操作系統(tǒng)行業(yè)回顧與發(fā)展趨勢

操作系統(tǒng)行業(yè)回顧與發(fā)展趨勢

操作系統(tǒng)（OperatingSystem，OS），是配置在計算機硬件上的第一層軟件，是對硬件系統(tǒng)的第一次擴充，占據(jù)整個計算機系統(tǒng)核心地位。從1945年第一臺計算機誕生至今，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的快速迭代，操作系統(tǒng)也經(jīng)歷了企業(yè)商用、個人計算機（PC），再到移動端三個階段，誕生了諸如Unix、Linux、Windows、OSX、Android等操作系統(tǒng)。隨著5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷進步，未來信息產(chǎn)業(yè)將朝著云計算與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）趨勢發(fā)展，產(chǎn)能的爆發(fā)將為終端不同應(yīng)用場景帶來更多需求。

一、概況

1946年，第一臺電子計算機ENIAC誕生于賓夕法尼亞，ENIAC沒有操作系統(tǒng)，其交互只是在“人-硬件”的方式下進行。20世紀50年代，晶體管出現(xiàn)并取代真空管，從而誕生了第二代計算機，由于功耗與體積大幅縮小、性能大幅提升，人機、CPU與I/O之間的效率矛盾日益突出，進而產(chǎn)生了單道、多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)，而分時系統(tǒng)也最終演化成時下流行的多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)UNIX，以及它的變體Linux操作系統(tǒng)。

根據(jù)應(yīng)用場景不同，可將操作系統(tǒng)分為服務(wù)器、桌面和移動三大類，根據(jù)系統(tǒng)底層架構(gòu)不同，又可將其分為Unix/OSX、Linux/Android、Windows，其中，Linux、OSX為Unix衍生變體版本、Android則是基于Linux的一個發(fā)行版本，本部分從操作系統(tǒng)功能演進角度，作出相應(yīng)分類。

隨著超大規(guī)模集成電路（VLSI）和計算機體系結(jié)構(gòu)發(fā)展，市場誕生了微機操作系統(tǒng)——配置在微型機上的系統(tǒng)軟件。目前市場主流的微軟Windows10和蘋果OSX就是典型的微機操作系統(tǒng)。然而，追溯最早誕生的微機操作系統(tǒng)，卻是配置在8位處理器上的CP/M。

1、第一個微機操作系統(tǒng)CP/M

1973年，第一代通用8位微處理機芯片Intel8080發(fā)布，同一年，PL/M創(chuàng)始人GaryKildall博士開發(fā)了一個管理程序和數(shù)據(jù)程序。1974年，GaryKildall成立DigitalResearch（DR），并發(fā)布第一個微機操作系統(tǒng)ControlProgram-CP/MV1.3，后陸續(xù)被各國微機廠商采用，圍繞它的軟件也呈爆炸地得到開發(fā)。1977年DR公司對CP/M進行重寫，使其適配Intel8080、8085、Z80等8位芯片為基礎(chǔ)的多種微機上。1979年又推出帶有硬盤管理功能的CP/M2.2版本。由于CP/M具有較好的體系結(jié)構(gòu)、適應(yīng)性強、可移植性強以及易學(xué)易用等優(yōu)點，從而在8位微機中占據(jù)了統(tǒng)治地位，成為“標準八位機軟件總線”。但是，由于芯片VLSI技術(shù)的快速發(fā)展，CP/M在向16位CPU的轉(zhuǎn)化上錯失機會，在以IBM的PC/AT以及兼容機為中心的16位個人計算機市場上，慘敗給微軟的DOS系統(tǒng)，后逐漸從市場上消失。

