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2019年操作系統行業回顧與發展趨勢:移動互聯網時代[圖]

2019年10月23日 13:58:43字號:T|T

    操作系統(OperatingSystem,OS),是配置在計算機硬件上的第一層軟件,是對硬件系統的第一次擴充,占據整個計算機系統核心地位。從1945年第一臺計算機誕生至今,隨著半導體技術的快速迭代,操作系統也經歷了企業商用、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。隨著5G網絡通信技術的不斷進步,未來信息產業將朝著云計算與物聯網(IoT)趨勢發展,產能的爆發將為終端不同應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,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,進而產生了單道、多道批處理系統、分時系統和實時系統,而分時系統也最終演化成時下流行的多用戶多任務操作系統UNIX,以及它的變體Linux操作系統。

    根據應用場景不同,可將操作系統分為服務器、桌面和移動三大類,根據系統底層架構不同,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的一個發行版本,本部分從操作系統功能演進角度,作出相應分類。

    隨著超大規模集成電路(VLSI)和計算機體系結構發展,市場誕生了微機操作系統——配置在微型機上的系統軟件。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。然而,追溯最早誕生的微機操作系統,卻是配置在8位處理器上的CP/M。

    1、第一個微機操作系統CP/M

    1973年,第一代通用8位微處理機芯片Intel8080發布,同一年,PL/M創始人GaryKildall博士開發了一個管理程序和數據程序。1974年,GaryKildall成立DigitalResearch(DR),并發布第一個微機操作系統ControlProgram-CP/MV1.3,后陸續被各國微機廠商采用,圍繞它的軟件也呈爆炸地得到開發。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具有較好的體系結構、適應性強、可移植性強以及易學易用等優點,從而在8位微機中占據了統治地位,成為“標準八位機軟件總線”。但是,由于芯片VLSI技術的快速發展,CP/M在向16位CPU的轉化上錯失機會,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,后逐漸從市場上消失。

    2、磁盤操作系統(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機開發操作系統,并以5萬美元價格收購QDOS操作系統。在對其進行升級改造后,微軟于1981年發布了第一代16位機MS-DOS系統,并授權給IBM使用,第一臺IBM-PC機問世。該系統在CP/M基礎上進行了較大擴充,功能上有很大增強。因此,很快,裝有MS-DOS系統的IBM-PC便擊敗了當時流行的8位機CP/M,并開啟了DOS統治桌面操作系統的時代,1983年IBM推出配有Intel80286芯片的PC/AT,相應地,微軟開發出MS-DOS2.0版本,它不僅能支持硬盤設備,還采用了樹形目錄結構文件系統。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操作系統,內存被限制在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,轉向Windows系統開發,由于系統的優越性能受到當時用戶廣泛歡迎,MS-DOS成為了事實上16位單用戶單任務操作系統標準。

    3、桌面霸主sWindows單用戶多任務OS

    作為單用戶單任務操作系統,無論是CP/M,還是MS-DOS,都只能在同一時間處理一個程序。單用戶多任務操作系統,指僅允許單用戶上機,但允許用戶把程序分為若干個任務并發執行,進而有效改善系統性能。目前在32位微機上配置的操作系統基本上都是單用戶多任務操作系統,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Windows1.0,微軟操作系統從此進入單用戶多任務階段,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、內存管理都進行了改進,同時添加了多國語版本,迅速占領市場,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。

