1 国产操作系统概述
1.1什么是操作系统
计算机操作系统(最接近硬件的一层软件)是方便用户、管理和控制计算机软硬件资源的系统软件(或程序集合)。操作系统应具备的五大基本功能，即存储管理、进程和处理机管理、文件管理、设备管理、用户接口。操作系统是裸机之上的第一层软件，它只在核心模式下运行，受硬件保护，与硬件关系尤为密切。操作系统是整个计算机系统的控制管理中心，其他所有软件都建立在操作系统之上，操作系统对它们既具有支配权利，又为其运行建造必备环境。
硬件：“裸机”，由若干个物理设备连接而成(逻辑包含CPU、内存、硬盘、主板等)
软件：操作系统OS，一种能够管理和控制这种裸机的软件(如：QQ、百度网盘、英雄联盟等)
例：打开Windows操作系统的“任务管理器”如图1。(快捷：Ctrl+Alt+Del)
图1 windows操作系统任务管理器
注：执行一个程序前需要将该程序放到内存中，才能被CPU处理。
操作系统是所有软件的基础，没有操作系统的支持，其它软件均不能安装运行，它在整个计算机系统中占有举足轻重的地位。当前应用在计算机上的操作系统主要是微软的Windows系列，Unix及Linux。
1.2国产操作系统的背景
全球局势动荡，让中国科技自主创新发展的需求愈发迫切。为摆脱核心技术处处受掣肘的现状，国家发布多项政策，提出加快关键硬件和软件的发展，推动各个行业国产化替代的脚步提速，而操作系统作为协同软硬件的中间层，有着重要的战略地位。
同时，国家高度认可开源技术体系在发展数字时代科技与产业的重要性，国家“十四五”规划和2035 年远景目标纲要提出：“支持数字技术开源社区等创新联合体发展，完善开源知识产权和法律体系，鼓励企业开放软件源代码、硬件设计和应用服务。”
基于这样的背景，华为从2012 年开始研发鸿蒙操作系统，并在2016 年立项，以物联网为核心舞台、以打造第三代操作系统为设计和出发点，历经数年打磨。当下，鸿蒙成功构筑OpenHarmony 开源项目、“1+8+N”硬件生态(“1”代表手机，“8”代表除手机外华为其他自研设备，“N”代表来自生态合作伙伴的泛IoT 产品)、华为自身的HMS应用生态组成的鸿蒙生态，并且逐渐从智能手机、物联网向智能汽车领域迈进，并借助分布式架构与PC系统形成高效互动。
而自第一台微型计算机诞生，经过半个世纪发展，应用软件及硬件设备发生了翻天覆地的变化，操作系统的发展经历两个完整的时代更替，第一个时代是以Windows、Mac OS为主导的电脑端时代，铸造了属于电脑端时代的WintTel(Windows系统+Intel芯片)商业成就；第二个时代是以Android 和iOS为标志的智能手机端时代，成就了AA(Android系统+ARM芯片)商业联盟的繁荣。
随着物联网的设备连接量突破百亿级，与之相匹配的第三代“操作系统+硬件”体系正待形成。国产操作系统也有了快速崛起的契机。
2.国产操作系统的发展
2.1国产操作系统的现状
目前我国的操作系统主要是指以Linux为核心的操作系统。
2019年，在内外交困的环境下推出了统一操作系统UOS的概念，因为用户对微软公司Windows系统版权控制有所不满，以及出于对Windows系统本身的安全、软件付费使用限制等方面因素的考虑，更换其他更安全、自由的操作系统的意愿更加强烈；在美国对高新技术产品进行出口限制的大背景下，出于国家层面到个人用户对微软公司的Windows系统产生过于依赖的忧虑，在微软断供华为公司笔记本电脑操作系统事件的驱动下，国产深度系统Deepin高调进入大众的眼帘，并且最终在包含深度公司等几家长期从事国产操作系统研发的公司联合下于2019年首次推出了我国统一操作系统UOS。
由于Linux操作系统源代码的开放性，从安全性到各方面均可通过技术手段进行改进为国产操作系统。但是，依据目前我国主流国产操作系统的使用情况来看，有很多迫切的问题仍然需要得到解决。
2.2操作系统的发展
(1)操作系统发展的四个阶段(图文参考CSDN操作系统发展史)
操作系统主要有四个发展阶段，如图2所示。
a)第一代的电子管计算机诞生于20世纪40年代，当时操作系统尚未出现，程序员直接与硬件打交道。
b)第二代的晶体管计算机始于20世纪50年代，为了提高计算资源的使用效率，减少空闲时间，提出了单道批处理系统。
c)20世纪60年代，随着小规模集成电路的发展，出现了多道批操作系统，以进一步提高资源的使用效率；20世纪70年代，大规模集成电路飞速发展，操作系统百家争鸣，涌现出Unix、DOS、Windows、Mac OS、Linux等著名的操作系统。
