關(guān)于計算機(jī)操作系統(tǒng)的定義

1、一關(guān)于術(shù)語的定義對任何一個名詞概念，應(yīng)該如何解釋、定義、描繪它？要解釋、定義、描繪到何種程度？這首先涉及，什么是定義？筆者早在多年前就提出，A的定義應(yīng)是能足以用來判斷任何一個東西事物是A或不是A的判斷工具和根據(jù)1-2。所以達(dá)標(biāo)的定義一定要明確、明晰、嚴(yán)格到可以作為上述判斷工具的程度，否那么就只能算是解釋或描繪或者說定義未達(dá)標(biāo)。也就是說，A的定義一定要能提醒A的唯一性能把A與非A這世上所有其他事物區(qū)分開來的唯一性。對是什么問題的答案，在不同場合和情形下，對于不同提問對象，對答案的要求級別是不同的，有時需要給出最嚴(yán)格的定義，有時只需給出某種程度或角度的解釋或描繪。而術(shù)語工作者，辭典和百科全書編纂者

2、，以及教材和老師等，有責(zé)任給出達(dá)標(biāo)的定義要盡量給出符合以上定義的定義要求的最準(zhǔn)確的答案，而非泛泛的不明確的解釋或描繪。例如在操作系統(tǒng)原理等課程中介紹什么是操作系統(tǒng)時，假如學(xué)生學(xué)完后不能把操作系統(tǒng)與網(wǎng)管軟件區(qū)分開，那就是定義未達(dá)標(biāo)。再例如在操作系統(tǒng)原理等課程中介紹什么是虛存時，假如學(xué)生學(xué)完后不能把虛存與交換技術(shù)、多道、分區(qū)等區(qū)別開本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理并理清關(guān)系，那就是定義未達(dá)標(biāo)。下面以操作系統(tǒng)的定義為例進(jìn)展討論。二國內(nèi)外對操作系統(tǒng)的常見定義操作系統(tǒng)定義通常出如今辭典、百科全書、教材中，我們以最有代表性的教材為例。目前國外最著名的操作系統(tǒng)原理教材?現(xiàn)代操作系統(tǒng)?3中，沒有對操作系統(tǒng)給出一

3、個專門的定義，而是在什么是操作系統(tǒng)中通過作為擴(kuò)展機(jī)器的操作系統(tǒng)作為資源管理者的操作系統(tǒng)這兩小節(jié)來詳細(xì)分述操作系統(tǒng)的兩個作用或功能。另一本比擬著名的教材，?操作系統(tǒng)精華?4中，沒有專門提出或答復(fù)操作系統(tǒng)是什么的問題，而是在操作系統(tǒng)的目的與功能這一節(jié)中，有以下一段總的介紹：操作系統(tǒng)是控制應(yīng)用程序執(zhí)行的程序，并充當(dāng)應(yīng)用程序和計算機(jī)硬件之間的接口。它有以下三個目的：方便操作系統(tǒng)使計算機(jī)更易于使用；有效允許以更有效的方式使用計算機(jī)系統(tǒng)資源；擴(kuò)展才能在構(gòu)造操作系統(tǒng)時，應(yīng)該允許在不阻礙效勞的前提下有效地開發(fā)、測試和引進(jìn)新的系統(tǒng)功能。接下來，該教材以三個小節(jié)分別講述這三個目的：作為用戶/計算機(jī)接口的操作系統(tǒng)作

