真香警告：即便不学 OS 进阶，也请务必收藏好该文！

前言

很高兴见到你！

上一期我在掘金发表了《重学安卓：Activity 的快乐你不懂！》，本来只是想给你们一把进阶的钥匙，可以由于文章从 0 到 1 的介绍，而对显示系统你们族 创建起感性的认识、而且埋下好奇的种子 去推进本身继续探究，没想到公众号后台 有很多读者追问是否还有后续。

关于这个问题呢，不要慌，答案就在文章的末尾。

平心而论，我比较倾向于 “从 0 到 1” 的这种思考。一上来就讨论技术细节的话，对我来讲也是件很摸不着头脑的事。

因此在开放场合，我清一色地是以 “从 0 到 1” 和你们见面，也但愿大家能记得， KunMinX 就是 “专好这口” 的那个做者 ~

好了，今天的主题是介绍操做系统的缘起。为何会想起介绍这个呢？

问问你身边的同事或朋友，他们对于操做系统的认识到底有多少？为何咱们作软件开发的，要认识操做系统？

或者说，到底在什么状况下，才会涉及到操做系统知识？——

好比，你是否原觉得 Android 应用层开发 根本涉及不到什么底层的概念，没想到 在分析 Looper 时，对进程阻塞的概念不解，致使没法理解为何死循环不会致使 ANR？

又好比在 Android 中，一个 App 一般是一个进程，App 间的组件通讯，靠的就是进程间通讯，因此若是不明白进程，你是否有办法理解为何存在进程间通讯？

再好比，像 “双缓冲” 或 “内存抖动” 这些概念，是几十年前就存在的操做系统概念，是大学教科书上就有的东西，并非安卓平台独有的。因此当有人拿着这些名词向你臭显摆的时候，你是否可以嗤之以鼻？

不过呢，在介绍任何事物以前，我仍是会以事物的缘起作开头，因此本文的目标就是介绍操做系统的缘起。

若是阅读完本文，你对操做系统的缘起、发展，和做用 有了最基本的感性的认识，那个人愿望也就达到了。

不得不先讲的背景原因

1946 年到 50 年代中期，计算机还处于手工操做方式，此时尚未出现操做系统。

操做系统最开始的出现，是为了解决 CPU 运算资源利用严重不充分的问题。

那到底是有多严重、有多不充分呢？下面我拿具体的客观数据，来为你奠基一下感性的认识：

1.从第一代计算机开始，CPU 的运算速度 就已远远超过人类，达到每秒 5000 次加法运算。于是任何手工操做在其看来都是度日如年、巨慢无比。

2.第一代计算机的输入输出设备和主机是一体的，计算机须要经过输入设备接收 穿孔纸带 来读取程序，于是每次上机，整台计算机是一个上机人员独占的。而且在上机人员上纸带时，CPU 是处于等待状态。

3.第一代计算机的 CPU 是由电子管构成，电子管 每隔 6 分钟就可能烧坏一个。

综上，早期计算机的上机成本十分高昂，为了解决 CPU 运算资源利用不充分的问题（或者说弥补巨慢的输入输出和巨快的运算速度之间的巨大鸿沟），前后作了 3 次改革。

第一次改革：联机批处理系统

将做业运行的全流程交给批处理系统来监控和调度，也即解放过程当中几乎全部的人力操做，实现自动化。

如此一来，便 解决了“人机矛盾”，节省了输入输出操做和运算操做之间的切换时间间隙。

但并无解决：在做业的输入和输出时、CPU 仍处于忙等状态、等待慢速的输入输出设备完成工做。

第二次改革：脱机批处理系统

将输入输出设备与主机分离，经过转换器将输入机的数据事先读取到高速磁带，并将高速磁带用于 CPU 的计算，计算结果也存放在高速磁带中，经过转换器将数据经过输出机输出。

因此能够理解为，高速磁带就是内存的雏形，由转换器将输入输出设备的数据转换并读写在高速磁带上。这样，主机并不直接与慢速的输入输出设备打交道，而是与高速的磁带发生关系，如此便 有效缓解了主机与外设的矛盾。