2、磁盤操作系統(tǒng)（DOS）崛起

1978年，微軟BillGates開始為Intel8086處理器編寫程序，1980年8月，蓋茨與IBM簽訂合同，同意為IBM的PC機開發(fā)操作系統(tǒng)，并以5萬美元價格收購QDOS操作系統(tǒng)。在對其進行升級改造后，微軟于1981年發(fā)布了第一代16位機MS-DOS系統(tǒng)，并授權(quán)給IBM使用，第一臺IBM-PC機問世。該系統(tǒng)在CP/M基礎(chǔ)上進行了較大擴充，功能上有很大增強。因此，很快，裝有MS-DOS系統(tǒng)的IBM-PC便擊敗了當時流行的8位機CP/M，并開啟了DOS統(tǒng)治桌面操作系統(tǒng)的時代，1983年IBM推出配有Intel80286芯片的PC/AT，相應(yīng)地，微軟開發(fā)出MS-DOS2.0版本，它不僅能支持硬盤設(shè)備，還采用了樹形目錄結(jié)構(gòu)文件系統(tǒng)。1987年微軟宣布MS-DOS3.3版本。

從1.0到3.3版本，MS-DOS都屬于單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，內(nèi)存被限制在640KB。1989年到1993年，微軟又先后推出多個MS-DOS版本，它們都可以配置在Intel80386、80486等32位微機上。1995年微軟停止更新MS-DOS系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向Windows系統(tǒng)開發(fā)，由于系統(tǒng)的優(yōu)越性能受到當時用戶廣泛歡迎，MS-DOS成為了事實上16位單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)標準。

3、桌面霸主sWindows單用戶多任務(wù)OS

作為單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，無論是CP/M，還是MS-DOS，都只能在同一時間處理一個程序。單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，指僅允許單用戶上機，但允許用戶把程序分為若干個任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，進而有效改善系統(tǒng)性能。目前在32位微機上配置的操作系統(tǒng)基本上都是單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中，最具代表性的是微軟的Windows系列。

1985年，微軟嘗試推出第一款圖形操作系統(tǒng)Windows1.0，微軟操作系統(tǒng)從此進入單用戶多任務(wù)階段，1985、1987年微軟分別推出Windows1.0和Windows2.0，由于當時硬件平臺只支持16位處理器，對Windows1.0和2.0不能很好支持，1990年，微軟針對人機交互界面、內(nèi)存管理都進行了改進，同時添加了多國語版本，迅速占領(lǐng)市場，至1993年，微軟針對Intel386和486等32位Windows3.1推出時，Windows已成為微型計算機的主流操作系統(tǒng)。

1995年，微軟推出Windows95，較之以前的Windows3.1有許多重大改進，采用了全32位處理技術(shù)，并兼容舊的16位應(yīng)用程序，使應(yīng)用開發(fā)有了很好的延續(xù)，同時，在該系統(tǒng)中還集成了支持Internet網(wǎng)絡(luò)功能。1998年又推出95的改進版Windows98，是最后一個仍兼容以前16位應(yīng)用程序的Windows，其最主要的改進是把微軟公司自己開發(fā)的Internet瀏覽器整合到系統(tǒng)中，方便用戶上網(wǎng)瀏覽，另一個特點是增加對多媒體的支持。2001年微軟發(fā)布了32位版本的WindowsXP，同時提供家用和商業(yè)工作站兩個版本，成為當時使用最廣泛的個人操作系統(tǒng)。同年，還發(fā)布了64位WindowsXP。

4、Unix/BSD/Linux多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)

桌面操作系統(tǒng)領(lǐng)域，微軟在長達近30年的時間里，幾乎壟斷市場，在中高端服務(wù)器領(lǐng)域及移動、嵌入式設(shè)備領(lǐng)域，則以Unix/Linux為主導(dǎo)。無論是蘋果的OSX、iOS，還是谷歌的Android，從本源與設(shè)計哲學(xué)上來說，都脫胎于Unix。

多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：允許多個用戶通過各自的終端使用同一臺機器、共享主機系統(tǒng)中的各種資源，從而每個用戶程序可進一步分為幾個任務(wù)，使之并發(fā)執(zhí)行，以進一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量的操作系統(tǒng)。

UnixOS是此類操作系統(tǒng)的典型代表，在大、中和小型機中所配置的，多數(shù)是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)。隨著開源免費的Unix/Linux系統(tǒng)及其衍生版本出現(xiàn)，Unix/Linux在個人電腦上也迅速流行起來，其中Unix版本包括OpenBSD、NetBSD、FreeBSD、OpenSolaris等，Linux包括Debian、Mint、Ubuntu、Fedora、OpenSUSE、CentOS、ArchLinux、RedHat等。國產(chǎn)本土化操作系統(tǒng)，發(fā)軔于1999年，且多數(shù)是基于Linux進行的二次開發(fā)，目前市場比較流行的諸如Deepin、UbuntuKylin、NeoKylin，皆由此而來。