4、為資源管理器的操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)的易擴(kuò)展性。國內(nèi)外其他教材和辭典中操作系統(tǒng)的定義大都與以上兩個定義類似，限于篇幅，不再一一列舉。三對以上定義的評析和看法筆者認(rèn)為，以上定義與角度雖然都是操作系統(tǒng)的重要特性，但都不能提醒操作系統(tǒng)的本質(zhì)特性，因?yàn)樗鼈兌既狈σ园巡僮飨到y(tǒng)與其他軟件區(qū)分開來因?yàn)橐陨隙x角度或特性都也可以用于描繪很多上層軟件。例如資源管理觀點(diǎn)，計算機(jī)系統(tǒng)中很多上層應(yīng)用軟件都具有資源管理功能或特性，都可以看作是對某種或某些資源的管理，如數(shù)據(jù)庫管理軟件、網(wǎng)管軟件等。所以，從資源管理角度不能把操作系統(tǒng)與其他軟件區(qū)分開來。即便是說操作系統(tǒng)是管理硬件資源的，那網(wǎng)管軟件和一些第三方廠商的設(shè)備管理工具也是

5、管理硬件資源的，又如何區(qū)分？同樣的理由，以上其他定義角度也都不能作為操作系統(tǒng)的本質(zhì)特性只能作為其重要特性和區(qū)分于其他軟件的區(qū)分判斷工具。四操作系統(tǒng)的定義筆者認(rèn)為，只有硬件相關(guān)、應(yīng)用無關(guān)才是操作系統(tǒng)的本質(zhì)特性才是據(jù)此和真正足以能把操作系統(tǒng)與其他軟件區(qū)分開來的唯一判斷工具，才能作為操作系統(tǒng)的本質(zhì)定義。因此，筆者早在1997年就提出了以下關(guān)于操作系統(tǒng)的定義：操作系統(tǒng)是計算機(jī)中最重要和最底層的系統(tǒng)軟件，是這樣的一組系統(tǒng)程序的集成：這些系統(tǒng)程序在整個計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，在用戶對計算機(jī)的使用過程中，在用戶程序的運(yùn)行過程中包括用戶程序的裝入、啟動、運(yùn)行、完畢和退出的完好過程中，負(fù)責(zé)完成所有硬件相關(guān)、應(yīng)用

6、無關(guān)的根本使用工作，為使計算機(jī)系統(tǒng)能高效、平安、可靠、方便地運(yùn)轉(zhuǎn)，而從最底層統(tǒng)一提供所有通用的幫助和統(tǒng)一的管理。2見圖1、圖2下面對上述定義中諸要點(diǎn)進(jìn)展詳細(xì)的理解分析和解釋說明。一關(guān)于定義的由來操作系統(tǒng)的存在本身是從整個計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行目的和用戶要求出發(fā)安排的，即，是從整個計算機(jī)系統(tǒng)的方便、效率、可靠、平安的整體目的出發(fā)安排的。為實(shí)現(xiàn)該整體目的，整個計算機(jī)系統(tǒng)有明確的功能分工層次劃分見圖1，這種功能分工層次劃分及操作系統(tǒng)在其中的位置具有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：1.整個計算機(jī)系統(tǒng)的這種分工分層的主要劃分原那么是，把上層子集所共需的功能，從上層別離出來，集中到下層中，使下層的功能是上層子集所共需的。這樣做

7、的目的是防止功能重復(fù)和代碼重復(fù)導(dǎo)致的重復(fù)勞動和重復(fù)存儲。而根據(jù)這種下層為上層所共需的特性來類推，最底層的功能就是上層所有各層軟件所共需的功能。而在計算機(jī)系統(tǒng)的整體功能分工層次中圖1，操作系統(tǒng)的角色分工正是處于軟件層次的最底層，即，操作系統(tǒng)的功能是上層所有其他軟件所共需的。這正是應(yīng)用無關(guān)的由來之一。2.在上述分工分層中，操作系統(tǒng)處于所有軟件最底層，因此恰好處于硬件與其他軟件的分界限上和接口上，操作系統(tǒng)出現(xiàn)和存在的理由和原因之一，就是作為硬件與其他軟件之間的分界限和接口，負(fù)責(zé)完成所有硬件相關(guān)的工作，對上層屏蔽了所有硬件相關(guān)細(xì)節(jié)，使上層所有軟件都是硬件無關(guān)的，從而使上層軟件可以不受底層硬件變化的影響

