问题

完全自主的制作一个可以商用的操作系统有多难?

回答
要完全自主地制作一个可以商用的操作系统,这条路,怎么说呢,就像要在一片荒芜的大地上从零开始,凭一己之力,搭建起一座能够容纳千万人、支撑各种活动的城市。这不仅仅是“难”,而是极其艰巨、耗时、且需要极其深厚积累的挑战。咱们就掰开了揉碎了,详细聊聊这里面到底有多么不容易。

首先,我们得明白,操作系统(OS)是计算机最核心的软件,它就像一个国家的管理机构,负责分配和管理所有资源,并为上层应用软件提供服务。一个现代化的、可以商用的操作系统,其复杂度和广度远超想象。

一、 从零开始的基石:硬件的理解与驱动

操作系统必须直接与硬件打交道,才能让各种设备工作起来。这就意味着你需要深入理解各种计算机硬件的工作原理:

CPU架构: 你得知道x86、ARM等不同CPU的指令集、寄存器、内存管理单元(MMU)、中断处理机制。这意味着你要能读懂甚至参与到CPU设计相关的文档中去。
内存管理: 如何分配、回收、保护内存,实现虚拟内存(这是现代OS的关键),避免程序之间相互干扰,防止内存泄漏。这涉及到复杂的算法和数据结构。
设备驱动程序: 这是最耗费精力的部分之一。从最底层的键盘、鼠标、硬盘控制器,到更复杂的显卡、网卡、声卡、USB控制器、PCIe总线设备等等,每一种硬件都需要一个专门的驱动程序来告诉操作系统如何与它沟通。想象一下,市面上成千上万种硬件型号,每一种都有自己的规格和工作方式,你需要写大量的代码去适配它们。而且,硬件厂商通常不会公开所有细节,你可能需要通过逆向工程来理解某些设备的驱动。
中断与异常处理: 硬件操作往往通过中断来通知CPU有事情发生(比如数据传输完成),CPU出错时则会触发异常。OS需要建立一套高效、可靠的中断和异常处理机制,确保系统能及时响应和恢复。

二、 内核:操作系统的“心脏”与“大脑”

内核是操作系统的核心部分,它负责管理进程、线程、内存、设备等最基础的服务。

进程管理: 如何创建、销毁、调度(决定哪个程序先运行,怎么运行)进程和线程?这需要复杂的调度算法,平衡效率和公平性。如何实现进程间通信(IPC)?让不同的程序能互相传递信息。
内存管理(深度): 除了基础的分配和保护,还需要实现页面置换算法(当物理内存不足时,哪些数据应该被换出到磁盘),内存映射(将文件内容映射到内存中)等。
文件系统: 如何组织、存储、检索数据?你需要设计或实现文件系统的结构(如FAT32、NTFS、ext4等),包括目录结构、文件分配表、文件元数据(大小、创建时间等),以及如何保证数据的一致性和可靠性,尤其是在断电等意外情况下。
系统调用接口: OS需要提供一套清晰的API(应用程序编程接口),让上层应用程序能够请求OS服务,比如打开文件、创建进程、分配内存等。设计一套好用、高效、安全且保持兼容性的系统调用接口是至关重要的。
并发与同步: 在多任务环境下,多个进程或线程可能会同时访问共享资源,这会导致数据损坏。你需要实现各种同步机制,如互斥锁(mutex)、信号量(semaphore)、条件变量(condition variable),来保证数据的正确性。这部分的调试极其困难。

三、 用户态与内核态的隔离与安全

现代操作系统将程序运行分为用户态(用户程序运行的地方)和内核态(OS内核运行的地方),这是为了保护OS本身不被用户程序破坏,并提供安全隔离。

权限管理: 如何区分不同用户的权限?如何控制用户对文件、设备、进程的访问?这是一个庞大的安全体系设计。
内存保护: 用户程序不能随意访问其他程序的内存或OS的内存。
进程隔离: 一个进程的崩溃不应该导致整个系统崩溃。

