前言
很高興見到你！
上一期我在掘金發表了《重學安卓：Activity 的快樂你不懂！》，原本只是想給大家一把進階的鑰匙，能夠因為文章從 0 到 1 的介紹，而對顯示系統大家族 建立起感性的認識、並且埋下好奇的種子 去推動自己繼續探究，沒想到公眾號後臺 有不少讀者追問是否還有後續。
關於這個問題呢，不要慌，答案就在文章的末尾。
平心而論，我比較傾向於 “從 0 到 1” 的這種思考。一上來就討論技術細節的話，對我來說也是件很摸不著頭腦的事。
所以在開放場合，我清一色地是以 “從 0 到 1” 和大家見面，也希望你們能記得， KunMinX 就是 “專好這口” 的那個作者 ~
好了，今天的主題是介紹作業系統的緣起。為什麼會想起介紹這個呢？
問問你身邊的同事或朋友，他們對於作業系統的認識到底有多少？為什麼我們做軟體開發的，要認識作業系統？
或者說，到底在什麼情況下，才會涉及到作業系統知識？——
比如，你是否原以為 Android 應用層開發 根本涉及不到什麼底層的概念，沒想到 在分析 Looper 時，對程式阻塞的概念不解，導致無法理解為什麼死迴圈不會導致 ANR？
又比如在 Android 中，一個 App 通常是一個程式，App 間的元件通訊，靠的就是程式間通訊，所以如果不明白程式，你是否有辦法理解為什麼存在程式間通訊？
再比如，像 “雙緩衝” 或 “記憶體抖動” 這些概念，是幾十年前就存在的作業系統概念，是大學教科書上就有的東西，並不是安卓平臺獨有的。所以當有人拿著這些名詞向你臭顯擺的時候，你是否能夠嗤之以鼻？
不過呢，在介紹任何事物之前，我還是會以事物的緣起做開頭，所以本文的目標就是介紹作業系統的緣起。
如果閱讀完本文，你對作業系統的緣起、發展，和作用 有了最基本的感性的認識，那我的願望也就達到了。
不得不先講的背景緣由
1946 年到 50 年代中期，計算機還處於手工操作方式，此時還沒有出現作業系統。
作業系統最開始的出現，是為了解決 CPU 運算資源利用嚴重不充分的問題。
那究竟是有多嚴重、有多不充分呢？下面我拿具體的客觀資料，來為你奠定一下感性的認識：
1.從第一代計算機開始，CPU 的運算速度 就已遠遠超過人類，達到每秒 5000 次加法運算。因而任何手工操作在其看來都是度日如年、巨慢無比。
2.第一代計算機的輸入輸出裝置和主機是一體的，計算機需要通過輸入裝置接收 穿孔紙帶 來讀取程式，因而每次上機，整臺計算機是一個上機人員獨佔的。並且在上機人員上紙帶時，CPU 是處於等待狀態。
3.第一代計算機的 CPU 是由電子管構成，電子管 每隔 6 分鐘就可能燒壞一個。
綜上，早期計算機的上機成本十分高昂，為了解決 CPU 運算資源利用不充分的問題（或者說彌補巨慢的輸入輸出和巨快的運算速度之間的巨大鴻溝），先後做了 3 次改革。
第一次改革：聯機批處理系統
將作業執行的全流程交給批處理系統來監控和排程，也即解放過程中幾乎所有的人力操作，實現自動化。
如此一來，便 解決了“人機矛盾”，節省了輸入輸出操作和運算操作之間的切換時間間隙。
但並沒有解決：在作業的輸入和輸出時、CPU 仍處於忙等狀態、等待慢速的輸入輸出裝置完成工作。
第二次改革：離線批處理系統
將輸入輸出裝置與主機分離，通過轉換器將輸入機的資料事先讀取到高速磁帶，並將高速磁帶用於 CPU 的計算，計算結果也存放在高速磁帶中，通過轉換器將資料通過輸出機輸出。
所以可以理解為，高速磁帶就是記憶體的雛形，由轉換器將輸入輸出裝置的資料轉換並讀寫在高速磁帶上。這樣，主機並不直接與慢速的輸入輸出裝置打交道，而是與高速的磁帶發生關係，如此便 有效緩解了主機與外設的矛盾。
但此時仍沒有解決的是：當一個程式執行到一半，發出 IO 請求時，CPU 便不得不等待 IO 操作完成。
