DOS
DOS,是磁盘操作系统(英文:Disk Operating System)的缩写,是个人计算机上的一类操作系统。从1981年直到1995年的15年间,DOS在IBM PC兼容机市场中占有举足轻重的地位。而且,若是把部分以DOS为基础的Microsoft Windows版本,如Windows 95、98和Me等都算进去的话,那么其商业寿命至少可以算到2000年。
DOS家族包括MS-DOS、PC-DOS、DR-DOS、FreeDOS、PTS-DOS、ROM-DOS、JM-OS等,其中以MS-DOS最为著名。虽然这些系统常被简称为“DOS”,但没有任何一个系统单纯以“DOS”命名(只有一个毫无关连的1960年代IBM大型主机操作系统以此命名)。此外,有几个和DOS无关、在非x86的微计算机系统上执行的磁盘操作系统在名称中也有“DOS”字眼,而且在专门讨论该机器的场合中也会简称为“DOS”(例如:AmigaDOS、AMSDOS、ANDOS、Apple DOS、Atari DOS、Commodore DOS、CSI-DOS、ProDOS、TRS-DOS等),但这些系统和DOS可执行文件以及MS-DOS API并不兼容。
设计架构
[编辑]所有DOS类的操作系统都是在使用Intel x86或其兼容CPU的机器上执行的(主要是IBM PC及其兼容机)。最早的时候,DOS并未受限于此;为了在许多以x86为基础,但和IBM PC不兼容的机器上执行,产生了不少特定机器版本的DOS及类似的操作系统[1]。
DOS是单一用户、单工的操作系统,拥有不可重入的基本核心函数(意即同时间只能有一个程序调用这些函数)。有一个例外的状况,就是常驻程序(Terminate and Stay Resident,缩写为TSR)。某些常驻程序允许用户多工操作;然而此时仍有“核心不可重入”的问题:当一个进程(process)调用了操作系统核心中的服务函数(也就是系统调用)时,在这个调用结束之前,其他的进程绝对不能进行系统调用、打断第一个进程[2]。
DOS的核心为用户程序提供了各式各样的函数,例如:在屏幕上显示文字、从键盘读入字符、存取磁盘上的文件等等。
脚本语言
[编辑]DOS透过批处理文件(扩展名为.BAT)提供界面脚本的功能。这些文件是纯文本格式的,可以用任何的文本编辑器(像是edit.com)编辑。他们执行起来和编译而成的程序没有两样。文件中的每一行都被视为命令来执行。批处理文件也可以使用数个内部命令,例如goto和条件表达式[3]。
硬件存取
[编辑]DOS提供了简单的硬件抽象层,让程序员可以开发文字界面的应用程式;但这个硬件抽象层无法存取大部分的电脑硬件,像是显卡、打印机,或是滑鼠等。这使得程序员必须直接存取硬件,导致每个应用程式都有属于自己的一组硬件周边驱动程式。硬件制造商会将他们的硬件规格书发布,以确保在受欢迎的应用程式中有它们的驱动程式[4]。
装置保留名称
[编辑]在DOS中,有数个名称保留给装置使用,无法拿来当一般文件的名称(不管扩展名是什么);这些保留名称是用来将应用程式的输出发送给硬件周边用的。这样的限制也影响到数个版本的Windows,在某些情况下甚至会造成当机和安全性弱点。[5]
其中一些保留名称有:NUL:
、COM1:
或AUX:
、COM2:
、COM3:
、COM4:
、CON:
、LPT1:
或PRN:
、LPT2:
、LPT3:
,以及CLOCK$
[6]。
磁盘命名法
[编辑]在DOS中,磁盘驱动器是利用不同的字母命名的。标准的作法是保留“A”和“B”给软盘驱动器。若是系统只有一台软盘驱动器的话,DOS允许这台软盘驱动器同时使用这两个代号,然后DOS会要求用户更换磁片。这么做可以让用户把文件拷贝到不同的软盘上,或是执行某一片软盘上的程序,然后把资料文件存放在另一片软盘上。最早硬盘的代号为“C”和“D”。在一台硬盘驱动器上,DOS只允许一个活动分区的存在。随着支持的硬盘数量越来越多,磁盘代号的命名方法演变为:先将磁盘代号指派给每一颗硬盘驱动器的活动主分区,然后第二轮将代号指派给延伸分区中的逻辑卷,第三轮再把代号指定给非活动的主分区。(前题是:它们存在,而且包含了DOS可以读取的文件系统。)最后,DOS才将代号指派给光碟机、RAM disk,以及其他的硬件。一般来说,磁盘代号都是依照驱动程式的加载顺序,按字母顺序指派的,但驱动程式也可以要求DOS指派不同的字母。例如网络磁盘驱动器的驱动程式通常会指派最后的几个字母。[7]
