DOS

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DOS,是磁碟作業系統(英文:Disk Operating System)的縮寫,是個人電腦上的一類作業系統。從1981年直到1995年的15年間,DOS在IBM PC相容機市場中佔有舉足輕重的地位。而且,若是把部份以DOS為基礎的Microsoft Windows版本,如Windows 9598Me等都算進去的話,那麼其商業壽命至少可以算到2000年。

DOS家族包括MS-DOSPC-DOSDR-DOSFreeDOSPTS-DOSROM-DOS、JM-OS等,其中以MS-DOS最為著名。雖然這些系統常被簡稱為"DOS",但沒有任何一個系統單純以"DOS"命名(只有一個毫無關連的1960年代IBM大型主機作業系統以此命名)。此外,有幾個和DOS無關、在非x86的微電腦系統上執行的磁碟作業系統在名稱中也有"DOS"字眼,而且在專門討論該機器的場合中也會簡稱為"DOS"(例如:AmigaDOSAMSDOSANDOSApple DOSAtari DOSCommodore DOSCSI-DOSProDOSTRS-DOS等),但這些系統和DOS執行檔以及MS-DOS API並不相容。

設計架構[编辑]

放於IBM原裝軟碟機的DOS 5.25吋系統開機磁片

所有DOS類的作業系統都是在使用Intel x86或其相容CPU的機器上運行的(主要是IBM PC及其相容機)。最早的時候,DOS並未受限於此;為了在許多以x86為基礎,但和IBM PC不相容的機器上運行,產生了不少特定機器版本的DOS及類似的作業系統。[1]

DOS是單一使用者、單工的作業系統,擁有不可重入的基本核心函式(意即同時間只能有一個程式呼叫這些函式)。有一個例外的狀況,就是常駐程式(Terminate and Stay Resident,縮寫為TSR)。某些常駐程式允許使用者多工操作;然而此時仍有「核心不可重入」的問題:當一個行程(process)呼叫了作業系統核心中的服務函式(也就是系統呼叫)時,在這個呼叫結束之前,其他的行程絕對不能進行系統呼叫、打斷第一個行程。[2]

DOS的核心為使用者程式提供了各式各樣的函式,例如:在螢幕上顯示文字、從鍵盤讀入字元、存取磁碟上的檔案等等。

腳本語言[编辑]

DOS透過批次檔副檔名.BAT)提供界面腳本的功能。這些檔案是純文字格式的,可以用任何的文字編輯器(像是edit.com)編輯。他們執行起來和編譯而成的程式沒有兩樣。檔案中的每一行都被視為命令來執行。批次檔也可以使用數個內部命令,例如goto條件運算式[3]

硬體存取[编辑]

DOS提供了簡單的硬體抽象層,讓程式員可以開發文字界面的應用程式;但這個硬體抽象層無法存取大部份的計算機硬體,像是顯示卡印表機,或是滑鼠等。這使得程式員必須直接存取硬體,導致每個應用程式都有屬於自己的一組硬體週邊驅動程式。硬體製造商會將他們的硬體規格書釋出,以確保在受歡迎的應用程式中有它們的驅動程式。[4]

裝置保留名稱[编辑]

在DOS中,有數個名稱保留給裝置使用,無法拿來當一般檔案的名稱(不管副檔名是什麼);這些保留名稱是用來將應用程式的輸出傳送給硬體週邊用的。這樣的限制也影響到數個版本的Windows,在某些情況下甚至會造成當機和安全性弱點。[5]

其中一些保留名稱有:NUL:COM1:AUX:COM2:COM3:COM4:CON:LPT1:PRN:LPT2:LPT3:,以及CLOCK$[6]

磁碟命名法[编辑]

在DOS中,磁碟機是利用不同的字母命名的。標準的作法是保留"A"和"B"給軟碟機。若是系統只有一台軟碟機的話,DOS允許這台軟碟機同時使用這兩個代號,然後DOS會要求使用者更換磁片。這麼做可以讓使用者把檔案拷貝到不同的軟碟片上,或是執行某一片軟碟片上的程式,然後把資料檔案存放在另一片軟碟片上。最早硬碟的代號為"C"和"D"。在一台硬碟機上,DOS只允許一個活動分割區的存在。隨著支援的硬碟數量越來越多,磁碟代號的命名方法演變為:先將磁碟代號指派給每一顆硬碟機的活動主分割區,然後第二輪將代號指派給延伸分割區中的邏輯磁碟區,第三輪再把代號指定給非活動的主分割區。(前題是:它們存在,而且包含了DOS可以讀取的檔案系統。)最後,DOS才將代號指派給光碟機RAM disk,以及其他的硬體。一般來說,磁碟代號都是依照驅動程式的載入順序,按字母順序指派的,但驅動程式也可以要求DOS指派不同的字母。例如網路磁碟機的驅動程式通常會指派最後的幾個字母。[7]

