编辑“︁操作系统”︁

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'''操作系统'''（Operating System，简称OS）是管理[[计算机硬件]]与[[软件]]资源的系统软件，同时也是计算机系统的核心与基石。操作系统为用户和应用程序提供了一个高效、安全的运行环境，负责处理诸如内存管理、进程调度、文件系统控制以及设备驱动等基本任务。

== 概述 ==

操作系统的主要功能包括：
* '''进程管理'''：创建、调度和终止进程，分配CPU时间
* '''内存管理'''：分配和回收内存空间，实现虚拟内存
* '''文件系统管理'''：组织、存储和检索文件数据
* '''设备管理'''：控制外围设备，提供设备驱动程序接口
* '''用户界面'''：提供命令行界面(CLI)或图形用户界面(GUI)

现代操作系统通常采用[[内核 (计算机科学)|内核]]架构，可分为[[宏内核]]和[[微内核]]两种主要设计范式。

== 历史发展 ==

操作系统的发展大致经历了以下几个阶段：

{| class="wikitable"
|+ 操作系统发展简史
! 时期 !! 特点 !! 代表性系统

| 1940s-1950s || 无操作系统，手工操作 || ENIAC

| 1950s-1960s || 批处理系统 || IBM OS/360

| 1960s-1970s || 分时系统 || UNIX, Multics

| 1980s-1990s || 个人计算机操作系统 || MS-DOS, Mac OS, Windows

| 1990s-2000s || 网络操作系统 || Linux, Windows NT

| 2000s-至今 || 移动和分布式系统 || Android, iOS, Chrome OS
|}

== 主要类型 ==

=== 批处理操作系统 ===
早期计算机系统采用批处理方式，用户将作业提交给操作员，由系统按顺序执行。典型代表如IBM的OS/360。

=== 分时操作系统 ===
允许多个用户通过终端同时交互使用计算机资源。[[UNIX]]系统是分时系统的经典代表。

=== 实时操作系统 ===
用于需要严格时间约束的场合，如工业控制系统。可分为：
* '''硬实时系统'''：绝对不容许错过截止时间
* '''软实时系统'''：可以容忍偶尔错过截止时间

=== 分布式操作系统 ===
管理分布在多台计算机上的资源，使其对用户表现为单一系统。如[[Amoeba (操作系统)|Amoeba]]。

=== 嵌入式操作系统 ===
专为嵌入式设备设计，通常资源占用小、实时性强。如[[VxWorks]]、[[FreeRTOS]]。

== 核心组件 ==

=== 进程管理 ===
操作系统通过[[进程控制块]](PCB)跟踪每个进程的状态。主要进程状态包括：
* 新建(New)
* 就绪(Ready)
* 运行(Running)
* 阻塞(Blocked)
* 终止(Terminated)

<mermaid>
stateDiagram-v2
    [*] --> New
    New --> Ready: 分配资源
    Ready --> Running: 被调度
    Running --> Ready: 时间片用完
    Running --> Blocked: 等待I/O
    Blocked --> Ready: I/O完成
    Running --> Terminated: 执行完毕
    Terminated --> [*]
</mermaid>

=== 内存管理 ===
现代操作系统使用[[虚拟内存]]技术，主要方法包括：
* 分页(Paging)
* 分段(Segmentation)
* 段页式(Segmentation with Paging)

内存分配算法示例（首次适应算法）：
<syntaxhighlight lang="c">
// 内存块结构体
struct block {
    int size;
    int free;
    struct block *next;
};

// 首次适应分配算法
void* firstFit(struct block** head, int size) {
    struct block* current = *head;
    while (current != NULL) {
        if (current->free && current->size >= size) {
            // 找到合适块
            current->free = 0;
            return (void*)(current + 1);
        }
        current = current->next;
    }
    return NULL; // 未找到合适块
}
</syntaxhighlight>

=== 文件系统 ===
常见文件系统类型包括：
* '''FAT'''（File Allocation Table）
* '''NTFS'''（New Technology File System）
* '''ext4'''（Fourth Extended Filesystem）
* '''APFS'''（Apple File System）

文件系统通常采用层次目录结构组织文件，提供以下基本操作：
* 创建/删除文件
* 打开/关闭文件
* 读/写文件
* 文件定位

== 流行操作系统 ==

=== 桌面操作系统 ===
* [[Microsoft Windows]] - 市场份额最大的个人电脑操作系统
* [[macOS]] - Apple公司开发的专有操作系统
* [[Linux]] - 开源操作系统内核，有多种发行版

=== 移动操作系统 ===
* [[Android]] - 基于Linux的移动操作系统
* [[iOS]] - Apple开发的移动操作系统
* [[HarmonyOS]] - 华为开发的分布式操作系统

=== 服务器操作系统 ===
* [[Linux发行版]]（如Ubuntu Server, CentOS）
* [[Windows Server]]
* [[UNIX]]系统（如AIX, HP-UX）

== 安全机制 ==

现代操作系统提供多种安全功能：
* '''用户认证'''：用户名/密码、生物识别等
* '''访问控制'''：如UNIX的rwx权限
* '''防火墙'''：网络流量过滤
* '''加密文件系统'''：如BitLocker, FileVault

权限掩码计算示例（八进制表示）：
<math>
\text{实际权限} = \text{默认权限} \ \& \ \text{umask}
</math>

== 发展趋势 ==

当前操作系统领域的主要趋势包括：
* '''容器化'''：如[[Docker]]、[[Kubernetes]]
* '''微内核架构'''：提高系统可靠性和安全性
* '''跨平台融合'''：同一系统适应多种设备类型
* '''人工智能集成'''：智能资源调度和用户交互

== 参见 ==
* [[计算机科学]]
* [[计算机网络]]
* [[数据库系统]]
* [[分布式系统]]

== 参考文献 ==
{{Reflist}}

[[Category:操作系统]]
[[Category:系统软件]]
[[Category:计算机科学]]