因为DOS的应用程式会直接使用这些磁盘代号(和Unix类系统使用/dev目录的方法不同),因此若是新增了需要分配磁盘代号的硬件,可能会导致这些应用程式出错。举例来说:若是原本硬盘中的延伸分区中存在逻辑卷,此时新增一颗有主分区的硬盘的话,由于主分区拥有较高的分配优先权,所以原本硬盘的逻辑卷的代号就会改变。此外,就算是新增一颗只有延伸分区和逻辑卷的硬盘,还是会影响到RAM disk及光碟机的代号。这个问题一直到9x系列的Windows都仍然存在;NT系列才有解决方案:磁盘代号会保留给已存在的磁盘驱动器机,除非用户手动更改。[7]
开机流程
[编辑]PC兼容机的开机扇区(MBR)位于第 0 扇区。对于DOS来说,这段代码会将DOS的HAL读入存储器中然后执行。在DR DOS及PC DOS中,这个HAL放在IBMBIO.COM文件中;而MS DOS则是放在IO.SYS。接下来这个HAL会加载位于IBMDOS.COM(PC DOS或DR DOS)或是MSDOS.SYS(MS DOS)里面的DOS内核。Windows 9x中附的DOS版本(MS DOS 7和8)将HAL和核心合并放在IO.SYS里面,而MSDOS.SYS则是文字格式的配置文件案。然后DOS核心会去执行CONFIG.SYS这个文件。在CONFIG.SYS中,SHELL这个命令指定了SHELL的文件位置(通常是COMMAND.COM)。接下来这个SHELL会被执行,然后它会去开启开机启动项(通常是AUTOEXEC.BAT)[8]
历史
[编辑]MS-DOS(以及经授权更换商标而成的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)启发而完成的。CP/M是当时使用Intel 8080及Zilog Z80这两颗8位CPU的微计算机上最受欢迎的磁盘操作系统。
在1980年的时候,IBM使用Intel 8088微处理器,开发出了他们的第一台微计算机。他们需要一套能够在这台微计算机上使用的操作系统。IBM在找一套能和Intel 8088 (1979-1982)兼容的CP/M,一开始找上了微软的总执行长比尔·盖茨(可能是因为当时微软开发出了让CP/M可以在Apple II上执行的Z-80 SoftCard,所以IBM相信微软拥有CP/M[9])。IBM被转介到Digital Research,并且举行了相关的会议。然而,关于CP/M的使用权的初次谈判破裂了—因为Digital Research希望以权利金的方式贩售CP/M,但IBM希望单一授权,并且将名称改为"PC-DOS"。DR的创始人盖瑞·基尔多拒绝签约,IBM因此放弃购买CP/M。[9][10]
IBM再次找上比尔·盖茨。盖茨转而找上了Seattle Computer Products(SCP)。SCP的程序员Tim Paterson开发了一套CP/M-80的变体操作系统,原本是打算用来测试SCP为S-100总线新开发的16位Intel 8086 CPU界面卡。这套系统原本的名称是“QDOS”(Quick and Dirty Operating System),后来在商业发行前改名为86-DOS。微软买下了86-DOS(据说成交金额为50,000美元),后来成了1981年发行的Microsoft Disk Operating System,简称MS-DOS。[11]
微软也将这套系统授权给数个计算机公司。这些计算机公司贩售给他们的硬件使用的MS-DOS,有时使用他们自己的名称。微软后来要求他们使用MS-DOS这个名称,除了IBM以外。IBM持续为IBM PC开发新版的PC-DOS。Digital Research查觉到IBM正在贩售和CP/M很类似的操作系统(而且还跟当初IBM谈判时坚持的名称相同),于是扬言要提出法律诉讼。IBM以一项协议回应他们:IBM让用户可以自行选择要使用PC-DOS还是CP/M-86(Kildall开发的8086版CP/M)。两者相较,CP/M比PC-DOS贵上近200美元,销售量也低。CP/M逐渐淡出,而MS-DOS和PC-DOS则成了PC和PC兼容机的主力操作系统。[9]