因為DOS的應用程式會直接使用這些磁碟代號(和Unix類系統使用/dev目錄的方法不同),因此若是新增了需要分配磁碟代號的硬體,可能會導致這些應用程式出錯。舉例來說:若是原本硬碟中的延伸分割區中存在邏輯磁碟區,此時新增一顆有主分割區的硬碟的話,由於主分割區擁有較高的分配優先權,所以原本硬碟的邏輯磁碟區的代號就會改變。此外,就算是新增一顆只有延伸分割區和邏輯磁碟區的硬碟,還是會影響到RAM disk及光碟機的代號。這個問題一直到9x系列的Windows都仍然存在;NT系列才有解決方案:磁碟代號會保留給已存在的磁碟機機,除非使用者手動更改。[7]

開機流程[编辑]

PC相容機的開機磁區位在第0 。對於DOS來說,這段代碼會將DOS的BIOS讀入記憶體中然後執行。在DR DOS及PC DOS中,這個BIOS放在IBMBIO.COM這個檔案裡;而MS DOS則是放在IO.SYS。接下來這個BIOS會載入放在IBMDOS.COM(PC DOS或DR DOS)或是MSDOS.SYS(MS DOS)裡面的DOS核心。Windows 9x中附的DOS版本(MS DOS 7和8)將BIOS和核心合併放在IO.SYS裡面,而MSDOS.SYS則是文字格式的組態檔案。然後DOS核心會去執行CONFIG.SYS這個檔案。在CONFIG.SYS中,SHELL這個命令指定了shell的檔案位置(通常是COMMAND.COM)。接下來這個shell會被執行,然後它會去開啟開機批次檔(通常是AUTOEXEC.BAT[8]

歷史[编辑]

MS-DOS(以及經授權更換商標而成的IBM PC-DOS)以及它的前身86-DOS是受到Digital Research公司的CP/M(Control Program / (for) Microcomputers)啟發而完成的。CP/M是當時使用Intel 8080Zilog Z80這兩顆8位元CPU的微電腦上最受歡迎的磁碟作業系統。

在1980年的時候,IBM使用Intel 8088微處理器,開發出了他們的第一台微電腦。他們需要一套能夠在這台微電腦上使用的作業系統。IBM在找一套能和8088相容的CP/M,一開始找上了微軟(Microsoft)的執行長比爾·蓋茨(可能是因為當時微軟開發出了讓CP/M可以在Apple II上執行的Z-80 SoftCard,所以IBM相信微軟擁有CP/M[9])。IBM被轉介到Digital Research,並且舉行了相關的會議。然而,關於CP/M的使用權的初次談判破裂了—因為Digital Research希望以權利金的方式販售CP/M,但IBM希望單一授權,並且將名稱改為"PC-DOS"。DR的創始人Gary Kildall拒絕簽約,IBM因此放棄購買CP/M。[9][10]

IBM再次找上比爾.蓋茨。蓋茨轉而找上了Seattle Computer Products(SCP)。SCP的程式員Tim Paterson開發了一套CP/M-80的變體作業系統,原本是打算用來測試SCP為S-100匯流排新開發的16位元Intel 8086 CPU界面卡。這套系統原本的名稱是"QDOS"("Quick and Dirty Operating System"的縮寫),後來在商業發行前改名為86-DOS。微軟買下了86-DOS(據說成交金額為50,000美元),後來成了1981年發行的Microsoft Disk Operating System,簡稱MS-DOS。[11]

微軟也將這套系統授權給數個電腦公司。這些電腦公司販售給他們的硬體使用的MS-DOS,有時使用他們自己的名稱。微軟後來要求他們使用MS-DOS這個名稱,除了IBM以外。IBM持續為IBM PC開發新版的PC-DOS。Digital Research查覺到IBM正在販售和CP/M很類似的作業系統(而且還跟當初IBM談判時堅持的名稱相同),於是揚言要提出法律訴訟。IBM以一項協議回應他們:IBM讓使用者可以自行選擇要使用PC-DOS還是CP/M-86(Kildall開發的8086版CP/M)。兩者相較,CP/M比PC-DOS貴上近200美元,銷售量也低。CP/M逐漸淡出,而MS-DOS和PC-DOS則成了PC和PC相容機的主力作業系統。[9]

