通用操作系统

通用操作系统(GPOS)是一种比专用操作系统更通用的操作系统，它可以运行多种应用程序，而不需要特定的硬件要求。通用操作系统可以安装在许多不同的设备上，它通常侧重于进程和硬件管理，以确保应用程序可以可靠地使用各种计算硬件。常见的通用操作系统有Windows、macOS、Unix、Linux等。截至2023年1月，Windows是最常用的通用操作系统。

50年代末60年代初，世界上开始出现大量的多通道批处理系统和分时系统。随着上述两个系统的不断完善，实时系统也出现了，操作系统的市场也逐渐完善。通用操作系统是在多通道批处理系统、分时系统和实时操作系统不断改进的基础上发展起来的。

从60年代中期开始，国际上开发了大规模的通用操作系统，可以具有多批分时和实时处理的功能，也可以具有两种以上的功能。例如，将实时处理和批处理结合起来，形成实时批处理系统。在这样的系统中，它首先确保任务被赋予优先级，并且批处理作业被处理。通常，实时任务称为前台作业，批处理作业称为后台作业。批处理和分时处理相结合，形成分时批处理系统，优先考虑分时用户。没有分时用户时，可以处理批量作业，前台和后台也可以处理分时用户和批量作业。

原有的通用操作系统非常复杂庞大，其可靠性、可维护性和可理解性都比较困难，因此很难普及。直到1969年，美国美国电话电报公司公司的贝尔实验室发布了Unix系统，这是一种基于内核的通用操作系统，可以支持内核之外的庞大软件系统，从而满足了各行各业的需求，对现代操作系统的发展产生了巨大的影响。随后的Windows和Linux也是基于Unix开发的。

80年代，一方面迎来了个人计算机时代，另一方面向计算机网络、分布式处理、超级计算机、智能化方向发展。20世纪90年代后期，由于个人电脑硬件功能的急剧增加以及用户对安全和网络功能要求的增强，个人电脑的操作系统也从单用户单任务操作系统向单用户多任务操作系统转变，如微软公司的DOS系统向Windows系统转变。1992年，太阳微系统发布的Solaris 2.0是当时典型的通用操作系统。它也是基于UNIX开发的，是一个32位分布式计算环境，支持完全对称的多处理器、多任务和混合多线程策略。

模块化组合结构：这种结构常见于软件工程出现之前的早期操作系统和目前的一些小型操作系统，其中MS-DOS系统采用模块组合结构。在模块组合结构中，整个操作系统是进程的集合，它没有一致的系统调用接口。模块之间通过外部接口传递信息，隐藏的程序单元在模块内部实现，对其他流程模块透明。通用操作系统有许多管理模块，如作业管理、存储管理、设备管理和文件管理。

劳动管理：作业管理可以提供用户界面，做好作业执行前的各种准备和作业完成后的清理，为他们申请各种必要的资源，保证作业运行。

在作业管理模块中，有一个专门接收用户命令的处理程序，负责响应用户的每一次键盘操作。另外，负责作业调度的程序会根据一定的算法，从已经输入的多个作业中选择一个或多个作业，为其申请内存和外部设备，准备在CPU上运行。当作业完成后，后处理程序取消作业，即调用存储管理系统和设备管理系统来回收作业占用的资源，并从系统中删除作业。

存储管理：因为多道程序的存储资源是内存，所以存储管理一般以内存为基础，主要包括用一定的数据结构记录内存的使用情况，按照一定的策略分配内存，实现内存保护和容量扩展。操作系统管理内存有多种方式，如分区、分页和分段。

设备管理：设备管理负责管理各种外围设备，按照一定的分配策略将设备分配给某个应用程序，并在适当的时候收回设备分配给其他应用程序。此外，设备管理还包括输入和输出程序假脱机、设备驱动程序和中断处理程序。此外，由于外部设备的处理速度远低于CPU，如何避免主机时间的浪费，充分发挥外设和主机的并行工作能力，也是设备管理中必须考虑的问题。

文件管理：文件是计算机的软件资源，程序和数据以文件的形式存储在外部存储设备上。应该是一个独立的系统，组织结构简单，用户使用方便，有安全保护措施，用户维护方便。功能主要包括外部存储空间的管理和回收，文件的访问、检索和更新，以及有效的文件共享。

任务和流程管理：在多道程序环境中，通常进程管理包括一个负责进程调度的程序，按照特定的策略将CPU分配给一个具备运行资格的程序，使其运行。此外，系统还应包含一个进程控制程序，用于注册和管理各个进程的状态，实现进程的互斥操作和同步操作，协助进程调度器管理作业对CPU的竞争。

分级结构

在层级结构中，会对操作系统或软件系统中的所有模块进行分类，基本模块放在最基层(或最底层和第一级)。在此基础上，将一些模块放在第二层，第二层的模块在基础模块提供的环境中工作。它只能调用基层的模块为它工作，反之亦然。在分层操作系统中，每个模块都有相对固定的位置和相对固定的层次结构。同级各模块相对位置的概念可能不是很清楚。一般来说，不同层次的模块之间不能互换位置，只有单向调用和单向依赖，其中最典型的操作系统是Unix/Linux系统和Windows 9x。