图2 操作系统的发展史
d) 第四代操作系统，20世纪70年代，随着大规模集成电路的发展，微处理器的性能日益强大，计算机逐渐从大型机发展为微型机，操作系统的发展也进入了个人计算机和工作站时代。两款著名的操作系统占领了大部分PC市场：微软公司编写的MS-DOS操作系统主要运行在IBM个人计算机和使用英特尔处理器的计算机中；UNIX则主要运行在使用摩托罗拉处理器的大型个人计算机中。
(2)国产操作系统的发展
操作系统因计算机而生，并随着计算技术、网络技术与通信技术的发展而不断迭代更新。从硬件技术和网络通信变革角度，可将操作系统进化史划分为四个阶段：第一阶段，政企军工；第二阶段，微机桌面；第三阶段，移动互联；以及正在迎来的第四个阶段，万物互联(A-IoT)。微机受益于摩尔定律与互联网，从而诞生了Windows，垄断桌面操作系统达30多年。受益于3G/4G的快速发展，手机与平板等移动设备迅速普及，由此催生了Android与iOS等优秀的操作系统。随着5G商用落地，信息时代正在进入第四个阶段——万物互联(A-IoT)时代。
在上世纪90年代末，国内就已经出现了早期版本的Linux操作系统，相比国外起步并不晚。我国最早的操作系统研发可以追溯到上个世纪的70年代，在1979年引进Unix操作系统，许多科研院所和院校参与了以Unix为基础的操作系统研发工作。后来在90年代，Linux开源在国际兴起，国内也紧跟全球趋势，出现了早期的Linux 操作系统。
Linux内核在1991年发布，当前主流的Linux几大家族在1993-1994年间陆续发布第一版系统：Slackware(1993)，Debian(1993),Red Hat(1994)，S.u.S.E (SUSE前身，1994)。至2000-2005年间，仍有著名的Linux发行版诞生，如Fedora/Ubuntu/CentOS/SUSE等，图3为Linux系统的体系结构。
图3 Linux系统体系结构
国产Linux系统在90年代末出现，如红旗Linux ，Xteam Linux，蓝点Linux 等。之后数年间，许多版本的国产操作系统陆续涌现，包括中标麒麟、银河麒麟、Deepin、优麒麟、起点Linux、冲浪Linux、凝思磐石、中科方德、新华华镭、中标普华等，基本都属于Linux系统，如图4为Linux操作系统发展历程。
图4 Linux操作系统发展历程
虽然这些国产系统起步较早，但是大部分并未形成足够的市场影响力，许多版本经历了诞生——短暂辉煌——迅速衰落的周期。下面简要介绍红旗Linux、蓝点、Xteam Linux和拓林思的历程。如图5为国际流行Linux版，图6为本土化主流Linux发行版本。
图5 国际流行的Linux版
图6 本土化主流Linux发行版本
(3)红旗Linux：老牌Linux系统，历经波折重获新生
a)诞生：红旗Linux1.0版最早在1999年发布，研发主体是中科院软件所。2000年，中科红旗公司由中国科院软件所和上海联创投资共同组建，并于2001年获得中国电子信息产业发展研究院(CCID)赛迪创投注资。中科红旗成为国内最早的Linux操作系统公司之一，并实现了迅速发展。
b)辉煌：2005年，中科红旗实现盈利。2007年，中科红旗参与创立Asianux(亚联)品牌。2009年，红旗Midinux垄断早期智能移动终端设备(MID)市场，同年被授予北京奥运会、残奥会志愿者工作突出贡献单位。中科红旗在2006至2013年间，陆续发布了多代Linux桌面版，并进入OEM定制项目及事业单位采购项目。
c)波折：2013年12月，出现“讨薪”事件。2014年，由于资金链断裂，公司发布清算公告，宣告正式解散。
d)重获新生：2014年，被五甲万京集团成功收购，原有的操作系统品牌得以继续存留下来。2016年，红旗与邮蓄建立全面战略合作关系。2019年，红旗操作系统受邀参加2019(第二届)中国金融科技产业峰会。
(4)蓝点：迅速崛起并在美股上市，同年遭遇股灾
a)诞生以及迅速辉煌：成立仅几个月后，就拿下三个较大的OEM订单，每月出货量达15万套，一度成为国内Linux最大的供应商之一。2000年3月，公司在纳斯达克上市，上市第一天股价上涨400% ，市值超过4亿美元。