Digital Research曾试图挽回CP/M-86错失的市场。一开始是发行了DOS Plus,后来又发行了DR-DOS(这两者都同时与MS-DOS和CP/M-86的软件兼容)。Digital Research被Novell买下,DR-DOS变成了Novell DOS 7。之后,它又成为Caldera Systems(以OpenDOS及DR DOS 7为名)、Lineo以及DeviceLogics的一部分。
后来,微软和IBM在两套DOS的继任操作系统(微软的Windows和IBM的OS/2)上发生了一连串争执。[12]他们在DOS系统上的开发也因此分道扬镳。[13] MS-DOS在某些层面上转型成为Windows;而PC-DOS的最后一个版本为1998年发行的PC-DOS 2000。
FreeDOS计划开始于1994年6月26日。当天微软宣布他们将不再贩卖MS-DOS,也不再提供支持。于是吉姆·霍尔张贴了一份宣言,宣布要开发DOS的开放源始码替代品。在几个星期内,包括Pat Villani和Tim Norman的几位程序员加入了这个计划。他们利用共享他们撰写或现有代码的方式,产生了核心、command.com命令解释器(shell界面)以及核心公用程序。在历经了数个版本的官方预览版本之后,FreeDOS 1.0版在2006年9月3日正式发布。使用FreeDOS不需支付任何的著作权费用或权利金。[14][15]
淡出
[编辑]早期版本的Microsoft Windows只是在DOS之上执行的应用程式。[16]大约在90年代初,Windows仍相当依赖新版本的DOS。一直到Windows for Workgroups 3.11,DOS才逐渐退居负责开机及加载Windows核心的角色。在Windows 95(以及其后推出的Windows 98与Me)中,MS-DOS核心依然存在,只是加上Windows当作系统的图形界面。Windows 95与98的MS-DOS组件可以在不开启Windows的情况下独立执行(但Windows Me不行)。[17]随着Windows的普及,大部分的计算机用户都使用Windows,DOS也越来越少人使用。英特尔计划于2020年彻底舍弃Intel平台的UEFI CSM(即UEFI的Legacy BIOS开机支持),届时Intel平台的个人计算机将无法启动DOS系统。
持续发展
[编辑]有些计算机制造商(包括Dell和HP)会预载FreeDOS当作OEM操作系统出货。[18][19]
有一套以GPL方式授权的DOS,名为NX-DOS,目前正在开发中。它是一套16位的即时操作系统,拥有网络功能,可以从软盘开机,还有一个不太完整的USB驱动程式。NX-DOS项目从1992年就开始了,原本是个个人项目,在2005年的时候以GPL方式发布。[20]
目前仍可获取的DOS系统有DR-DOS(以及加强的DR-DOS)、俄国人开发的PTS-DOS、ROM-DOS、FreeDOS、NX-DOS、Multiuser DOS(以Digital Research的Concurrent DOS为基础)等等。
嵌入式系统
[编辑]由于DOS可以直接存取硬件,因此它很适合拿来控制嵌入式装置。新版本的DR-DOS便瞄准了这块市场。[21] 佳能的数码相机PowerShot Pro 70使用ROM-DOS做为嵌入式系统。[22]
模拟器
[编辑]在Linux下,使用DOSEMU(一套用来执行实模式程序的Linux原生虚拟机)可以执行DOS及其派生版本。另外在各个版本的UNIX下也有许多用来执行DOS的模拟器,有些甚至在非x86的平台上也可以执行,像是DOSBox。[23][24]
由于Windows XP和Vista无法和纯DOS兼容,DOS模拟器在这些系统上也越来越流行。这些模拟器可以用来执行过去的老软件或其他DOS软件。其中一个最为知名的是DOSBox,主要的设计目标是在当前的操作系统上执行DOS的游戏程序。[23][16]