Digital Research曾試圖挽回CP/M-86錯失的市場。一開始是發行了DOS Plus,後來又發行了DR-DOS(這兩者都同時與MS-DOS和CP/M-86的軟體相容)。Digital Research被Novell買下,DR-DOS變成了Novell DOS 7。之後,它又成為Caldera Systems(以OpenDOS及DR DOS 7為名)、Lineo以及DeviceLogics的一部份。

後來,微軟和IBM在兩套DOS的繼任作業系統(微軟的Windows和IBM的OS/2)上發生了一連串爭執。[12]他們在DOS系統上的開發也因此分道揚鑣。[13] MS-DOS在某些層面上轉型成為Windows;而PC-DOS的最後一個版本為1998年發行的PC-DOS 2000。

FreeDOS計劃開始於1994年6月26日。當天微軟宣佈他們將不再販賣MS-DOS,也不再提供支援。於是Jim Hall張貼了一份宣言,宣佈要開發DOS的開放源始碼替代品。在幾個星期內,包括Pat Villani和Tim Norman的幾位程式員加入了這個計劃。他們利用共享他們撰寫或現有程式碼的方式,產生了核心、command.com命令直譯器(shell界面)以及核心公用程式。在歷經了數個版本的官方預覽版本之後,FreeDOS 1.0版在2006年9月3日正式發佈。使用FreeDOS不需支付任何的版權費用或權利金。[14][15]

淡出[编辑]

早期版本的Microsoft Windows只是在DOS之上執行的應用程式。[16]大約在90年代初,Windows仍相當依賴新版本的DOS。一直到Windows for Workgroups 3.11,DOS才逐漸退居負責開機及載入Windows核心的角色。在Windows 95(以及其後發生的Windows 98與Me)中,MS-DOS核心依然存在,只是加上Windows當作系統的圖型界面。Windows 95與98的MS-DOS元件可以在不開啟Windows的情況下獨立執行(但Windows Me不行)。[17]隨著Windows的普及,大部份的電腦使用者都使用Windows,DOS也越來越少人使用。

持續發展[编辑]

有些電腦製造商(包括DellHP)會預載FreeDOS當作OEM作業系統出貨。[18][19]

有一套以GPL方式授權的DOS,名為NX-DOS,目前正在開發中。它是一套16位元的即時作業系統,擁有網路功能,可以從軟碟片開機,還有一個不太完整的USB驅動程式。NX-DOS專案從1992年就開始了,原本是個個人專案,在2005年的時候以GPL方式釋出。[20]

目前仍可取得的DOS系統有DR-DOS(以及加強的DR-DOS)、俄國人開發的PTS-DOS、ROM-DOS、FreeDOS、NX-DOS、Multiuser DOS(以Digital Research的Concurrent DOS為基礎)....等等。

嵌入式系統[编辑]

由於DOS可以直接存取硬體,因此它很適合拿來控制嵌入式裝置。新版本的DR-DOS便瞄準了這塊市場。[21] 佳能的數位相機PowerShot Pro 70使用ROM-DOS做為嵌入式系統。[22]

模擬器[编辑]

Linux下,使用DOSEMU(一套用來執行真實模式程式的Linux原生虛擬機器)可以執行DOS及其衍生版本。另外在各個版本的UNIX下也有許多用來執行DOS的模擬器,有些甚至在非x86的平台上也可以執行,像是DOSBox[23][24]

由於Windows XPVista無法和純DOS相容,DOS模擬器在這些系統上也越來越流行。這些模擬器可以用來執行過去的老軟體或其他DOS軟體。其中一個最為知名的是DOSBox,主要的設計目標是在當前的作業系統上執行DOS的遊戲程式。[23][16]

Microsoft Virtual PC下也可以執行DOS的應用程式,相容性比DOS模擬器好。使用者可以安裝合法的MS-DOS,然後除了那些最難對付的應用程式以外,絕大部份的DOS應用程式都可以在上面執行。[25]

與Microsoft Windows的關係[编辑]

純32位元版本的Windows(從NT開始;包含了2003、XP和Vista)並非以DOS為基礎的。這些系統中內含了一個NT DOS虛擬機器(NT Virtual DOS Machine,縮寫為NTVDM),在上面執行一個修改過的DOS。原本以DOS為基礎的系統使用傳統的COMMAND.COM做為命令列界面,而Windows NT及其衍生版本則是使用cmd.exe(不過cmd.exe也移植了許多DOS的命令)。

