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計算機

很久很久以前，有一臺機器，體型巨大，每秒鐘可以進行幾千次的加法運算，名震一時，人類給它取了個名字：計算機。

除了加法，它還能計算平方、立方、正弦、余弦，比人類的大腦算得快多了。

許多程序慕名而來，想在它上面運行一下，體會這飛一般的感覺。

“來來來，排好隊，一個一個來”，計算機的管理員說到。

眾程序挨個排好隊，等待管理員傳喚。

執行完一個，管理員再將其取出，換上下一個開始執行。

久而久之，程序們紛紛抱怨：排隊十分鐘，執行三秒鐘。人類管理員太慢了，時間都用在排隊上了，能不能讓計算機自動完成程序切換，不要手動切換?

人工操作的速度比起計算機實在是慢太多了，人機矛盾日益凸顯，人類決定對機器重新進行設計，并且開發了一個控制程序，在它的指揮下，可以批量執行程序，自動實現切換，不用再需要人工介入了，效率提高了不少。

多道程序處理

慕名而來的程序越來越多了，等待執行的隊伍排的越來越長。

有些程序等的不耐煩了，詢問控制程序：“大哥，你看前面那家伙在做輸入輸出，CPU給空出來了，一時半會兒用不上，這不是浪費嗎，要不叫下一個上去執行吧”

控制程序皺著眉頭說到：“那怎么行，前面程序執行的數據都在內存里放著了，再放程序進去，要是弄壞了誰負責?再說CPU只有一個，前面的程序忙完輸入輸出回來了又該如何處理?”

大家一時語塞，誰也給不出主意，紛紛嘆氣，只好作罷，繼續等待。

不過聰明的人類倒是發現了這問題：讓一個程序獨占計算機確實浪費資源，執行輸入輸出的時候，CPU就空著了，執行計算操作的時候，輸入輸出設備又閑著了，總有一個閑著。

于是人類又重新設計了計算機，并開發了新版的控制程序，這一次，允許多個程序同時進入計算機執行了。

如果程序A執行輸入輸出，就把CPU空出來讓給另一個程序B執行，一會兒B再執行輸入輸出，再把CPU分給A執行，彼此交替，這樣一來就不會浪費了!

時間分片

不過沒多久，又出現了新的問題。

這一天，其他程序都在排隊等待控制程序翻牌子，可左等右等也不見傳喚，眾程序急了，質問控制程序，控制程序大倒苦水：“前面那個家伙寫了個死循環，死活結束不了啊!”

聽他這么一說，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!”

“我也沒辦法，他不執行輸入輸出，我也拿不到CPU的控制權，拿他沒有辦法啊”，控制程序嘆氣說到。

眾程序七嘴八舌，吵的是不可開交。

敏感的人類又一次發現了這個問題，好一通研究，搞了一個叫“中斷”的技術出來：可以給CPU發送中斷信號，CPU收到信號后，就得停下手頭的工作，轉而執行控制程序處理中斷信號，這樣控制程序就有辦法獲得控制權了!

為了能夠讓控制程序及時獲得控制權，人類搞了一個中斷源，周期性的給CPU發送中斷信號，并把這叫做時鐘中斷。

升級后的控制程序又上崗開始工作了，眾程序聞風而來。

“大哥，聽說你又升級了，這一次改了啥，可以搞定死循環的程序嗎?”，一個程序問道。

“大家排好隊，聽好了，現在按照時間片來劃分了，每個程序一次只有一小段時間，時間一用完我就得請他出來，讓別的程序來了”

“那要是時間到了，我還沒執行完可咋辦呢?”

“大家不用擔心，都是輪著來的，等下一輪又有機會執行了”，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”

“這臺計算機從里到外都升級過了，別看它個頭變小了，里面都是大規模集成電路了，執行速度可比之前的大塊頭快了不少，每秒能執行幾十萬次運算呢～你們還沒感覺到就轉了一圈回來了”

眾程序聽后一片嘩然，“幾十萬，我的乖乖!這也太快了，快讓我們體驗一下”

說完，大家都摩拳擦掌排好隊，準備登上這臺升級后的計算機運行。

果不其然，這升級后的計算機跑起來那叫一個快，有了時鐘中斷，控制程序總能按時獲得CPU的控制權，在背后默默控制著程序們的運行，眾程序絲毫感覺不到自己曾經停止過。

狀態

不過，計算機速度雖然變快了，但慕名而來的程序也更多了，這些程序的功能也越來越復雜。

漸漸的，程序們不再滿足于現狀，開始出現了新的問題。

有些程序在sleep，有些程序在同步等待，白白浪費了時間片，大伙向控制程序提出了抗議，控制程序卻說對待所有程序要一視同仁，要講公平，大伙當面不敢說，背后卻罵他不作為。

控制程序把這個問題反饋給了人類，聰明的工程師又開始琢磨：所有程序都排成一個隊來輪轉確實有些欠妥，得給這些程序劃分成不同的狀態，只有準備就緒的程序才有資格執行。

人類一口氣搞了好些個任務狀態出來，創建、就緒、運行、阻塞、終止···

控制程序一下變得復雜起來，原來只要挨個傳喚執行就行，現在還得記錄他們的狀態，選擇合適狀態的程序來運行，工作量增加了不少。

優先級

本以為這么一改，大家就會滿意了，沒想到有幾個老油條私下找到控制程序：“老哥，咱們幾個程序對實時性要求比較高，能不能給咱們整個VIP隊列，別跟他們一起排，優先執行我們?”

控制程序一聽臉都綠了，斷然拒絕。

其中有一個家伙說到：“我們幾個程序可是非常重要的，要是延誤了時間，你能擔待的起嗎?”

沒辦法，控制程序只能再次反饋給人類。工程師一想，倒也是，所有程序都是同樣的優先級，確實太草率了。

工程師再一次升級了控制程序，這一次，不僅劃分了任務狀態，還設定了不同的優先級，劃分了不同的隊伍，讓程序們去各自優先級所在的隊伍排隊，優先執行高優先級的程序。

不僅如此，如果有高優先級的程序出現，即使低優先級程序的時間片還沒用完，也會被剝奪執行機會，工程師把這叫做搶占。

不過，這一次的改動，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，估計得鬧翻天。

經過這一輪改動，大家總算過了一段清靜日子。

多核時代

硬件技術發展的太快了，有一天，人類激動的告訴控制程序：現在CPU里面有多個核心了，可以真正同時執行多個程序了，我們決定再次對你升級!

可對于控制程序來說，這可不是什么好消息，本來一個核的程序調度管理已經讓他夠忙活的了，現在來了多個核，這調度管理任務就更復雜了。原來只是多個優先級的隊列，現在每個核都得搞一套，真是想想都頭大了。

人類開始對控制程序大動手術，把它變得越來越復雜，功能也越來越強大。

最后，還給他取了一個新的名字：操作系統。

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