虚拟机结构

虚拟机的基本思想是系统可以提供两种功能，一是处理多个程序的能力，二是为计算机提供比计算机更方便的扩展接口。“虚拟机”的概念来源于操作系统是覆盖在裸机硬件上的一层软件，它通过系统调用为位于其上的用户应用服务。从应用的角度来看，操作系统就像一个“计算书”，但它的功能比裸机硬件更强，它的指令系统是一套系统调用。因此，从概念上讲，操作系统是一个“虚拟机”。

操作系统为每个独立运行的进程创建一个“虚拟机”。在这个“虚拟机”中，进程拥有了自己的“CPU”和“内存”，同时，进程获得了硬件无法提供的文件系统功能。虚拟机操作系统就是基于这种思想。

虚拟机操作系统不提供传统操作系统中文件系统的功能。原来的虚拟机只是为进程提供了一个访问底层的接口。它通过重用硬件为每个进程提供了硬件的副本，因此所有可以直接在硬件上运行的程序都可以直接在虚拟机上运行。后来出现了虚拟机的另外三种架构:机器虚拟指令映射组成的虚拟机。

微核结构

微内核架构的基本思想是将操作系统中与硬件直接相关的部分提取出来作为一个公共层，称为硬件抽象层(HAL)。这个硬件抽象层实际上是一个虚拟机，它通过API接口向基于这个层的所有其他层提供一系列标准服务。在微内核中，它把传统操作系统内核的一些组件(如文件管理系统、进程管理、设备管理、虚拟内存和网络等。)在内核之外，只保留了处理器调度、存储管理、消息通信等少数组件。因此，操作系统的大部分代码都可以设计在统一的硬件架构上。

微内核架构的主要特点是:(1)内核非常小。(2)很多操作系统服务不属于内核，而是运行在内核上，这样在高层模块更新的时候内核就不需要重新编译了。(3)有硬件抽象层，内核可以很容易的移植到其他硬件架构上。因为当需要移植到新的软件或硬件环境时，只需对硬件相关部分稍加修改，就可以将微内核嵌入到新的硬件环境中，大多数情况下不需要移植外部服务器或客户端应用。(4)微内核具有很强的灵活性和可扩展性。如果想实现另一种视图，可以添加外部服务器。如果要扩展功能，可以添加和扩展内部服务器。

桌面通用操作系统：桌面通用操作系统可以安装在许多不同型号的台式机和笔记本电脑上，并运行从会计系统到数据库到网络浏览器到游戏的应用程序。通用操作系统通常侧重于进程(线程)和硬件管理，以确保应用程序能够可靠地共享现有的计算硬件。软件架构主要可以分为两类，即类Unix操作系统(macOS、Linux等。)和Windows操作系统。Unix的流行版本包括美国电话电报公司和SCO推出的UNIXSVR3.2、UNIXSVR4.0和Univell推出的UNIXSVR4.2。Linux的发行版本有CentOS、Ubuntu、Ubuntu Kylin、Deepin等。MacOS主要包括OS X Yosemite、macOS Sierra等产品。常用的Windows版本有Windows7、Windows 8/8.1、Windows 10和Windows Server2016/2019服务器系统。截至2023年1月，Windows是最常用的通用操作系统。

通用操作系统

移动通用操作系统：移动操作系统旨在满足智能手机和平板电脑等以移动计算和通信为中心的设备的独特需求。与传统PC相比，移动设备通常提供有限的计算资源，操作系统必须减小尺寸和复杂性，以最大限度地减少其自身的资源使用，同时确保为设备上运行的一个或多个应用程序提供足够的资源。移动操作系统倾向于强调高效的性能、用户响应能力和对数据处理任务的密切关注。手机通用操作系统有安卓、iOS等。其中，Android从2008年发布1.0版本开始，每年都有更新优化，iOS是苹果在2007年发布的操作系统，经历了iOS6/7/8/9等多个版本。

其他操作系统：分布式/网络/网格操作系统

分布式操作系统/网格系统是分布式计算的重要基础，它为分布式和网络系统提供了统一的管理平台。具有较高的性价比；高速；高可靠性和高可扩展性，其中典型代表有阿米巴、马赫、合唱团等。

阿米巴是一个分布式操作系统，它使多个CPU和输入/输出设备像计算机一样协同工作。阿米巴主要是针对以下两个硬件假设而设计的:①系统有大量的CPUs②每个CPU都有几十兆的内存。

嵌入式/实时操作系统：嵌入式/实时操作系统广泛应用于电话系统、工业控制、数码相机和其他智能电器。它具有体积小、占用资源少的优点；多样性；实时；稳定性强，相互作用弱；固化代码的特点典型的有VxWorks/pSOS、Symbian系统、Windows Mobile、嵌入式Linux、Nucleus、PalmOS、QNX等。VxWorks是美国风河系统公司推出的实时操作系统。VxWorks是一个实时操作系统，具有可扩展性、裁剪性和高可靠性，也适用于所有流行的目标CPU平台。

安全操作系统：安全操作系统是计算机系统安全的基础，用于防范各种安全威胁。具有高安全性的特点，典型代表是Adept-50。Adept-50诞生于1969年，由C.Weissman开发，Adept-50运行在IBM/360硬件平台上。基于正式的高水位模型，它实现了美国的军事安全系统模型。