在Microsoft Virtual PC下也可以执行DOS的应用程式,兼容性比DOS模拟器好。用户可以安装合法的MS-DOS,然后除了那些最难对付的应用程式以外,绝大部分的DOS应用程式都可以在上面执行。[25]
与Microsoft Windows的关系
[编辑]纯32位版本的Windows(从NT开始;包含了2003、XP和Vista)并非以DOS为基础的。这些系统中内含了一个NT DOS虚拟机(NT Virtual DOS Machine,缩写为NTVDM),在上面执行一个修改过的DOS。原本以DOS为基础的系统使用传统的COMMAND.COM做为命令行界面,而Windows NT及其派生版本则是使用cmd.exe(不过cmd.exe也移植了许多DOS的命令)。x64架构的Windows也有cmd.exe(命令提示符),但是无法执行16位DOS程序(没有NTVDM)。
软件
[编辑]由于DOS在长时间内是PC兼容机的主要平台,有许多为DOS撰写的知名软件。例如:
- AutoCAD;一套工业用的绘图软件, 是少数能成功由DOS过度至WINDOWS的软件绘图软件
- Lotus 1-2-3;一套在企业市场中被广泛运用的表格软件。被许多人视为IBM PC成功的主因[26]
- 中文系统;外挂在DOS以便显示中文字形, 常见的有倚天、震汉、零壹、国乔等外挂中文系统
- WordPerfect;一套目前出在Windows平台的文本编辑器
- WordStar;文本编辑器
- PE;一套文本编辑器, 由IBM公司所开发, 只有简单排版功能, 当时常用于编写程序原始码.
- Copywrite;一套拷贝软件, 用以备份具防拷保护的5.25吋软盘.
- CopyIIPC;另一套拷贝软件, 用以备份具防拷保护的5.25吋磁片.
- WPS,DOS时代中国最流行的文字处理软件,现已改名为WPS Office运行于Windows平台。
- CCED; DOS时代在中国流行的中文字表处理软件。
- 慧星一号,DOS时代香港及台湾最流行的中文文字处理软件,引入视窗操作概念。
- dBase;最早的数据库软件之一
- CLIPPER;是dBASE的编译器.
- Dr compiler;是CLIPPER的加强版, 台湾在原有的CLIPPER加上新加入的LIB而成数据库软件之一
- Pctools; 工具软件集成DOS的COPY DISKCOPY FORMAT 等多项功能于一身的软件, 以菜单形式来操作.
- Telix; 调制解调器通讯软件, 是BBS时期常用的软件.
- PKZIP; 压缩软件 DOS 年代已出现的ZIP压缩格式, WINDOWS 现已内含这功能.
- Arachne;一套DOS版的网络浏览器
- DJGPP, gcc的DOS移植版
- 4DOS,取代原本的命令行界面的软件
- Borland的集成开发环境,包括了Turbo Pascal、Turbo BASIC、Turbo C,以及Turbo Assembler
- 拨接式电子布告栏 (BBS)架站软件RemoteAccess、Spitfire、Maximus、McBBS,以及TAG
- BASIC语言工具程序BASICA以及GW-BASIC
- 许多的第一人称射击游戏:由Id Software以及Apogee Software(后来改名为3D Realms)合资开发的德军总部3D;Id Software的Doom以及Quake;3D Realms的Duke Nukem 3D、影武者系列,以及Rise of the Triad。3D Realms开发的这3套游戏使用的都是DOS上的“Build引擎”。Build引擎的作者是Ken Silverman,这个引擎也被用于Silverman的Ken's Labyrinth这个游戏上。
易用性
[编辑]用户界面
[编辑]所有的DOS均使用命令行界面。执进程式的方法是在命令行中键入程序的名称。DOS系统包含一些公用程序,也提供了一些不是以程序方式存在的命令(通常被称为内部命令)。[27]