8、，并大大減輕上層軟件的編程負(fù)擔(dān)。這正是硬件相關(guān)的由來。3.分工分層同時也就意味著下層對上層具備了集權(quán)和隔離。整個計算機(jī)系統(tǒng)擁有眾多的用戶、用戶程序和各種資源中央處理器、內(nèi)存、外存、各種輸入/輸出設(shè)備、大量數(shù)據(jù)和信息資源等，顯然，需要從整個計算機(jī)系統(tǒng)對所有這些用戶、程序、資源進(jìn)展統(tǒng)一管理，以確保整個計算機(jī)系統(tǒng)及其所有組成成分，所有用戶、程序和資源的可靠、平安、效率和方便。而上述圖中的分工分層同時也正是通過這種集權(quán)和隔離而為整個計算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)一管理提供了可能性。最底層意味著最集權(quán)，因此這種最統(tǒng)一的管理正是由最底層的操作系統(tǒng)承當(dāng)?shù)摹Ｍ瑫r，這種統(tǒng)一管理也是應(yīng)用無關(guān)和硬件相關(guān)的。尤其是硬件相關(guān)的內(nèi)容，對

9、系統(tǒng)平安與可靠性至關(guān)重要。還有，如今這種統(tǒng)一管理通常是強(qiáng)迫的導(dǎo)致前述統(tǒng)一幫助也是強(qiáng)迫的。4.操作系統(tǒng)具有提供幫助和統(tǒng)一管理的雙重角色，這雙重角色多少也來自于上述整個計算機(jī)系統(tǒng)的功能分工分層中的同樣特性：下層對于上層既提供上層所共需的幫助功能，同時也對于上層起到管理和集權(quán)、隔離的權(quán)威作用。而最底層那么在提供所有上層共需幫助的同時，也對所有上層具有管理權(quán)威。這最底層即操作系統(tǒng)。5.上述的功能分工分層，是整個計算機(jī)系統(tǒng)軟硬件各層次分工包括軟件與硬件之間的分工，硬件各層次間的分工，軟件各層次間的分工及至整個人類社會分工都在基于同樣理由而普遍采用的技術(shù)之一。目的都是為了方便、效率、可靠、平安。6.從操作

10、系統(tǒng)在歷史上最初出現(xiàn)至今，操作系統(tǒng)在計算機(jī)系統(tǒng)中的層次地位和角色分工、功能作用、本質(zhì)特性，就一直如上所述。二關(guān)于硬件相關(guān)和應(yīng)用無關(guān)的詳細(xì)含義1.什么是硬件相關(guān)和硬件無關(guān)1什么是硬件相關(guān)hardaredependent，ahinedependent：硬件相關(guān)在不同場合有不同含義，筆者將之歸結(jié)為直接狹義與間接廣義兩種：一個程序、軟件或一段代碼是狹義的或直接的硬件相關(guān)的，是指這個程序或這段代碼中包含對I/設(shè)備硬件物理地址、設(shè)備接口存放器、設(shè)備接口緩沖區(qū)等的直接讀寫。計算機(jī)系統(tǒng)中的所有軟件中通常只有操作系統(tǒng)才是狹義的硬件相關(guān)的。一個程序或軟件是廣義的或間接的硬件相關(guān)的，是指這個程序或軟件包含或涉及硬件

11、物理地址或設(shè)備接口存放器等硬件物理細(xì)節(jié)。如DEBUG程序、故障診斷程序、編譯程序、網(wǎng)管軟件、以及一些第三方廠商的設(shè)備管理工具等。這些廣義硬件相關(guān)程序與操作系統(tǒng)即狹義硬件相關(guān)程序最根本的區(qū)別是，這些廣義的硬件相關(guān)程序的代碼中不包含對物理地址和設(shè)備接口的直接讀寫。當(dāng)這些廣義的硬件相關(guān)程序想獲取或控制硬件相關(guān)狀態(tài)時，它們必須間接通過調(diào)用操作系統(tǒng)來進(jìn)展。這些廣義硬件相關(guān)程序中的硬件相關(guān)性通常表達(dá)在數(shù)據(jù)中而非表達(dá)在代碼中。2什么是硬件無關(guān)hardarEindependent，ahineindependent與上述硬件相關(guān)的定義相應(yīng)，硬件無關(guān)的定義或解釋是：一個程序、軟件或一段代碼是狹義的或直接的硬件無關(guān)