b)迅速衰落：在三个大单结束之后,公司转向嵌入式开发，但并未成功。2000年纳斯达克股灾，公司股价随之走向深渊，最终资金链断裂。
(5)拓林思：海外引入中方控股,历经辉煌最终折戟
a)诞生：1992年, Turbolinux成立于美国, 1999年进入中国市场。2001年7月，为了更好地贴近中国用户， Turbolinux引入中方投资控股，变更为拓林思软件公司。拓林思专注于推广Linux 及开源软件在企业级的应用。
b)辉煌： 2000年-2006年，拓林思作为国产服务器Linux系统成功进行市场推广。衰亡：2006年之后，拓林思Linux市场逐渐萎缩，最终退出国内市场。
4)Xteam Linux：中文版的Linux 系统，自第一版发布4年后断更
a)诞生到短暂辉煌：冲浪软件于1999年发布了中文Linux发行版_Xteam Linux中文版1.0。同年10月推出冲浪2.0 , - -度在中文Linux 市场.上占据主导地位。
b)迅速衰落：Xteam Linux最后一次版本更新是在2003年12月，如图7为Xteam Linux更新历程，之后再无版本发布的公开信息。
图7 Xteam Linux更新历程
从目前的市场格局来看，Android和iOS几乎占据了市场主流。为了不错过智能手机时代的红利而选择开发移动操作系统的，互联网巨头们也曾挣扎。包括魅族Flyme OS、锤子Smartisan OS，以及后来的MIUI，不过，很多国产手机操作系统基于开源的Android进行开发。
2011年7月，阿里云正式推出了基于LINUX开发的YunOS，同时还联手天宇朗通发布了首款基于YunOS的智能手机。
如今，鸿蒙在万众瞩目下已经更迭到了第二代，2021年鸿蒙系统不仅会在手机上进行更新，而且还会在手表领域、汽车等领域全方位普及，总计有3到4亿台设备升级鸿蒙系统。
3.国产操作系统的类别
操作系统目前有五大类型(批处理、分时、实时、网络和分布式)。按应用领域划分主要有三种：桌面操作系统、服务器操作系统和嵌入式操作系统以及五大功能。
3.1操作系统的五大类型
(1)批处理
批处理阶段操作系统开始出现，批量处理是指用户将一批作业提交给操作系统后就不再干预，由操作系统控制它们自动运行。批处理操作系统分为单道批处理系统和多道批处理系统。批处理操作系统不具有交互性，它是为了提高CPU的利用率而提出的一种操作系统。
单批道：引入脱机输入/输出技术(用外围机+磁带完成)，并由监督程序负责控制作业的输入，输出。优点：缓解一定程度的人机速度矛盾，提高了资源利用率。缺点：内存中只能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序，CPU等待I/O时间过多，资源利用率任然很低。
多批道：操作系统正式诞生，用于支持多道程序并发运行，每次往内存中读入多道程序。优点：多道程序并发执行，共享计算机资源，资源利用率大幅提升，CPU和其他资源处于忙率，系统吞吐量增大。缺点：用户响应时间长，没有人机交互功能。
(2)分时
分时操作系统是使一台计算机采用时间片轮转的方式同时为几个、几十个甚至几百个用户服务的一种操作系统。把计算机与许多终端用户连接起来，分时操作系统将系统处理机时间与内存空间按一定的时间间隔，轮流地切换给各终端用户的程序使用。由于时间间隔很短，每个用户的感觉就像他独占计算机一样。
分时操作系统的特点是可有效增加资源的使用率。例如Unix系统就采用剥夺式动态优先的CPU调度，有力地支持分时操作。但不能优先处理一些紧急任务。
(3)实时
实时操作系统(RTOS)是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应。调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。提供及时响应和高可靠性是其主要特点。
国内的实时操作系统研究开发有两种类型。一类是中国自主开发的实时操作系统，如电子科技大学嵌入式实时教研室和科银公司联合研制开发的实时操作系统 Delta OS(道系统)、凯思公司的Hopen OS(女娲计划)、中科院北京软件工程研制中心开发的CASSPDA以及浙江大学自行研制开发的嵌入式操作系HBOS等；另一类是基于国外操作系统二次开发完成的，这类操作系统大多是专用系统。
(4)网络
