一个进程崩溃后不会影响到其它进程。
 *  等等等等

在个人计算机(PC)刚刚出现时，所谓的操作系统在现在看来还非常原始，在这里我们以微软的 MS-DOS 为例来给大家讲解一下最开始的操作系统是什么样子的。

### 单任务，一次只能运行一个程序 ###

首先，MS-DOS是一个单任务系统(Single Task System)，也就是说在MS-DOS中一次只能运行一个程序。

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MS-DOS界面非常简陋，其界面如上图所示。在运行起来后首先有一个命令行解释器供用户来操作计算机，因此这个程序和操作系统一样会常驻内存，在内存中的布局如下图A所示。当用户要运行一个新的程序时，MS-DOS简单的把程序从磁盘拷贝到内存当中，覆盖掉一部分命令行解释器占用的内存并且尽可能多的把内存分配给用户程序，如下图B所示。因为最初的IBM-PC只支持640KB的内存，因此MS-DOS必须高效的使用内存(做为现代的程序员你能想象在640KB的内存上开发程序吗)，命令行解释器被覆盖掉的部分被保存到磁盘当中。

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接下来MS-DOS把CPU的程序计数器设置为程序在内存中的第一条指令，这样用户程序就开始运行了。注意因为是单任务系统因此在MS-DOS中程序会一直运行，直到程序运行结束后退出或者程序运行出错后退出，不管怎样，运行结果都会保存到MS-DOS的内存当中。这时命令行解释器还留在内存中的那一小部分开始运行，它的首要任务就是把被覆盖掉的那一部分从磁盘拷贝到内存当中，如上图A所示，接着命令行解释器取出上一个程序的运行结果展示给用户。注意上图中展示的是真实的物理内存布局的样子。

不同于MS-DOS，在现在操作系统上进行编程时，程序员无需担心内存不足的问题，因为在现代操作系统上无论物理内存多大，程序员可以使用3G大小的内存(32位系统下)，这种机制就是我们在后面课程中重点讲解的虚拟内存。MS-DOS年代还没有使用这种机制，**因此程序员不得不小心使用极其宝贵的内存以免内存不足**。

MS-DOS中另一点值得注意的是，**每次只能运行一个程序**，因此你是没有办法在MS-DOS上一遍写代码一边听音乐的。而在现代操作系统上，我们已经认为这是一种极其自然的功能了，甚至我们可能已经不假思索的认为操作系统就应该是这样的。其实不是的，任何操作系统中我们现在已经习以为常的功能都是从简陋到完善一路演变而来的。

接下来我们了解一下MS-DOS中现在看起来十分繁琐的一点，体验一下在MS-DOS上编程时什么样子的。

### MS-DOS上编程很繁琐 ###

在《程序员应如何理解CPU》这一节中我们已经知道了CPU有多种运行模式，现在的操作系统普遍使用了两个，用户模式和内核模式，以此来限制用户程序。但是MS-DOS没有区分用户模式和内核模式，因此在MS-DOS中，**用户程序和操作系统是平等的**，用户程序可以直接操作硬件。而且MS-DOS只给应用程序提供了一个字符界面，如果应用程序需要显示图形图像，那么抱歉，你只能自己去写个驱动程序来控制显卡，这在现代程序员看来简直是难以想象的，你能想象开发一个应用程序还需要自己开发控制硬件的驱动程序吗，在MS-DOS年代的程序员确实就是这样来开发程序的。

在现代的操作系统中，用户程序是不可能直接控制硬件的，而是通过系统调用向操作系统发起请求，操作系统再根据用户程序提供的参数来控制硬件。同时硬件驱动普遍已经集成到了操作系统当中，因此现代的程序员在开发应用程序是完全不需要关心计算机如何操作外部设备。

伟大的MS-DOS

无论以现在的眼光来看MS-DOS是有多么简陋，都不能妨碍MS-DOS在历史中伟大之处。

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上图是1981年微软推广MS-DOS时的广告。MS-DOS的前身是86-DOS，由美国程序员Tim Paterson用时仅仅六周就开发出来了，因刚刚成立的微软需要为IBM个人计算机开发操作系统，因此比尔盖茨于1980年雇佣了Tim Paterson并以$75,000的价格购买了86-DOS，依靠着仅仅用了六周就被开发出的86-DOS，微软开启了商业史上堪称奇迹的称霸IT界传奇之路。

不论业界如何看待微软，都不能否认微软在个人计算设备普及进程中做出的卓越贡献，**没有个人计算设备的普及以及易用的操作系统，计算机永远都只是一少部分人才会使用的工具**，后来的互联网以及现在的移动互联浪潮都无从谈起，因此从这个角度上看，微软无疑是伟大的。

### 总结：以发展的眼光来学习计算机技术 ###

本篇讲解MS-DOS想表达的是，操作系统不是一下子就变成现在的这个样子，我们学习计算机不要总看到当前的技术是什么样子的，最好能去了解一下为什么会出现这个技术，这个技术是如何演变的，这个技术真正要解决的是一个什么问题，**如果你对一项技术的来龙去脉一清二楚的话，我想在这项技术上你会比别人的理解要深刻的多，因此不要抱怨历史这门学科没什么用，其实高手，无论是哪个领域的高手，都深知历史的重要性。**

同样，我们要以发展的眼光来学习操作系统，学习计算机技术。

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