二、UNIX操作系統(tǒng)

Unix誕生于美國Bell實驗室。1965年，貝爾實驗室開始一項由通用電氣（GE）和麻省理工學(xué)院（MIT）合作的MULTICS計劃——建立一套多用戶、多任務(wù)、多層次的操作系統(tǒng)。至1969年，因計劃進度慢，項目被暫停下來，次年，KenThompson將系統(tǒng)移植入PDP－7機上，Unix操作系統(tǒng)雛形就此誕生，由于只能支持兩位使用者，故有人稱之為“UNiplexedInformationandComputingService，UNICS”，取音為“UNIX”，也因此，1970年被視為“Unix元年”。

由于Unix在開發(fā)過程中，沒有任何商業(yè)管理制度，從誕生于AT&T公司到1979年UnixVersion7，其源碼都是屬于半公開狀態(tài)——允許Unix源碼為各大學(xué)教學(xué)使用。到了20世紀70年代，AT&T注意到Unix商業(yè)價值，在UnixVersion7之后，開始禁止大學(xué)使用源碼，包括教學(xué)使用。

1980年，Unix源代碼不再對外開放，Unix操作系統(tǒng)因此裂變成為兩條主線：一個是AT&T的商業(yè)版本，另一個則是Berkeley開發(fā)的半開源BSD（BerkeleySoftwareDistribution）Unix。前者衍生出微軟Xenix、IBM的AIX、Sun的Solaris和惠普的HP-UX，后者則衍生出SunOS、NexTSTEP等。

Xenix：1980年前后，微軟與SCO公司聯(lián)合將UNIXVersion7移植到Motorola公司的MC680xx微機上，后來又將其簡化移植到Intel8080上，稱之為Xenix。后SCO將SCO-Xenix改為SCOUnix，漸漸成為微機版Unix主流操作系統(tǒng)。

SolarisOS：SUN公司于1982年推出的運行在Motorola680x0平臺上的UNIXOS。1988年，發(fā)布SUNOS4.0，把運行平臺從早期的Motorola680x0平臺遷移到SPARC平臺，并支持Intel8086。1992年SUN發(fā)布了Solaris2.0。1998年開始，Sun公司推64位操作系統(tǒng)Solaris2.7和2.8，這幾款操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)特性、互操作性、兼容性以及易于配置和管理方面均有很大的提高。

蘋果MacOSX、iOS從系統(tǒng)底層架構(gòu)上，也延續(xù)了Unix的設(shè)計思想與研究成果，其直接繼承了BSD許多設(shè)計理念。IBM的AIX，惠普的HP-UX和SUN公司的Solaris系統(tǒng)，都是非常重要的服務(wù)器操作系統(tǒng)，其安全性、穩(wěn)定性與可靠性，得到了市場的普遍認可，是中高端服務(wù)器的主要參與者。

三、Linux操作系統(tǒng)

深刻改變操作系統(tǒng)市場的一個系統(tǒng)，是UNIX的一個重要變種，最初是由芬蘭大學(xué)生LinusTorvalds針對Intel80386開發(fā)而來，是一套完全免費和自由傳播的類Unix操作系統(tǒng)。Linux基于POSIX和Unix的多用戶、多任務(wù)、多線程和多處理器設(shè)計哲學(xué)，支持32位和64位硬件，同時還繼承了Unix以網(wǎng)絡(luò)為核心的設(shè)計思想，是一個性能穩(wěn)定的多用戶網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。

Linux操作系統(tǒng)采用了與Unix幾乎完全一致的體系結(jié)構(gòu)，具有類似的設(shè)計哲學(xué)：

1、一切都是文件，每個軟件都有確定用途

系統(tǒng)中的所有都是文件，包括命令、硬件和軟件設(shè)備、進程等，對于操作系統(tǒng)內(nèi)核而言，這些都被視為擁有各自特性或類型的文件。

2、完全免費，源碼符合GNUGeneralPublicLicense（GPL）協(xié)議

用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)或其他途徑免費獲得，可任意修改其源碼，只要符合GPL規(guī)定，就可以參與到開源項目的發(fā)展中，這極大地加快了Linux的傳播與對漏洞發(fā)現(xiàn)的效率，增加了系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

