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計(jì)算機(jī)

很久很久以前，有一臺(tái)機(jī)器，體型巨大，每秒鐘可以進(jìn)行幾千次的加法運(yùn)算，名震一時(shí)，人類(lèi)給它取了個(gè)名字：計(jì)算機(jī)。

除了加法，它還能計(jì)算平方、立方、正弦、余弦，比人類(lèi)的大腦算得快多了。

許多程序慕名而來(lái)，想在它上面運(yùn)行一下，體會(huì)這飛一般的感覺(jué)。

“來(lái)來(lái)來(lái)，排好隊(duì)，一個(gè)一個(gè)來(lái)”，計(jì)算機(jī)的管理員說(shuō)到。

眾程序挨個(gè)排好隊(duì)，等待管理員傳喚。

執(zhí)行完一個(gè)，管理員再將其取出，換上下一個(gè)開(kāi)始執(zhí)行。

久而久之，程序們紛紛抱怨：排隊(duì)十分鐘，執(zhí)行三秒鐘。人類(lèi)管理員太慢了，時(shí)間都用在排隊(duì)上了，能不能讓計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成程序切換，不要手動(dòng)切換?

人工操作的速度比起計(jì)算機(jī)實(shí)在是慢太多了，人機(jī)矛盾日益凸顯，人類(lèi)決定對(duì)機(jī)器重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且開(kāi)發(fā)了一個(gè)控制程序，在它的指揮下，可以批量執(zhí)行程序，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)切換，不用再需要人工介入了，效率提高了不少。

多道程序處理

慕名而來(lái)的程序越來(lái)越多了，等待執(zhí)行的隊(duì)伍排的越來(lái)越長(zhǎng)。

有些程序等的不耐煩了，詢(xún)問(wèn)控制程序：“大哥，你看前面那家伙在做輸入輸出，CPU給空出來(lái)了，一時(shí)半會(huì)兒用不上，這不是浪費(fèi)嗎，要不叫下一個(gè)上去執(zhí)行吧”

控制程序皺著眉頭說(shuō)到：“那怎么行，前面程序執(zhí)行的數(shù)據(jù)都在內(nèi)存里放著了，再放程序進(jìn)去，要是弄壞了誰(shuí)負(fù)責(zé)?再說(shuō)CPU只有一個(gè)，前面的程序忙完輸入輸出回來(lái)了又該如何處理?”

大家一時(shí)語(yǔ)塞，誰(shuí)也給不出主意，紛紛嘆氣，只好作罷，繼續(xù)等待。

不過(guò)聰明的人類(lèi)倒是發(fā)現(xiàn)了這問(wèn)題：讓一個(gè)程序獨(dú)占計(jì)算機(jī)確實(shí)浪費(fèi)資源，執(zhí)行輸入輸出的時(shí)候，CPU就空著了，執(zhí)行計(jì)算操作的時(shí)候，輸入輸出設(shè)備又閑著了，總有一個(gè)閑著。

于是人類(lèi)又重新設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)，并開(kāi)發(fā)了新版的控制程序，這一次，允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)執(zhí)行了。

如果程序A執(zhí)行輸入輸出，就把CPU空出來(lái)讓給另一個(gè)程序B執(zhí)行，一會(huì)兒B再執(zhí)行輸入輸出，再把CPU分給A執(zhí)行，彼此交替，這樣一來(lái)就不會(huì)浪費(fèi)了!

時(shí)間分片

不過(guò)沒(méi)多久，又出現(xiàn)了新的問(wèn)題。

這一天，其他程序都在排隊(duì)等待控制程序翻牌子，可左等右等也不見(jiàn)傳喚，眾程序急了，質(zhì)問(wèn)控制程序，控制程序大倒苦水：“前面那個(gè)家伙寫(xiě)了個(gè)死循環(huán)，死活結(jié)束不了啊!”

聽(tīng)他這么一說(shuō)，眾程序都怒了。

“怎么能這樣，這也太自私了”

“你這控制程序也不管管，要你有何用?”

“趕緊想辦法啊!”

“我也沒(méi)辦法，他不執(zhí)行輸入輸出，我也拿不到CPU的控制權(quán)，拿他沒(méi)有辦法啊”，控制程序嘆氣說(shuō)到。

眾程序七嘴八舌，吵的是不可開(kāi)交。

敏感的人類(lèi)又一次發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題，好一通研究，搞了一個(gè)叫“中斷”的技術(shù)出來(lái)：可以給CPU發(fā)送中斷信號(hào)，CPU收到信號(hào)后，就得停下手頭的工作，轉(zhuǎn)而執(zhí)行控制程序處理中斷信號(hào)，這樣控制程序就有辦法獲得控制權(quán)了!

為了能夠讓控制程序及時(shí)獲得控制權(quán)，人類(lèi)搞了一個(gè)中斷源，周期性的給CPU發(fā)送中斷信號(hào)，并把這叫做時(shí)鐘中斷。

升級(jí)后的控制程序又上崗開(kāi)始工作了，眾程序聞風(fēng)而來(lái)。

“大哥，聽(tīng)說(shuō)你又升級(jí)了，這一次改了啥，可以搞定死循環(huán)的程序嗎?”，一個(gè)程序問(wèn)道。

“大家排好隊(duì)，聽(tīng)好了，現(xiàn)在按照時(shí)間片來(lái)劃分了，每個(gè)程序一次只有一小段時(shí)間，時(shí)間一用完我就得請(qǐng)他出來(lái)，讓別的程序來(lái)了”

“那要是時(shí)間到了，我還沒(méi)執(zhí)行完可咋辦呢?”