Windows桌面操作系統發展歷程

版本
年份
增加的功能
1.0
1985
日歷、記事本、計算器;鼠標功能、多任務
2.0
1987
窗口縮放、內存擴展
3.0
1990
界面、人性化交互、內存管理;多國語
3.1
1992
32位機、虛擬設備驅動(VxDs)支持、SDK、新圖標、多媒體等
3.11
1993
網絡功能、即插即用技術、局域網功能
3.2
1994
Truetype、中文版Windows3.11
95
1995
全32位機、Internet網絡功能、內核NT4.0、“開始”工具條
98
1998
IEExplorer、FAT32文件系統、多顯示器、WebTV、內核NT4.1
XP
2001
內核NT5.1、家庭與商用版、內核NT5.1
7
2009
內核NT6.1、DirectX11、IE8、支持GPU
8
2012
分布式文件夾文件系統復制(NFSR)服務、系統管理程序虛擬
化技術(Hyper-V)、Metro應用、云服務(SkyDrive)、新用
戶界面
8.1
2013
恢復“開始”按鈕、軟鍵盤手勢操作、Kiosk模式
10
2015
生物識別技術、Cortana搜索、多桌面、放棄Metro風格

數據來源:公開資料整理

    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,并兼容舊的16位應用程序,使應用開發有了很好的延續,同時,在該系統中還集成了支持Internet網絡功能。1998年又推出95的改進版Windows98,是最后一個仍兼容以前16位應用程序的Windows,其最主要的改進是把微軟公司自己開發的Internet瀏覽器整合到系統中,方便用戶上網瀏覽,另一個特點是增加對多媒體的支持。2001年微軟發布了32位版本的WindowsXP,同時提供家用和商業工作站兩個版本,成為當時使用最廣泛的個人操作系統。同年,還發布了64位WindowsXP。

    4、Unix/BSD/Linux多用戶多任務操作系統

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

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

    UnixOS是此類操作系統的典型代表,在大、中和小型機中所配置的,多數是多用戶多任務操作系統。隨著開源免費的Unix/Linux系統及其衍生版本出現,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。國產本土化操作系統,發軔于1999年,且多數是基于Linux進行的二次開發,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

    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)和麻省理工學院(MIT)合作的MULTICS計劃——建立一套多用戶、多任務、多層次的操作系統。至1969年,因計劃進度慢,項目被暫停下來,次年,KenThompson將系統移植入PDP-7機上,Unix操作系統雛形就此誕生,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在開發過程中,沒有任何商業管理制度,從誕生于AT&T公司到1979年UnixVersion7,其源碼都是屬于半公開狀態——允許Unix源碼為各大學教學使用。到了20世紀70年代,AT&T注意到Unix商業價值,在UnixVersion7之后,開始禁止大學使用源碼,包括教學使用。

    1980年,Unix源代碼不再對外開放,Unix操作系統因此裂變成為兩條主線:一個是AT&T的商業版本,另一個則是Berkeley開發的半開源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。

    SolarisOS:SUN公司于1982年推出的運行在Motorola680x0平臺上的UNIXOS。1988年,發布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發布了Solaris2.0。1998年開始,Sun公司推64位操作系統Solaris2.7和2.8,這幾款操作系統在網絡特性、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從系統底層架構上,也延續了Unix的設計思想與研究成果,其直接繼承了BSD許多設計理念。IBM的AIX,惠普的HP-UX和SUN公司的Solaris系統,都是非常重要的服務器操作系統,其安全性、穩定性與可靠性,得到了市場的普遍認可,是中高端服務器的主要參與者。

    三、Linux操作系統

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

    Linux操作系統采用了與Unix幾乎完全一致的體系結構,具有類似的設計哲學:

    1、一切都是文件,每個軟件都有確定用途

    系統中的所有都是文件,包括命令、硬件和軟件設備、進程等,對于操作系統內核而言,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)協議

    用戶可以通過網絡或其他途徑免費獲得,可任意修改其源碼,只要符合GPL規定,就可以參與到開源項目的發展中,這極大地加快了Linux的傳播與對漏洞發現的效率,增加了系統的安全性與穩定性。

    3、兼容0POSIX1.0標準

    系統可以通過模擬器(如Wine)運行DOS、Windows程序,為相關應用,如專業軟件、QQ、微信等短期生態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