网络操作系统是一种能代替操作系统的软件程序，是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。借由网络达到互相传递数据与各种消息，分为服务器(Server)及客户端(Client)。而服务器的主要功能是管理服务器和网络上的各种资源和网络设备的共用，加以统合并控管流量，避免有瘫痪的可能性，而客户端就是有着能接收服务器所传递的数据来运用的功能，好让客户端可以清楚的搜索所需的资源。
(5)分布式
分布式软件系统(Distributed Software Systems)，是支持分布式处理的软件系统，是在由通信网络互联的多处理机体系结构上执行任务的系统。它包括分布式操作系统、分布式程序设计语言及其编译(解释)系统、分布式文件系统和分布式数据库系统等。
3.2按领域划分下的操作系统
(1)桌面操作系统
桌面操作系统主要用于个人计算机上。个人计算机市场从硬件架构上来说主要分为两大阵营，PC机与Mac机，从软件上可主要分为两大类，分别为类Unix操作系统和Windows操作系统：
a)Unix和类Unix(Linux)操作系统：Mac OSX，Linux发行版(如Debian、Ubuntu、Linux Mint、openSUSE、Fedora等)；
b)微软公司Windows操作系统：Windows 98、Windows XP、Windows Vista、 Windows7、Windows 8、Windows 8.1等。
(2)服务器操作系统
服务器操作系统一般指的是安装在大型计算机上的操作系统，比如Web服务器、应用服务器和数据库服务器等。服务器操作系统主要集中在三大类：
a)Unix系列：SUNSolaris、IBM-AIX、HP-UX、FreeBSD等；
b)Linux系列：Red Hat Linux、CentOS、Debian、Ubuntu Server等。
c)Windows系列：Windows NT Server、Windows Server2003、Windows Server2008、Windows Server2008R2等。
(3)嵌入式操作系统
嵌入式操作系统是应用在嵌入式系统的操作系统。嵌入式系统广泛应用在生活的各个方面，涵盖范围从便携设备到大型固定设施，如数码相机、手机、平板电脑、家用电器、医疗设备、交通灯、航空电子设备和工厂控制设备等，越来越多嵌入式系统安装有实时操作系统。
在嵌入式领域常用的操作系统有嵌入式Linux、Windows Embedded、VxWorks等，以及广泛使用在智能手机或平板电脑等消费电子产品的操作系统，如Android、iOS、Symbian、WindowsPhone和BlackBerry OS等。
注：主流OS主要分台式和平板电脑两种
台式电脑上有：微软公司的windows操作系统(windows XP、 windows 7等)，苹果公司的MAC系统以及开源的Linux系统衍生出的各种Linux系统(redhut、 ubuntu等)和其他系统，
平板电脑上有：google(谷歌)公司的Android统、苹果公司的iOS、微软公司的windows7等，其中Android系统最为主流。
3.3操作系统的五大功能
(1)作业管理
负责处理用户提交的任何要求。
(2)文件管理
文件是计算机的软件资源，程序和数据以文件的形式存储在外存设备上的功能：外存空间的管理与回收，对文件进行存取、检索、更新，有效地实现文件共享。
(3)存储管理
存储管理的主要工作是对内存储器进行合理分配、有效保护和扩充。
操作系统对存储器的管理方式有：分区式、分页式、分段式。
(4)设备管理
当用户程序要使用外部设备时，设备管理控制(或调用)驱动程序使外部设备工作，并随时对该设备进行监控，处理外部设备的中断请求等。
通常外部设备的处理速度远远低于CPU。
(5)进程管理
其工作主要是进程调度，在单用户单任务的情况下，处理器仅为一个用户的一个任务所独占， 进程管理的工作十分简单。但在多道程序或多用户的情况下，组织多个作业或任务时，就要解决处理器的调度、分配和回收等问题。
4.国产操作系统的品牌
有数据显示，排名前十的国产操作系统如图8（图文参考Maigoo网）：
国产操作系统前十品牌
(1)深度Deepin
深度科技作为国产操作系统生态的打造者，不但与各芯片、整机、中间件、数据库等厂商结成了紧密合作关系，还与360、金山、网易、搜狗等企业联合开发了多款符合中国用户需求的应用软件。深度科技的操作系统产品，已通过了公安部安全操作系统认证、工信部国产操作系统适配认证、入围国管局中央集中采购名录，并在国内党政军、金融、运营商、教育等客户中得到了广泛应用。如图9为Deepin操作系统架构。