“大家不用擔(dān)心，都是輪著來(lái)的，等下一輪又有機(jī)會(huì)執(zhí)行了”，控制程序解釋道。

“我們這么多程序，輪到下一輪，那不得等好久”

“這臺(tái)計(jì)算機(jī)從里到外都升級(jí)過(guò)了，別看它個(gè)頭變小了，里面都是大規(guī)模集成電路了，執(zhí)行速度可比之前的大塊頭快了不少，每秒能執(zhí)行幾十萬(wàn)次運(yùn)算呢～你們還沒(méi)感覺(jué)到就轉(zhuǎn)了一圈回來(lái)了”

眾程序聽(tīng)后一片嘩然，“幾十萬(wàn)，我的乖乖!這也太快了，快讓我們體驗(yàn)一下”

說(shuō)完，大家都摩拳擦掌排好隊(duì)，準(zhǔn)備登上這臺(tái)升級(jí)后的計(jì)算機(jī)運(yùn)行。

果不其然，這升級(jí)后的計(jì)算機(jī)跑起來(lái)那叫一個(gè)快，有了時(shí)鐘中斷，控制程序總能按時(shí)獲得CPU的控制權(quán)，在背后默默控制著程序們的運(yùn)行，眾程序絲毫感覺(jué)不到自己曾經(jīng)停止過(guò)。

狀態(tài)

不過(guò)，計(jì)算機(jī)速度雖然變快了，但慕名而來(lái)的程序也更多了，這些程序的功能也越來(lái)越復(fù)雜。

漸漸的，程序們不再滿(mǎn)足于現(xiàn)狀，開(kāi)始出現(xiàn)了新的問(wèn)題。

有些程序在sleep，有些程序在同步等待，白白浪費(fèi)了時(shí)間片，大伙向控制程序提出了抗議，控制程序卻說(shuō)對(duì)待所有程序要一視同仁，要講公平，大伙當(dāng)面不敢說(shuō)，背后卻罵他不作為。

控制程序把這個(gè)問(wèn)題反饋給了人類(lèi)，聰明的工程師又開(kāi)始琢磨：所有程序都排成一個(gè)隊(duì)來(lái)輪轉(zhuǎn)確實(shí)有些欠妥，得給這些程序劃分成不同的狀態(tài)，只有準(zhǔn)備就緒的程序才有資格執(zhí)行。

人類(lèi)一口氣搞了好些個(gè)任務(wù)狀態(tài)出來(lái)，創(chuàng)建、就緒、運(yùn)行、阻塞、終止···

控制程序一下變得復(fù)雜起來(lái)，原來(lái)只要挨個(gè)傳喚執(zhí)行就行，現(xiàn)在還得記錄他們的狀態(tài)，選擇合適狀態(tài)的程序來(lái)運(yùn)行，工作量增加了不少。

優(yōu)先級(jí)

本以為這么一改，大家就會(huì)滿(mǎn)意了，沒(méi)想到有幾個(gè)老油條私下找到控制程序：“老哥，咱們幾個(gè)程序?qū)?shí)時(shí)性要求比較高，能不能給咱們整個(gè)VIP隊(duì)列，別跟他們一起排，優(yōu)先執(zhí)行我們?”

控制程序一聽(tīng)臉都綠了，斷然拒絕。

其中有一個(gè)家伙說(shuō)到：“我們幾個(gè)程序可是非常重要的，要是延誤了時(shí)間，你能擔(dān)待的起嗎?”

沒(méi)辦法，控制程序只能再次反饋給人類(lèi)。工程師一想，倒也是，所有程序都是同樣的優(yōu)先級(jí)，確實(shí)太草率了。

工程師再一次升級(jí)了控制程序，這一次，不僅劃分了任務(wù)狀態(tài)，還設(shè)定了不同的優(yōu)先級(jí)，劃分了不同的隊(duì)伍，讓程序們?nèi)ジ髯詢(xún)?yōu)先級(jí)所在的隊(duì)伍排隊(duì)，優(yōu)先執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的程序。

不僅如此，如果有高優(yōu)先級(jí)的程序出現(xiàn)，即使低優(yōu)先級(jí)程序的時(shí)間片還沒(méi)用完，也會(huì)被剝奪執(zhí)行機(jī)會(huì)，工程師把這叫做搶占。

不過(guò)，這一次的改動(dòng)，控制程序把大家伙都蒙在了鼓里，要是知道他們還被劃分了三六九等，估計(jì)得鬧翻天。

經(jīng)過(guò)這一輪改動(dòng)，大家總算過(guò)了一段清靜日子。

多核時(shí)代

硬件技術(shù)發(fā)展的太快了，有一天，人類(lèi)激動(dòng)的告訴控制程序：現(xiàn)在CPU里面有多個(gè)核心了，可以真正同時(shí)執(zhí)行多個(gè)程序了，我們決定再次對(duì)你升級(jí)!

可對(duì)于控制程序來(lái)說(shuō)，這可不是什么好消息，本來(lái)一個(gè)核的程序調(diào)度管理已經(jīng)讓他夠忙活的了，現(xiàn)在來(lái)了多個(gè)核，這調(diào)度管理任務(wù)就更復(fù)雜了。原來(lái)只是多個(gè)優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，現(xiàn)在每個(gè)核都得搞一套，真是想想都頭大了。

人類(lèi)開(kāi)始對(duì)控制程序大動(dòng)手術(shù)，把它變得越來(lái)越復(fù)雜，功能也越來(lái)越強(qiáng)大。

最后，還給他取了一個(gè)新的名字：操作系統(tǒng)。

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