# 操作系统 普渡大学的 Gene Spafford 曾对我说，操作系统“是为了提供更方便的抽象。其中一位前教授 Phil Enslow 曾将操作系统定义为支持计算资源受控共享的机制、策略和程序。”这是个很好的观点，因为它涵盖了安全策略、调度策略等内容，这些通常不被视为用户与硬件之间接口的一部分，也不被看作是应用程序执行环境的一部分。 操作系统为用户提供了便利，同时提高了硬件使用效率。可将其比作政府，虽然自身没有直接的实用功能，但为其他程序提供了能够运行的环境。 操作系统是资源分配者，同时也是控制程序，防止错误和不当使用，调节计算机及输入/输出（I/O）设备的运行。 最初（直到约 1954 年）只有硬件（Wilkes 的学生 Stan Kelly-Bootle 告诉我：“我有不同的看法，但常有人称 Swinnerton-Dwyer 于 1953/1954 年开发的 EDSAC Monitor 是第一款真正的操作系统”）。早期占据庞大空间的计算机由控制台操作，程序员在控制台编写程序，然后手动将程序加载到内存中：起初通过前面板上的开关一次输入一条指令，后来通过打孔卡和纸带输入指令。程序员通过观察控制台上闪烁的指示灯来监控执行、发现错误或检查内存和寄存器的内容。输出则直接打印或打孔卡、纸带保存以供后续打印。这种方式真正实现了“动手操作”和“交互式”。 随着硬件越来越多——卡片读取器、行式打印机、磁带设备——以及越来越多的软件——常用函数库的开发——问题开始出现（常用函数可以被复制到新程序中，无需重写。最初，程序是打孔纸带，按顺序一个一个的加载到机器中，或者实际上按顺序拼接起来）。 每个 I/O 设备都有其特殊性。必须为每个设备编写特殊的子程序，即设备驱动程序，这些设备有特定的缓冲区、标志、寄存器和特殊位。 还有编译器。编译器用于在高级语言和机器语言之间进行翻译。第一款完整的编译器由格蕾丝·赫柏和她在雷明顿兰德公司的团队于 1952 年设计。后来，FORTRAN、COBOL 等语言的编译器被开发出来。这使得程序员的工作更容易，但软件也变得更复杂。 FORTRAN 就是个很好的例子。为了准备 FORTRAN 程序，操作员会将 FORTRAN 编译器加载到计算机中，这需要将相应的磁带安装到磁带驱动器上。程序（已输入打孔卡）随后由读卡器读取，并写入另一盘磁带。FORTRAN 编译器的输出（汇编语言）需要组装，这又要求安装汇编器磁带。汇编器会链接适当的库例程，最终生成可执行的二进制程序。程序可以从控制台加载和调试，但通常并不会这样做。 在整个作业准备过程中，CPU 都处于空闲状态。装载磁带时，CPU 也空闲。为提高效率，作业被批量处理：按 FORTRAN 作业一组，COBOL 作业一组，等等。 但问题仍然很多。 计算机的时间太宝贵，不能浪费。 离线处理是第一个解决方案，作业先被批量存储在磁带上，然后再将磁带装入计算机。通过在不同机器上执行，CPU 和 I/O 操作可以复用时间。那么，为什么不在同一台机器上实现这种复用呢？于是，缓冲（临时存储数据以弥补不同设备速度差异）和假脱机（将慢速设备与主进程解耦）应运而生。假脱机使 CPU 和 I/O 能以更高速度运行，同时也使作业池的形成成为可能，从而带来了作业调度。 作业调度中最重要的元素是多道程序设计。多道程序设计对于计算机来说，就像我们大多数人在现实中做的事情一样：在等待另一个任务的某个环节完成时，执行一个任务——比如等水开时做烤面包。20 世纪 50 年代后期，这意味着“中断”。外围设备由中央处理器（CPU）启动，并自动继续执行其任务。当任务完成或设备需要处理时，该设备会向 CPU 发送中断，迫使 CPU 关注该设备。 道格拉斯·麦克罗伊指出，“出现了一个有趣的倒退。当 IBM 704 进入麻省理工学院时，曾经在 Whirlwind 上成为常态的自动操作反而消失了。” 多道程序设计的逻辑延伸是多任务处理，或者说分时系统。为此，我们去看看麻省理工学院的情况。 --- # Agent Instructions: Querying This Documentation If you need additional information that is not directly available in this page, you can query the documentation dynamically by asking a question. Perform an HTTP GET request on the current page URL with the `ask` query parameter: ``` GET https://book.bsdcn.org/unix-si-fen-zhi-yi-shi-ji/xu-mu/3-operating_system.md?ask= ``` The question should be specific, self-contained, and written in natural language. The response will contain a direct answer to the question and relevant excerpts and sources from the documentation. Use this mechanism when the answer is not explicitly present in the current page, you need clarification or additional context, or you want to retrieve related documentation sections.