3、兼容0POSIX1.0標準

系統(tǒng)可以通過模擬器（如Wine）運行DOS、Windows程序，為相關(guān)應(yīng)用，如專業(yè)軟件、QQ、微信等短期生態(tài)短缺提供了一種臨時性解決方案。

4、廣泛支持各類硬件平臺

經(jīng)過全球開發(fā)者共同努力，Linux操作系統(tǒng)各大主流發(fā)行版本幾乎支持所有主流處理器，硬件驅(qū)動也日益完善，由于Linux內(nèi)核的精簡、高效與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，使得Linux操作系統(tǒng)適用于各類掌上電腦、機頂盒、汽車電子或游戲機中。其中，Android市場的打開最成功。

當前，Linux在全球已經(jīng)有成百上千個發(fā)行版本，任何個人或者機構(gòu)，只要對Linux加入GPL開源協(xié)議，都可以對內(nèi)核進行編譯。并且，即使發(fā)行版本眾多，但系統(tǒng)所采用的內(nèi)核仍是統(tǒng)一的。

盡管開源操作系統(tǒng)為世界提供了Windows之外的另一個選擇，很好地支持了從大型機到中小型機等各類設(shè)備，但在消費領(lǐng)域，卻沒有像微軟一樣，出現(xiàn)一款成熟的商業(yè)桌面系統(tǒng)。一個原因是，沒有成熟的商業(yè)管理進行運作，生態(tài)缺位，無法形成統(tǒng)一的標準與專業(yè)團隊；另一個原因是，混亂的發(fā)行版本，提高了軟件開發(fā)商的研發(fā)難度，增加了研發(fā)成本。

四、Windows+Intel強壟斷時代

操作系統(tǒng)是承接硬件與應(yīng)用軟件的載體,具有典型的平臺化與規(guī)?；?yīng),與之對應(yīng),是規(guī)模化效應(yīng)反向帶來的標準化，這從Windows成功地從Unix/Linux競爭中勝出,以及Android/iOS在WindowsPhoneOS/Symbian中脫穎而出可見一斑。Linux在開源自由與經(jīng)濟角度,優(yōu)于MSWindows,但由于沒有巨頭背書，統(tǒng)一標準,導(dǎo)致發(fā)行版本混雜，且原生生態(tài)不足與用戶體量都無法與Windows抗衡，因而更無法吸引下游開發(fā)廠商為其開發(fā)應(yīng)用，生態(tài)與標準是掣肘Linux的主要原因。市場競爭格局。

根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，截至2019年8月，全球桌面操作系統(tǒng)市場中，Windows市場占有率高達78.32%，遠高于其他操作系統(tǒng)，位居第二名的是蘋果公司OSX，其市占率為13.22%，Linux、ChromeOS位列第三、四名，占1.72%、0.86%市場。

盡管Windows至今仍有著近乎壟斷的地位，但是，操作系統(tǒng)市場競爭格局正在發(fā)生變化。過去10年，Windows操作系統(tǒng)的市占率快速下滑，2009年，Windows以94.73%的市場地位，絕對壟斷著操作系統(tǒng)行業(yè)，10年間，市場份額持續(xù)下滑近20%，其中，主要競爭對手來自于蘋果公司的OSX，貢獻了9%的市場份額。細分市場，美國方面的變化則更為顯著。早在2009年，蘋果OSX即占了美國操作系統(tǒng)市場10%份額，10年間，Windows持續(xù)走弱、OSX繼續(xù)走強。截至2019年8月，Windows僅占有美國PC市場1/3左右的市場份額，蘋果則接近1/5，其他操作系統(tǒng)，如Linux、ChromeOS等，則占據(jù)剩下的12%份額。

谷歌ChromeOS在美國有一定市場地位，其市場占有率高達4.8