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Why为什么学操作系统

• 觉醒体内“编程能力”
• 补完编程技能体系

What什么是操作系统

Operating System: A body of software, in fact, that is responsible for making it easy to run programs (even allowing you to seemingly run many at the same time), allowing programs to share memory, enabling programs to interact with devices, and other fun stuff like that. (OSTEP)

让程序可以与其它程序以及硬件交互

什么是操作系统

操作系统：硬件和软件的中间层

Fortran卡片

历史：

• ENIAC: 1946.2.14
• 1940s
  • 硬件
    • 逻辑门：真空电子管
    • 存储器：延迟线 (delay lines)
    • 输入/输出：打孔纸带/指示灯
  • 软件：打印平方数、素数表、计算弹道……
  • 操作系统：没有
    • 程序直接用指令操作硬件
    • 不需要画蛇添足的程序来管理它
• 1950s
  • 硬件：更快更小的逻辑门 (晶体管)、更大的内存 (磁芯)、丰富的 I/O 设备
    • I/O 设备的速度已经严重低于处理器的速度，中断机制出现 (1953)
  • 软件：更复杂的通用的数值计算。自然科学、工程机械、军事……对计算机的需求暴涨
    • 高级语言和 API 诞生 (Fortran, 1957)：一行代码，一张卡片
    • 80 行的规范沿用至今 (细节：打印机会印刷本行代码)
  • 操作系统：库函数 + 管理程序排队运行的调度代码。
    • 写程序 (戳纸带)、跑程序都是非常费事的
      • 计算机非常贵 ($50,000−$1,000,000$50,000−$1,000,000)，一个学校只有一台
      • 算力成为一种服务：多用户轮流共享计算机，operator 负责调度
    • 操作 (operate) 任务 (jobs) 的系统 (system)
      • “批处理系统” = 程序的自动切换 (换卡) + 库函数 API
      • Disk Operating Systems (DOS)
        • 操作系统中开始出现 “设备”、“文件”、“任务” 等对象和 API
• 1960s
  • 硬件：集成电路、总线出现
    • 更快的处理器
    • 更快、更大的内存；虚拟存储出现
      • 可以同时载入多个程序而不用 “换卡” 了
    • 更丰富的 I/O 设备；完善的中断/异常机制
  • 软件：更多的高级语言和编译器出现
    • COBOL (1960), APL (1962), BASIC (1965)
      • Bill Gates 和 Paul Allen 在 1975 年实现了 Altair 8800 上的 BASIC 解释器
  • 操作系统：能载入多个程序到内存且调度它们的管理程序。
    • 为防止程序之间形成干扰，操作系统自然地将共享资源 (如设备) 以 API 形式管理起来
      • 有了进程 (process) 的概念
      • 进程在执行 I/O 时，可以将 CPU 让给另一个进程
        • 在多个地址空间隔离的程序之间切换
        • 虚拟存储使一个程序出 bug 不会 crash 整个系统
    • 操作系统中自然地增加进程管理 API
      • 既然可以在程序之间切换，为什么不让它们定时切换呢？
      • Multics (MIT, 1965)：现代分时操作系统诞生
• 1970s+
  • 硬件：集成电路空前发展，个人电脑兴起，“计算机” 已与今日无大异
    • CISC 指令集；中断、I/O、异常、MMU、网络
    • 个人计算机 (PC 机)、超级计算机……
  • 软件
    • PASCAL (1970), C (1972), …
    • 今天能办到的，那个时代已经都能办到了——上天入地、图像声音视频、人工智能……
    • 个人开发者 (Geek Network) 走上舞台
  • 操作系统：分时系统走向成熟，UNIX 诞生并走向完善，奠定了现代操作系统的形态。
    • 1973: 信号 API、管道 (对象)、grep (应用程序)
    • 1983: BSD socket (对象)
    • 1984: procfs (对象)……
    • UNIX 衍生出的大家族
      • 1BSD (1977), GNU (1983), MacOS (1984), AIX (1986), Minix (1987), Windows (1985), Linux 0.01 (1991), Windows NT (1993), Debian (1996), Windows XP (2002), Ubuntu (2004), iOS (2007), Android (2008), Windows 10 (2015), ……
• 今天的操作系统
  • 通过 “虚拟化” 硬件资源为程序运行提供服务的软件。

How怎样学操作系统