但此时仍没有解决的是：当一个程序执行到一半，发出 IO 请求时，CPU 便不得不等待 IO 操做完成。

第三次改革：多道批处理系统

此时出现了多道程序设计技术：

将多个程序同时放入内存中，当一个程序执行完了、或请求 IO 操做时，就会切换到另外一个程序继续执行，而不让 CPU 忙等。

多个程序之间在微观上来看是串行，但因为此处的串行不包含 IO 操做，于是 大大缩短了总体时间。

而且又因为各自都未执行完，于是宏观上来看多道程序又是在并发执行。

（进程和空间隔离的概念也是这个时期出现的，让多道程序处于不一样的内存空间，让数据更加安全和稳定。）

因而，在批处理系统和多道程序设计技术的基础上，演化出多道批处理系统。特色是：

1.多道：系统能够同时容纳多个做业，做业以队列的方式存放于外设中，系统将做业读取到内存中运行并最终输出结果，整个过程是个自动转接的、连续的做业流。

2.成批：系统运行过程当中，用户没法干预，没法与之交互，必须等待运行完成。

因此多道批处理系统 解决了“吞吐量和资源利用率”的问题，以及实现做业流程的自动化。

但缺点是：没法实现人机交互，并且到目前为止，计算机还是独占的。

背景变迁

20世纪60年代初，晶体管的出现，使 CPU 在大幅下降耗能、体积和损毁率的同时，性能大幅提高。这使得计算机的背景环境发生了变化。

再加上前 3 次改革的目标是解决资源利用率和吞吐量的问题，而没有解决计算机独占的问题，于是促成了分时系统的出现，来 解决计算机独占的问题，而且让彼时的系统能与用户发生交互。

分时系统

分时技术的特色：把 CPU 的运行时间分红很短的时间片，按时间片轮流把 CPU 分配给各联机做业使用。在一个时间片内不能执行完，则时间一到，任务暂时中断，切换给另外一做业使用，直到下一次再轮到本身。

此时的一个典型应用就是 多个终端共享一台主机。宏观上看好像是并行执行，微观上看实际上是轮流串行执行。而且终端之间独立运做、互不干扰。

而且 此时的系统是 可交互、且及时响应交互的。用户可在系统对上一个请求做出响应的基础上，再次发出新的请求。

（对换存储等概念也是这个时候出现的。分时系统能够同时接纳数百个用户。因为内存空间有限，每每采用 对换方式 的存储方法，将未轮到的做业先放入磁盘，一旦轮到再放入内存，而时间片一用完，又将做业存回磁盘，使同一内存区域轮流为多个用户服务。）

实时系统

虽然 多道批处理系统 和 分时系统 分别解决了 资源利用率 和 系统响应 的问题，但却不能知足 实时控制 和 实时信息处理 这两个应用领域的需求。

因而就产生了实时系统，能够及时响应随机发生的外部事件，并在严格的时间内完成对事件的处理。

1.实时控制系统：好比飞机飞行、导弹发射的自动控制。

2.实时信息处理系统：好比查询航班、航线、票价等实时信息。对实时性的要求稍弱于第一种。

特色：及时响应，高可靠性。

通用操做系统

复合了 多道批处理系统、分时系统、实时系统，也即包含其中两种或三种特性的系统。

进一步发展

我的操做系统、网络操做系统、分布式操做系统等。

综上

1.操做系统的出现，最初是为了 解决资源利用率和吞吐量的问题。（由于打从一开始，CPU 的速度就已一骑绝尘，让人类和外设无以望其项背。CPU 的巨快，是致使操做系统的出现，乃至 “多道程序设计”、“分时复用技术” 这些 “骚操做” 得以存在的最根本的原因。）

2.含分时特性的操做系统能够 与用户发生交互、响应用户的操做。

3.含实时特性的操做系统能够 实时响应事件、或动态获取最新信息。

4.操做系统是对硬件的一层封装，上层应用直接与操做系统接口打交道，便可间接地调动硬件资源来完成工做。

这样说，你理解了吗？

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