计算机操作系统中的问题与趋势展望_叶晓霞.pdf

40 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月Computer Engineering计算机工程0 引言 操作系统是计算机的基础系统软件，在信息时代，其重要性不言而喻。本文分析操作系统在计算机不同发展时期的特点，指出其存在的主要问题，对其未来发展趋势进行展望，同时探讨国产操作系统今后的发展方向。1 计算机操作系统操作系统的雏形：单道批处理系统。第一台计算机于1940年代中期问世，此时它并没有操作系统，完全采用手工方式进行操作,计算机资源的利用率非常低下。1950年代后，出现了脱机系统，主机通过磁带与输入机进行交互，在监督程序的自动控制下，计算机可自动把输入机上的用户作业读入磁带，再依次把磁带上的作业读入主机内存执行，并通过磁带把计算结果输出到输出机。整个过程由监督程序控制实现作业到作业的自动转接，这就是最早的操作系统的雏形。但是由于内存每次只能存放一道作业，主机的高速CPU与慢速输入输出设备是串行工作，CPU利用率还是会较低1。操作系统的形成：多道批处理与分时系统、实时系统。多道批处理系统和分时系统的出现标志着操作系统的形成。1960年代出现了多道程序设计技术，可同时把多道程序装入内存,并可使它们交替执行,当正在运行的程序需要I/O时，会暂停执行，启动I/O设备工作，此时CPU空闲,系统立刻调度另一道程序运行,即CPU和I/O设备可并行工作，多个程序轮流使用CPU，从而CPU的利用率得到很大提高。此时系统在多个程序之间的调度是由多道批处理操作系统完成的。用户对响应时间的要求导致了分时系统的出现。分时是多道程序设计技术的一个变种。在一台计算机上同时有多个联机终端,CPU分时为多个用户终端服务。此时用户程序可通过联机终端直接控制,而每一个用户程序在CPU上运行一段时间后会让出CPU,使其他用户程序得以执行，这样所有用户均可及时得到程序运行的反馈并与机器进行交互。由麻省理工学院、贝尔实验室和通用电器公司联合开发的MULTICS就能够同时支持数百个分时用户。多道批处理系统侧重提高吞吐量，可以获得令人满意的资源利用率；分时系统侧重交互性，能获得较好的系统响应时间，让多个用户感觉都在独占机器。但面对工业自动控制和实时信息处理等领域，多道批处理和分时系统显然不能满足应用需求，于是就产生了实时系统，能够及时响应随机发生的外部事件，并在严格的时间范围内完成对该事件的处理。其侧重点是提高实时性和系统可靠性。由于吞吐量和响应时间之间的矛盾，使得同时存在多道批处理系统、分时系统和实时系统三种基本类型的操作系统，综合其中任意两个系统功能的操作基金项目：广东海洋大学2019年质量工程项目（570320032），广东海洋大学2020年本科一流课程项目（010301102101）。作者简介：叶晓霞，广东海洋大学，讲师，硕士；研究方向：计算机应用与人工智能。收稿日期：2022-04-25；修回日期：2023-02-12。摘要：阐述操作系统在计算机不同发展时期的特点，存在的问题，包括系统缺陷、安全问题、产业问题，未来在开源化、专用化、网络化、小型化、安全化方向的发展趋势，探讨国产操作系统的展望。关键词：操作系统，计算机系统，系统缺陷，开源化，网络化。中图分类号：TP311.52，TP316.2文章编号：1000-0755(2023)02-0040-03文献引用格式：叶晓霞，陈桂鸿.计算机操作系统中的问题与趋势展望J.电子技术,2023,52(02):40-42.计算机操作系统中的问题与趋势展望叶晓霞，陈桂鸿（广东海洋大学，广东 524088）Abstract This paper expounds the characteristics and existing problems of the operating system in different periods of computer development,including system defects,security problems,industrial problems,future development trends in the direction of open source,specialization,networking,miniaturization and security,and discusses the prospects of domestic operating systems.Index Terms operating system,computer system,system defect,open source,networking.Analysis on Problems and Trends in Computer Operating SystemsYE Xiaoxia,CHEN Guihong(Guangdong Ocean University,Guangdong 524088,China.)电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月 41Computer Engineering计算机工程系统即为通用系统。计算机操作系统的发展。随着用户需求不断更新和计算机体系结构的发展，操作系统也在不断发展。微机操作系统经历了从单任务到多任务的发展。DOS是一个单任务操作系统，它不支持并发进程，也没有进程调度能力。（1）多任务系统的典型代表是Windows家族系列产品，Windows3.x是运行在DOS之上的协作式多任务系统，Windows95和WindowsNT是支持多线程的抢占式多任务系统2。Window是当今使用用户最多的一个窗口式多任务操作系统,它使PC机进入了图形用户界面时代,为用户提供了很大的方便。（2）Linux是目前全球最大的开源软件,也是最有发展前景的操作系统。