軟體[编辑]

Arachne互联网浏览器

由於DOS在长时间内是PC相容機的主要平台,有許多為DOS撰寫的知名軟體。例如:

易用性[编辑]

用户界面[编辑]

所有的DOS均使用命令列界面。執行程式的方法是在命令列中鍵入程式的名稱。DOS系統包含一些公用程式,也提供了一些不是以程式方式存在的命令(通常被稱為內部命令)。[27]

為了提供對使用者更友善的操作環境,許多的軟體廠商紛紛推出各式各樣的檔案管理程式。這些程式通常使用選單及圖示做為界面。Microsoft Windows就是其中最有名的例子,最後發展成為完整的作業系統,取代DOS成了PC相容機上最受歡迎的作業系統。使用文字模式的使用者界面有:Norton CommanderDos NavigatorVolkov Commander、Quarterdesk的DESQview,以及SideKick。使用图形用户界面的程式有:Digital Research的Graphical Environment Manager(最早是寫給CP/M用的)以及GEOS

發展到最後,主要的DOS廠商開始在DOS中加入自己的環境管理程式。MS/PC-DOS 4中有DOS Shell[28]而次年發行的DR-DOS 5則加入了以GEM為基礎的ViewMAX[29]

多工[编辑]

在最初的設計中,DOS是一個單工的作業系統。MS/PC-DOS使用DOS shell做到工作切換的功能,[30]而DR-DOS則是在DR-DOS 6中利用TaskMAX做到類似的功能。[31] MS/PC-DOS自始至終都沒有多工的能力;[32] DR-DOS則是在DR-DOS 7中提供了這個功能(DR-DOS的DPMI必須啟用)。[33]

限制[编辑]

DOS的架構有數項惱人的限制。最早的8088微處理器只能定址到1 MB的實體記憶體空間。由於附加的硬體裝置也必須映射到這段空間,因此最高可以使用的記憶體只有640 KB(被稱為「傳統記憶體」)。在DOS的結構上,640 KB被視為最大的記憶體空間,DOS無法定址更高的位址。早期避開這個問題的做法是使用擴展記憶體80286出來之後,發展出了延伸記憶體。雖然這些技術提供了更多的記憶體應用程式,但應用程式仍必須從傳統記憶體開始執行,佔用640 KB中的部份空間。80386微處理器使用了重新設計的保護模式,應用程式可以透過DOS extenderDOS保護模式界面(DOS Protected Mode Interface,縮寫為DPMI)等技術使用額外的記憶體,也可以有多工的功能。[34][35]

DOS還有硬碟分割區大小的限制。造成這個問題的原因有兩個。首先,許多DOS類的作業系統只支援到FAT16,而FAT16在設計上就不支援超過2.1 GB的硬碟分割區。[36]另外,DOS存取硬碟的方式是透過INT 13這個中斷呼叫,然後往下再利用CHS系統對應到磁碟上的資料。在這個架構下,作業系統只能看到8 GB的硬碟空間。[37]比較新的作業系統使用軟體的方式(例如:32位元磁碟存取)存取硬碟。

FAT16和FAT12(用於軟碟片)上的檔案名稱必須遵守「8.3命名規則」:檔案的主檔名不得超個8個字元,而副檔名則不得超過3個字元。

命令集[编辑]

(部分)

命令 備註
MD 建立子目錄
CD 改變當前目錄
RD 刪除子目錄命令
DIR 示磁盤目錄命令
PATH 路徑設置命令
TREE 顯示磁盤目錄結構命令
DELTREE 刪除整個目錄命令
FORMAT 磁盤格式化命令
CHKDSK 檢查磁盤當前狀態命令
UNFORMAT 恢復格式化命令
DISKCOPY 整盤複製命令
VOL 顯示磁盤捲標命令
SCANDISK 檢測、修復磁盤命令
DEFRAG 重整磁盤命令
SYS 系統複製命令
COPY 文件複製命令
XCOPY 目錄複製命令
TYPE 顯示文件內容命令
REN 文件改名命令
FC 文件比較命令
ATTRIB 修改文件屬性命令
DEL 刪除文件命令
UNDELETE 恢復刪除命令
VER 查看系統版本號命令
DATE 查看日期命令

參考文獻[编辑]

  1. ^ 參閱MS-DOS條目
  2. ^ Hyde, Randall. CHAPTER EIGHTEEN: RESIDENT PROGRAMS (Part 3). The Art of Assembly Language Programming. 1996-09-30 [2008-09-02]. 
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參見[编辑]