    經過全球開發者共同努力,Linux操作系統各大主流發行版本幾乎支持所有主流處理器,硬件驅動也日益完善,由于Linux內核的精簡、高效與網絡設計,使得Linux操作系統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在全球已經有成百上千個發行版本,任何個人或者機構,只要對Linux加入GPL開源協議,都可以對內核進行編譯。并且,即使發行版本眾多,但系統所采用的內核仍是統一的。

    盡管開源操作系統為世界提供了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備,但在消費領域,卻沒有像微軟一樣,出現一款成熟的商業桌面系統。一個原因是,沒有成熟的商業管理進行運作,生態缺位,無法形成統一的標準與專業團隊;另一個原因是,混亂的發行版本,提高了軟件開發商的研發難度,增加了研發成本。

    四、Windows+Intel強壟斷時代

    操作系統是承接硬件與應用軟件的載體,具有典型的平臺化與規模化效應,與之對應,是規模化效應反向帶來的標準化,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在開源自由與經濟角度,優于MSWindows,但由于沒有巨頭背書,統一標準,導致發行版本混雜,且原生生態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廠商為其開發應用,生態與標準是掣肘Linux的主要原因。市場競爭格局。

    根據調查數據顯示,截至2019年8月,全球桌面操作系統市場中,Windows市場占有率高達78.32%,遠高于其他操作系統,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。

2009--2019年全球桌面操作系統市場變化

數據來源:公開資料整理

2019年8月全球桌面操作系統分布

數據來源:公開資料整理

    盡管Windows至今仍有著近乎壟斷的地位,但是,操作系統市場競爭格局正在發生變化。過去10年,Windows操作系統的市占率快速下滑,2009年,Windows以94.73%的市場地位,絕對壟斷著操作系統行業,10年間,市場份額持續下滑近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市場10%份額,10年間,Windows持續走弱、OSX繼續走強。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,如Linux、ChromeOS等,則占據剩下的12%份額。

2009--2019年美國桌面操作系統市場

數據來源:公開資料整理

2019年8月美國桌面操作系統市場

數據來源:公開資料整理

    谷歌ChromeOS在美國有一定市場地位,其市場占有率高達4.82%,高于Linux的1.49%,ChromeOS作為基于Linux而來的開源操作系統,主要發力教育領域,旨在打造一款基于Web的云操作系統,隨著5G通信技術的不斷落地,ChromeOS或許會在未來占據更多的市場空間。

ChromeOSvs.Windows

數據來源:公開資料整理

    中國市場,依舊是微軟Windows單家獨大。截至2019年8月,Windows與OSX占據市場超過94.75%,Linux僅占0.79%的市場份額,Wintel架構之外的桌面操作系統具有巨大的市場潛力。

2019年8中國桌面操作系統市場

數據來源:公開資料整理

2019年8中國桌面操作系統分布

數據來源:公開資料整理

    五、Android/iOS移動互聯網時代

    Android是一種基于Linux的自由及開放源代碼的操作系統。主要使用于移動設備,如智能手機和平板電腦,由Google公司和開放手機聯盟領導及開發。

    Android操作系統最初由AndyRubin開發,主要支持手機,后來逐漸擴展到平板電腦及其他領域上,如電視、數碼相機、游戲機、智能手表等。

    iOS是由蘋果公司開發的移動操作系統。iOS與蘋果的macOS操作系統一樣,屬于類Unix的商業操作系統,其最初是設計給iPhone使用的,后來陸續套用到iPodtouch、iPad以及AppleTV等產品上。

    從宏觀上講,Android和iOS最大的不同是前者底層是Linux系統,后者是蘋果特有的封裝系統。蘋果特有的系統能夠保證在相同配置下,在顯示、動畫和運行效率上都優于Android系統。另外一個區別是,Android是開源,可以擁有更多的自由和創造力;iOS閉源,提供標準化規則和建議保證質量。

    相關報告:智研咨詢發布的《2019-2025年中國操作系統行業市場潛力分析及投資方向研究報告

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