其源程序由创始人LinusTorvalds在Internet上公开发布，全球电脑爱好者的均可参与开发。嵌入式操作系统常用于家电设备，负责智能家电系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度，控制、协调并发活动。它的主要特征是能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。现在广泛应用在智能手机和平板电脑的Android、iOS等就是嵌入式操作系统。2 操作系统中的问题操作系统的出现和并行性技术的发展，极大地提高了系统效率，方便了用户使用计算机。但由于大型系统软件设计困难，代码冗长，容易出现BUG，需要不断进行版本迭代。除此之外，还存在着一些亟待解决的问题。系统缺陷。计算机系统由硬件和软件两部分组成，硬件的性能严重影响到系统的运行。由于CPU、电源、内存条、主板等主要元件的热稳定性不好，各个部件接触不良，容易造成死机。在运行过程中，任一模块出现问题都会导致发生死锁，甚至是系统崩溃。安全问题。安全问题是指随着计算机技术的发展和领域的扩展,操作系统存在许多的漏洞，这些漏洞就会吸引很多的黑客来破坏系统的安全性，而且计算机病毒层出不穷,杀毒软件还不够强大，无法有效阻挡部分病毒的攻击与侵入,在各种因素的综合影响下,计算机很容易出现安全问题,进而威胁用户的信息安全3,4。产业问题。目前，各类型操作系统的内核不统一，软硬件无法自由搭配，呈现碎片化和同质化现象，缺乏上下游联动，外设驱动、常用工具软件、行业应用软件等关键软件缺失，造成产业生态圈单薄现象。生产厂商从业人员相对较少，专业化水平不足，面对云计算、工业控制、智能制造等新技术的创新能力不足，无法保证长远可持续发展5。3 操作系统的未来发展开源化。从Linux系统的发展势头可以看出，开源软件模式越来越得到社会的认可。将源码进行公开，让大家免费使用，在使用过程中可以不断进行修正和扩充，聚集大家的力量打破组织边界、持续创造出更高质量、更安全和更易用的操作系统。同时，操作系统的使用方式从“使用许可”为主的商业模式变成以支持和咨询等面向服务为主的商业模式。从本质上讲，这种开源的开发模式和许可机制更加适合于面向服务的商业模型，所以未来开源化的操作系统将不断占领更大的市场空间6。专用化。虽然现有的操作系统大部分属于通用系统，尤其是微机操作系统，但由于用户需求在不断更新，随着计算机技术的快速发展，为了深化行业应用，未来需要对系统各个组成部分进行科学分类，并要求配备专用操作系统来提升机器的工作效率。例如专用的通信设备，嵌入式操作系统已在人们的生活中会得到广泛使用，嵌入式系统作为装置或设备的一部分，就是一种专用的计算机系统。网络化。随着网络技术的发展，微型计算机操作系统都加入了网络功能，操作系统的应用对网络的依赖也逐步增强，网络操作系统可以更高效实现资源共享。小型化。随着硬件技术进步，计算机体型被逐步缩小，从台式机到笔记本电脑、从平板电脑到手机都是体型较小的计算机，配备的操作系统规模也在日益缩小，纳米技术的出现和虚拟化技术的发展，更是为操作系统的小型化提供了可行的实施条件。目前的操作系统已经可以像文件一样随身携带,并在不同的计算机上运行6。安全化。互联网的开放性和动态性正导致各种安全问题日益严重，依赖于网络的操作系统的发展也越来越受到制约。众多厂商开始重视并逐步建立起安全和可信的操作系统。具有较高安全性的操作系统是社会需求发展的必然要求。4 国产操作系统的发展方向操作系统在过去的几十年里发生了巨大变化，带来了前所未有的方便与快捷，同时也面临着一个非常现实的问题，国外对我国的关键技术封锁正在不断扩大，特别是美国微软公司宣布在2014年4月8日起，停止对WindowsXPSP3操作系统提供服务支持以及在2020年对Windows7服务支持的终止。这引起了我国用户的广泛关注和对信息安全的担忧，也进一步推动了国产系统的发展。面对外国商业软件在中国的事实垄断,重新审视中国基础软件发展战略、配套政策和实施方法已经到了刻不容缓的地步。目前我国大约有包括红旗、深度、优麒麟、中标麒麟、起点、中兴新支点等十余个国内操作系统。大多数国产操作系统是以Linux为基础的二次开发，而国内多数用户习惯使用Windows,同时由于与42 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月Computer Engineering计算机工程国产操作系统配套的支撑软件和应用软件不多，导致推广应用较难。国产操作系统必须围绕中国用户的使用习惯，在产品设计上充分考虑中国用户的应用需求，采取差异化的竞争策略设计富有魅力的产品，同时注重周边软件开发，形成稳定的生态圈，真正满足客户的需求7。我国操作系统厂商通过自主开发应用、与硬件厂商成立联盟等形式，在丰富生态方面取得了一定的进展。但是由于起步较晚，投入不够，无论在技术还是产业生态发展方面，与国外微软、谷歌、苹果的操作系统产品相比都存在较大差距。在现有基础上，国产操作系统要想突破，有2个发展方向：（1）“聚焦”服务器端的应用，依托“核高基”重大行业应用示范的带动作用，促进国产服务器操作系统的普遍应用。（2）在桌面操作系统和嵌入式操作系统方面勇于“创新”。桌面操作系统应该在上下游软件环境支持方面开拓新的思路，建立稳定的可持续的生态圈。在嵌入式领域，应该围绕移动终端设备、手持设备及嵌入式系统应用等方面进行重点突破。5 结语操作系统对计算机性能起决定性作用，用户需求的是一个安全、可靠、方便使用的操作系统，国产操作系统必须建立丰富的生态圈，形成稳定的产业链，符合中国人的使用需求，才能实现国外产品的替代。参考文献1 郁红英.计算机操作系统M.北京：清华大学出版社，2018.2 翁宜慧.多任务与微机操作系统的发展J.福建电脑,1997(03):17-20.3 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