12、的，是指這個程序或這段代碼中不包含任何硬件相關(guān)的因素。一個程序或軟件或一段代碼是廣義的硬件無關(guān)的，是指這個程序或軟件不包含對I/設(shè)備硬件物理地址或設(shè)備接口存放器、設(shè)備接口緩沖區(qū)等的直接讀寫。即，廣義硬件無關(guān)由狹義硬件無關(guān)加上廣義硬件相關(guān)而組成。大多數(shù)應(yīng)用程序是硬件無關(guān)的，例如編輯軟件等。2應(yīng)用無關(guān)和應(yīng)用相關(guān)1什么是應(yīng)用無關(guān)appliatinindependent一個工作、功能或代碼是應(yīng)用無關(guān)的，是指不管用計算機(jī)來做什么，不管在計算機(jī)上運(yùn)行什么應(yīng)用程序，都要普遍和頻繁涉及的工作，是用戶共需的，且工作過程都是一樣的，是有共性可循的，卻又與應(yīng)用本身的問題沒有直接關(guān)系的。2什么是應(yīng)用相關(guān)appliat

13、independent一個工作是應(yīng)用相關(guān)的，是指該工作與詳細(xì)應(yīng)用相關(guān)，是只有某一類型詳細(xì)應(yīng)用才會需要和涉及的，且其工作過程隨不同應(yīng)用而變化。三關(guān)于用戶程序運(yùn)行期間上述對于操作系統(tǒng)定義中用戶程序運(yùn)行期間的界定和強(qiáng)調(diào)，不僅進(jìn)一步界定和強(qiáng)調(diào)了操作系統(tǒng)的這一重要特性，還進(jìn)一步區(qū)分了操作系統(tǒng)與編譯系統(tǒng)。其實(shí)，對狹義與廣義硬件相關(guān)的區(qū)分，已經(jīng)足以把編譯程序與操作系統(tǒng)區(qū)分開來，編譯程序是廣義硬件相關(guān)的，而操作系統(tǒng)是狹義硬件相關(guān)的。而這里的區(qū)分是：編譯程序只用于產(chǎn)生目的代碼，而操作系統(tǒng)那么是在目的代碼運(yùn)行期間提供幫助。四云操作系統(tǒng)、機(jī)群操作系統(tǒng)、網(wǎng)格操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)操作系統(tǒng)等是否操作系統(tǒng)云操作系統(tǒng)、并行操作系

14、統(tǒng)、機(jī)群集群操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、網(wǎng)格操作系統(tǒng)等，在本質(zhì)上都是在宿主機(jī)操作系統(tǒng)上運(yùn)行的應(yīng)用程序，這五種操作系統(tǒng)的功能不構(gòu)成典型完好獨(dú)立的操作系統(tǒng)，依賴于并與底層的宿主機(jī)操作系統(tǒng)互相補(bǔ)充，從而形成一個廣義的大的操作系統(tǒng)，管理由多臺計算機(jī)資源組成的一個合集。虛擬機(jī)的情況比擬復(fù)雜多樣，有些虛擬機(jī)在宿主機(jī)操作系統(tǒng)下運(yùn)行，有些虛擬機(jī)在裸機(jī)上運(yùn)行，還有些其他更復(fù)雜的情況。但無論哪種情況，都可以并應(yīng)該這樣理解：在本文提出的操作系統(tǒng)定義中，操作系統(tǒng)所基于的計算機(jī)，可以是一個真實(shí)的物理的計算機(jī)，也可以是一個虛擬機(jī)。但無論基于哪個，本文操作系統(tǒng)定義中的操作系統(tǒng)所有特性和功能都不變，即，基于真實(shí)計算機(jī)的操作系統(tǒng)