第三次改革：多道批處理系統
此時出現了多道程式設計技術：
將多個程式同時放入記憶體中，當一個程式執行完了、或請求 IO 操作時，就會切換到另一個程式繼續執行，而不讓 CPU 忙等。
多個程式之間在微觀上來看是序列，但由於此處的序列不包含 IO 操作，因而 大大縮短了整體時間。
並且又由於各自都未執行完，因而巨集觀上來看多道程式又是在併發執行。
（程式和空間隔離的概念也是這個時期出現的，讓多道程式處於不同的記憶體空間，讓資料更加安全和穩定。）
於是，在批處理系統和多道程式設計技術的基礎上，演化出多道批處理系統。特點是：
1.多道：系統可以同時容納多個作業，作業以佇列的方式存放於外設中，系統將作業讀取到記憶體中執行並最終輸出結果，整個過程是個自動轉接的、連續的作業流。
2.成批：系統執行過程中，使用者無法干預，無法與之互動，必須等待執行完成。
所以多道批處理系統 解決了“吞吐量和資源利用率”的問題，以及實現作業流程的自動化。
但缺點是：無法實現人機互動，而且到目前為止，計算機仍是獨佔的。
背景變遷
20世紀60年代初，電晶體的出現，使 CPU 在大幅降低耗能、體積和損毀率的同時，效能大幅提升。這使得計算機的背景環境發生了變化。
再加上前 3 次改革的目標是解決資源利用率和吞吐量的問題，而沒有解決計算機獨佔的問題，因而促成了分時系統的出現，來 解決計算機獨佔的問題，並且讓彼時的系統能與使用者發生互動。
分時系統
分時技術的特點：把 CPU 的執行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把 CPU 分配給各聯機作業使用。在一個時間片內不能執行完，則時間一到，任務暫時中斷，切換給另一作業使用，直到下一次再輪到自己。
此時的一個典型應用就是 多個終端共享一臺主機。巨集觀上看好像是並行執行，微觀上看其實是輪流序列執行。並且終端之間獨立運作、互不干擾。
並且 此時的系統是 可互動、且及時響應互動的。使用者可在系統對上一個請求作出響應的基礎上，再次發出新的請求。
（對換儲存等概念也是這個時候出現的。分時系統可以同時接納數百個使用者。由於記憶體空間有限，往往採用 對換方式 的儲存方法，將未輪到的作業先放入磁碟，一旦輪到再放入記憶體，而時間片一用完，又將作業存回磁碟，使同一記憶體區域輪流為多個使用者服務。）
實時系統
雖然 多道批處理系統 和 分時系統 分別解決了 資源利用率 和 系統響應 的問題，但卻不能滿足 實時控制 和 實時資訊處理 這兩個應用領域的需求。
於是就產生了實時系統，可以及時響應隨機發生的外部事件，並在嚴格的時間內完成對事件的處理。
1.實時控制系統：比如飛機飛行、導彈發射的自動控制。
2.實時資訊處理系統：比如查詢航班、航線、票價等實時資訊。對實時性的要求稍弱於第一種。
特點：及時響應，高可靠性。
通用作業系統
複合了 多道批處理系統、分時系統、實時系統，也即包含其中兩種或三種特性的系統。
進一步發展
個人作業系統、網路作業系統、分散式作業系統等。
綜上
1.作業系統的出現，最初是為了 解決資源利用率和吞吐量的問題。（因為打從一開始，CPU 的速度就已一騎絕塵，讓人類和外設無以望其項背。CPU 的巨快，是導致作業系統的出現，乃至 “多道程式設計”、“分時複用技術” 這些 “騷操作” 得以存在的最根本的緣由。）
2.含分時特性的作業系統可以 與使用者發生互動、響應使用者的操作。
3.含實時特性的作業系統可以 實時響應事件、或動態獲取最新資訊。
4.作業系統是對硬體的一層封裝，上層應用直接與作業系統介面打交道，即可間接地調動硬體資源來完成工作。
這樣說，你理解了嗎？
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