(2)统一操作系统UOS
UOS系统是由统信软件开发的一款基于Linux内核的操作系统，支持龙芯、飞腾、兆芯、海光、鲲鹏等国产芯片平台的笔记本、台式机、一体机、工作站、服务器，以桌面应用场景为主，包含自主研发的桌面环境、多款原创应用，以及丰富的应用商店和互联网软件仓库，可满足用户的日常办公和娱乐需求。如图10是统一操作系统UOS的简介。
(3)优麒麟UbuntuKylin
优麒麟是由CCN开源创新联合实验室与麒麟软件有限公司主导开发的全球开源项目，作为Ubuntu的官方衍生版本，优麒麟操作系统得到了来自Debian、Ubuntu、LUPA及各地Linux用户组等国内外众多社区爱好者的广泛参与和热情支持。如图11为优麒麟桌面。
(4)红旗Linux
红旗Linux深耕自主化国产操作系统领域二十余年，已具备相对完善的产品体系,并广泛应用于关键领域。现阶段红旗Linux具备满足用户基本需求的软件生态，支持x86、ARM、MIPS、SW等CPU指令集架构，支持龙芯、申威、鲲鹏、飞腾、海光、兆芯等国产自主CPU品牌，兼容主流厂商的打印机、玛板、扫描枪等各种外设。如图12是红旗相关产品。
(5)中标麒麟NeoKylin
中标麒麟操作系统采用强化的Linux内核，分成通用版、桌面版、高级版和安全版等，能满足不同客户的要求，已在央企、能源、政府、交通等行业领域广泛使用。中标麒麟操作系统符合Posix系列标准，兼容浪潮、联想、曙光等公司的服务器硬件产品，兼容达梦、人大金仓数据库、湖南上容数据库、IBM Websphere、DB2 UDB数据、MQ等系统软件。如图13为中标麒麟的业务应用。
(6)中兴新支点
中兴新支点桌面操作系统，国产电脑操作系统，中央一政府采购和中直机关采购入围品牌。中兴新支点桌面操作系统基于Linux核心进行研发，不仅能安装在电脑上，还能安装在ATM柜员机、取票机、医疗设备等终端，支持龙芯、兆芯、ARM等国产芯片,可满足日常办公需求。值得一提的是，系统可兼容运行Windows平台的日常办公软件。实用性更强。如图14是新支点的操作系统介绍。
(7)RT-Thread
这既是一个集实时操作系统(RTOS)内核、中间件组件和开发者社区于一体的技术平台，也是一个组件完整丰富、高度可伸缩、简易开发、超低功耗、高安全性的物联网操作系统，软件生态相对较好。截至2022年，RT-Thread的累积装机量就已超过14亿台,被广泛应用于车载、医疗、能源、消费电子等多个行业，是国人自主开发、国内最成熟稳定和装机量最大的开源RTOS。
图15 RT-Thread操作系统组成
(8)银河麒麟
国产操作系统有哪些: “银河麒麟是原是在863计划”和国家核高基科技重大专项支持下，国防科技大学研发的操作系统，之后品牌授权由给天津麒麟，天津麒麟2019年 与中标软件合并为麒麟软件有限公司。银河麒麟是优麒麟的商业发行版，使用UKUl桌面。目前已有部分国产笔记本搭载了银河麒麟系统，例如联想昭阳N4720Z笔记本、长城UF712笔记本等。如图16为银河操作系统介绍。
(9)鸿蒙HarmonyOS
华为鸿蒙HarmonyOS系统是面向万物互联的全场景分布式操作系统，支持手机、平板、智能穿戴、智慧屏等多种终端设备运行，提供应用开发、设备开发的一站式服务。鸿蒙OS也是当下独占鳌头的国产手机操作系统。凭借在互联网产业创新方面发挥的积极作用，鸿蒙OS在2021年世界互联网大会上获得领先科技成果奖，为国产操作系统排名榜前十。如图17为鸿蒙操作系统架构。
(10)中科方德桌面操作系统
“中科方德”是最主要的国产操作系统厂商之一，受到国家重视。旗下产品“方德桌面操作系统”，可良好支持台式机、笔记本、一体机及嵌入式设备等形态整机、主流硬件平台和常见外设，截至2022年软件中心已上架运维近2000款优质的国产软件及开源软件。方德桌面操作系统基于核高基重大专项安全加固内核成果持续优化和发展，适配海光、兆芯、飞腾、龙芯、申威、鲲鹏等国产CPU，支持x86、ARM、MIPS等主流架构，可良好支持台式机、笔记本、一体机及嵌入式设备等形态整机、主流硬件平台和常见外设。方德桌面操作系统还预装了软件中心，致力于为用户提供丰富好用的软件。
现在，方德桌面操作系统已成功应用于政府、教育、金融、医疗、电信等领域，为广大用户提供稳定、易用、高效的终端平台。