一个故事看懂计算机操作系统的进化史
作者：互联网
计算机
很久很久以前，有一台机器，体型巨大，每秒钟可以进行几千次的加法运算，名震一时，人类给它取了个名字：计算机。
除了加法，它还能计算平方、立方、正弦、余弦，比人类的大脑算得快多了。
许多程序慕名而来，想在它上面运行一下，体会这飞一般的感觉。
“来来来，排好队，一个一个来”，计算机的管理员说到。
众程序挨个排好队，等待管理员传唤。
执行完一个，管理员再将其取出，换上下一个开始执行。
久而久之，程序们纷纷抱怨：排队十分钟，执行三秒钟。人类管理员太慢了，时间都用在排队上了，能不能让计算机自动完成程序切换，不要手动切换？
人工操作的速度比起计算机实在是慢太多了，人机矛盾日益凸显，人类决定对机器重新进行设计，并且开发了一个控制程序，在它的指挥下，可以批量执行程序，自动实现切换，不用再需要人工介入了，效率提高了不少。
多道程序处理
慕名而来的程序越来越多了，等待执行的队伍排的越来越长。
有些程序等的不耐烦了，询问控制程序：“大哥，你看前面那家伙在做输入输出，CPU给空出来了，一时半会儿用不上，这不是浪费吗，要不叫下一个上去执行吧”
控制程序皱着眉头说到：“那怎么行，前面程序执行的数据都在内存里放着了，再放程序进去，要是弄坏了谁负责？再说CPU只有一个，前面的程序忙完输入输出回来了又该如何处理？”
大家一时语塞，谁也给不出主意，纷纷叹气，只好作罢，继续等待。
不过聪明的人类倒是发现了这问题：让一个程序独占计算机确实浪费资源，执行输入输出的时候，CPU就空着了，执行计算操作的时候，输入输出设备又闲着了，总有一个闲着。
于是人类又重新设计了计算机，并开发了新版的控制程序，这一次，允许多个程序同时进入计算机执行了。
如果程序A执行输入输出，就把CPU空出来让给另一个程序B执行，一会儿B再执行输入输出，再把CPU分给A执行，彼此交替，这样一来就不会浪费了！
时间分片
不过没多久，又出现了新的问题。
这一天，其他程序都在排队等待控制程序翻牌子，可左等右等也不见传唤，众程序急了，质问控制程序，控制程序大倒苦水：“前面那个家伙写了个死循环，死活结束不了啊！”
听他这么一说，众程序都怒了。
“怎么能这样，这也太自私了”
“你这控制程序也不管管，要你有何用？”
“赶紧想办法啊！”
“我也没办法，他不执行输入输出，我也拿不到CPU的控制权，拿他没有办法啊”，控制程序叹气说到。
众程序七嘴八舌，吵的是不可开交。
敏感的人类又一次发现了这个问题，好一通研究，搞了一个叫“中断”的技术出来：可以给CPU发送中断信号，CPU收到信号后，就得停下手头的工作，转而执行控制程序处理中断信号，这样控制程序就有办法获得控制权了！
为了能够让控制程序及时获得控制权，人类搞了一个中断源，周期性的给CPU发送中断信号，并把这叫做时钟中断。
升级后的控制程序又上岗开始工作了，众程序闻风而来。
“大哥，听说你又升级了，这一次改了啥，可以搞定死循环的程序吗？”，一个程序问道。
“大家排好队，听好了，现在按照时间片来划分了，每个程序一次只有一小段时间，时间一用完我就得请他出来，让别的程序来了”
“那要是时间到了，我还没执行完可咋办呢？”
“大家不用担心，都是轮着来的，等下一轮又有机会执行了”，控制程序解释道。
“我们这么多程序，轮到下一轮，那不得等好久”
“这台计算机从里到外都升级过了，别看它个头变小了，里面都是大规模集成电路了，执行速度可比之前的大块头快了不少，每秒能执行几十万次运算呢～你们还没感觉到就转了一圈回来了”
众程序听后一片哗然，“几十万，我的乖乖！这也太快了，快让我们体验一下”
说完，大家都摩拳擦掌排好队，准备登上这台升级后的计算机运行。
果不其然，这升级后的计算机跑起来那叫一个快，有了时钟中断，控制程序总能按时获得CPU的控制权，在背后默默控制着程序们的运行，众程序丝毫感觉不到自己曾经停止过。
状态
不过，计算机速度虽然变快了，但慕名而来的程序也更多了，这些程序的功能也越来越复杂。
渐渐的，程序们不再满足于现状，开始出现了新的问题。
有些程序在sleep，有些程序在同步等待，白白浪费了时间片，大伙向控制程序提出了抗议，控制程序却说对待所有程序要一视同仁，要讲公平，大伙当面不敢说，背后却骂他不作为。
控制程序把这个问题反馈给了人类，聪明的工程师又开始琢磨：所有程序都排成一个队来轮转确实有些欠妥，得给这些程序划分成不同的状态，只有准备就绪的程序才有资格执行。
人类一口气搞了好些个任务状态出来，创建、就绪、运行、阻塞、终止···
控制程序一下变得复杂起来，原来只要挨个传唤执行就行，现在还得记录他们的状态，选择合适状态的程序来运行，工作量增加了不少。
优先级
本以为这么一改，大家就会满意了，没想到有几个老油条私下找到控制程序：“老哥，咱们几个程序对实时性要求比较高，能不能给咱们整个VIP队列，别跟他们一起排，优先执行我们？”
控制程序一听脸都绿了，断然拒绝。
其中有一个家伙说到：“我们几个程序可是非常重要的，要是延误了时间，你能担待的起吗？”
没办法，控制程序只能再次反馈给人类。工程师一想，倒也是，所有程序都是同样的优先级，确实太草率了。
工程师再一次升级了控制程序，这一次，不仅划分了任务状态，还设定了不同的优先级，划分了不同的队伍，让程序们去各自优先级所在的队伍排队，优先执行高优先级的程序。
不仅如此，如果有高优先级的程序出现，即使低优先级程序的时间片还没用完，也会被剥夺执行机会，工程师把这叫做抢占。
不过，这一次的改动，控制程序把大家伙都蒙在了鼓里，要是知道他们还被划分了三六九等，估计得闹翻天。
经过这一轮改动，大家总算过了一段清静日子。
多核时代
硬件技术发展的太快了，有一天，人类激动的告诉控制程序：现在CPU里面有多个核心了，可以真正同时执行多个程序了，我们决定再次对你升级！
可对于控制程序来说，这可不是什么好消息，本来一个核的程序调度管理已经让他够忙活的了，现在来了多个核，这调度管理任务就更复杂了。原来只是多个优先级的队列，现在每个核都得搞一套，真是想想都头大了。
人类开始对控制程序大动手术，把它变得越来越复杂，功能也越来越强大。
最后，还给他取了一个新的名字：操作系统。
标签：进化史,操作系统,程序,控制程序,优先级,执行,CPU,计算机 来源： https://blog.csdn.net/songjuntao8/article/details/116671240