15、與基于虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)是沒有區(qū)別的。正因如此，才會有這樣一種奇妙現(xiàn)象的普遍出現(xiàn)：同樣一個操作系統(tǒng)版本，既可以安裝于一個真實(shí)計算機(jī)上，也可以不加改變而安裝于一個虛擬機(jī)上。所以，虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的功能是完好獨(dú)立的，是典型和普通的操作系統(tǒng)，與基于真實(shí)計算機(jī)的操作系統(tǒng)沒有任何區(qū)別，只不過是基于虛擬機(jī)運(yùn)行。相對于前述云操作系統(tǒng)等五種操作系統(tǒng)要依賴于宿主機(jī)操作系統(tǒng)而言，當(dāng)虛擬機(jī)在宿主機(jī)操作系統(tǒng)上運(yùn)行時，基于虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)是完全獨(dú)立于和無關(guān)于宿主機(jī)操作系統(tǒng)的。就圖1展示的計算機(jī)系統(tǒng)層次而言，基于裸機(jī)的虛擬機(jī)相當(dāng)于在最底層的操作系統(tǒng)之下又加了一層虛擬機(jī)。但無論虛擬機(jī)是基于裸機(jī)還是基于宿主機(jī)操作系統(tǒng)，在虛擬機(jī)所

16、模擬的計算機(jī)中、所向上展示和構(gòu)成的計算機(jī)系統(tǒng)中，在這個虛擬機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)中，圖1的層次是不變的，只不過底層計算機(jī)硬件換成了虛擬機(jī)。五關(guān)于操作系統(tǒng)譯名筆者認(rèn)為，peratingsyste譯為操作系統(tǒng)并不適宜，運(yùn)行系統(tǒng)似乎更適宜一些。原因如下：perating在英文中不僅有操作的含義，還有運(yùn)行、運(yùn)轉(zhuǎn)、運(yùn)營等含義；而peratingsyste這個計算機(jī)專業(yè)英文詞組本身在當(dāng)初命名時1962年，取代監(jiān)控程序nitr等，似乎更多地是取其運(yùn)行含義，而非操作含義。這是因?yàn)?，peratingsyste的功能，更多地、更主要是表達(dá)在對整個計算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行控制和每個用戶程序的運(yùn)行控制上，而非重點(diǎn)表達(dá)在對用戶操作的實(shí)現(xiàn)

17、和控制上。雖然操作系統(tǒng)提供了大量用戶操作命令和圖形界面操作，但操作系統(tǒng)的最主要和本質(zhì)界面是操作系統(tǒng)內(nèi)核對外提供的系統(tǒng)調(diào)用界面，而系統(tǒng)調(diào)用界面是在用戶程序運(yùn)行期間被用戶程序調(diào)用的，作用于程序運(yùn)行級，而非用戶操作級。舉個極端的例子，一些自動化系統(tǒng)，除了開關(guān)機(jī)外，需要的用戶操作很少，甚至不需要用戶再進(jìn)展除開關(guān)機(jī)外的任何操作，更甚至，連開關(guān)機(jī)都不需要用戶操作，而是自動檢測自動進(jìn)展開關(guān)機(jī)的，這樣的自動化系統(tǒng)上，當(dāng)然也有操作系統(tǒng)，顯然其對運(yùn)行控制的功能更明顯一些、側(cè)重一些。雖然普通的計算機(jī)系統(tǒng)上用戶操作的數(shù)量沒有少到這么極端，但舉這個極端例子是想說明，任何操作系統(tǒng)的側(cè)重點(diǎn)都是對系統(tǒng)運(yùn)行和程序運(yùn)行的控制和實(shí)