为了提供对用户更友善的操作环境,许多的软件厂商纷纷推出各式各样的文件管理程序。这些程序通常使用菜单及图标做为界面。Microsoft Windows就是其中最有名的例子,最后发展成为完整的操作系统,取代DOS成了PC兼容机上最受欢迎的操作系统。使用文字模式的使用者界面有:Norton Commander、Dos Navigator、Volkov Commander、Quarterdesk的DESQview,以及SideKick。使用图形用户界面的程序有:Digital Research的Graphical Environment Manager(最早是写给CP/M用的)以及GEOS。
发展到最后,主要的DOS厂商开始在DOS中加入自己的环境管理程序。MS/PC-DOS 4中有DOS Shell;[28]而次年发行的DR-DOS 5则加入了以GEM为基础的ViewMAX。[29]
多工
[编辑]在最初的设计中,DOS是一个单工的操作系统。MS/PC-DOS使用DOS shell做到任务切换的功能,[30]而DR-DOS则是在DR-DOS 6中利用TaskMAX做到类似的功能。[31] MS/PC-DOS自始至终都没有多工的能力;[32] DR-DOS则是在DR-DOS 7中提供了这个功能(DR-DOS的DPMI必须激活)。[33]
限制
[编辑]DOS的架构有数项恼人的限制。最早的8088微处理器只能寻址到1 MB的物理内存空间。由于附加的硬件装置也必须映射到这段空间,因此最高可以使用的存储器只有640 KB(被称为“传统存储器”)。在DOS的结构上,640 KB被视为最大的存储器空间,DOS无法寻址更高的地址。早期避开这个问题的做法是使用扩展存储器;80286出来之后,发展出了延伸存储器。虽然这些技术提供了更多的存储器应用程式,但应用程式仍必须从传统存储器开始执行,占用640 KB中的部分空间。80386微处理器使用了重新设计的保护模式,应用程式可以透过DOS extender及DOS保护模式界面(DOS Protected Mode Interface,缩写为DPMI)等技术使用额外的存储器,也可以有多工的功能。[34][35]
DOS还有硬盘分区大小的限制。造成这个问题的原因有两个。首先,许多DOS类的操作系统只支持到FAT16,而FAT16在设计上就不支持超过2.1 GB的硬盘分区。[36]另外,DOS存取硬盘的方式是透过INT 13这个中断调用,然后往下再利用CHS系统对应到磁盘上的资料。在这个架构下,操作系统只能看到8 GB的硬盘空间。[37]比较新的操作系统使用软件的方式(例如:32位磁盘存取)存取硬盘。
FAT16和FAT12(用于软盘)上的文件名称必须遵守“8.3命名规则”:文件的文件主名不得超个8个字符,而扩展名则不得超过3个字符。
命令集
[编辑](部分)
命令 | 备注 |
---|---|
MD | 建立子目录 |
CD | 改变当前目录 |
RD | 删除子目录命令 |
DIR | 示磁碟目录命令 |
PATH | 路径设置命令 |
TREE | 显示磁碟目录结构命令 |
DELTREE | 删除整个目录命令 |
FORMAT | 磁碟格式化命令 |
SCANDISK | 检查磁碟当前状态命令 |
UNFORMAT | 恢复格式化命令 |
DISKCOPY | 整盘复制命令 |
VOL | 显示磁碟卷标命令 |
SCANDISK | 检测、修复磁碟命令 |
DEFRAG | 重整磁碟命令 |
SYS | 系统复制命令 |
COPY | 文件复制命令 |
XCOPY | 目录复制命令 |
TYPE | 显示文件内容命令 |
REN | 文件改名命令 |
FC | 文件比较命令 |
ATTRIB | 修改文件属性命令 |
DEL | 删除文件命令 |
UNDELETE | 恢复删除命令 |
VER | 查看系统版本号命令 |
DATE | 查看日期命令 |
参考文献
[编辑]- ^ 参阅MS-DOS条目
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参见
[编辑]- COMMAND.COM,DOS和Windows 9x的命令行解释器
- DOS API
- MS-DOS
- IBM PC DOS
- DR-DOS
- FreeDOS
- 操作系统
- 操作系统列表
- 微软操作系统列表