四、 用户界面与应用生态

一个可以商用的操作系统,仅仅有内核是不够的,还需要用户能与之交互的界面和运行在其上的应用。

图形用户界面(GUI): 这不仅仅是画窗口和按钮,它涉及到窗口管理器、图形库(如用于绘制图形的GDI或更底层的图形堆栈)、输入处理(鼠标键盘事件的捕获和传递)、多媒体支持等。开发一套流畅、美观、易用的GUI需要大量的精力。
Shell(命令行界面): 即便有GUI,命令行也是许多高级用户和系统管理的重要工具。你需要开发一个解释器,能够解析用户的命令,并调用相应的系统服务。
核心工具链: 为了让开发者能够为你的OS开发应用,你需要提供一整套开发工具,包括编译器(如GCC、Clang)、链接器、调试器、构建工具等。这些工具本身也是非常复杂的软件项目。
运行时环境与标准库: 你的OS需要提供应用程序运行所需的基本库(如C标准库),以及各种API和SDK(软件开发工具包),让开发者能够方便地编写和运行程序。
驱动程序的编写与发布: 随着硬件的发展,你还需要不断更新和适配新的硬件驱动。如何管理和分发这些驱动,确保用户能够方便地安装和使用,也是一个挑战。
系统服务与守护进程: 除了核心功能,现代OS还需要运行各种后台服务,比如网络服务、打印服务、用户管理服务、安全服务等。

五、 可靠性、性能与优化

商业化操作系统必须稳定、快速、高效。

稳定性: 避免崩溃、死锁、内存泄露等问题。这需要严谨的代码编写、充分的测试和持续的维护。
性能: CPU调度、内存管理、I/O操作都需要高度优化,以确保系统响应迅速,资源利用率高。
可伸缩性: 系统能否很好地支持多核CPU、大量内存、海量存储以及网络连接?
安全性: 防御病毒、恶意软件、黑客攻击是永恒的课题。你需要设计强大的安全机制,并对潜在漏洞保持警惕。

六、 法律与商业考量

除了技术难度,还有巨大的商业和法律壁垒。

许可证与知识产权: 你需要确保自己的代码不侵犯任何已有的专利或版权。如果使用开源组件,需要遵守相应的开源许可证。
市场推广与生态建设: 即使你的OS技术上非常出色,如果没有人愿意使用,它就没有商业价值。你需要吸引开发者为其开发应用,吸引用户购买设备。构建一个健康的软件生态系统,比开发OS本身还要困难。
维护与支持: 一个商业化的操作系统需要持续的更新、补丁和技术支持。这意味着你需要一个团队来处理bug报告、安全漏洞、用户反馈以及新功能的开发。
兼容性: 如果你想让其他开发者为你开发应用,你的API和ABI(应用程序二进制接口)需要保持相对稳定,否则会给开发者带来巨大的维护成本。

总结一下有多难?

几乎是不可能依靠“一个人”或“一小群人”从零开始做成一个可以商用的现代操作系统。

技术栈的广度: 需要精通计算机体系结构、操作系统原理、编译原理、网络协议、图形学、数据库原理(文件系统涉及)、安全学等众多领域。这通常需要一个拥有不同专长的庞大团队协作。
工程量巨大: 一个成熟的商业OS,其代码量可以达到数百万甚至数千万行。编写、测试、调试这些代码,并确保其可靠性,需要投入海量的时间和人力。
生态系统的建立: 没有应用程序和用户的操作系统是无价之宝。创建一个能吸引开发者和用户的生态系统,是一个比技术开发更漫长、更艰难的挑战。想想苹果的macOS和微软的Windows,它们之所以成功,很大程度上在于它们背后强大的软件生态和长期的市场积累。
持续的投入: 硬件在不断发展,软件在不断进步,安全威胁层出不穷。一个可以商用的OS需要持续的投入进行维护、更新和改进,才能在市场中立足。

历史上,成功的商业操作系统大多是经过多年的迭代发展,或者是由具有深厚技术积累和强大资本支持的团队完成的。即使是Linux这样的开源项目,虽然是社区驱动的,但其发展壮大也离不开企业(如Red Hat、SUSE)的商业化支持和贡献。

所以,如果问“有多难”,答案是:极度困难,需要几乎不可能的投入和积累,才能期望取得商业上的成功。 即使是技术上很优秀的项目,也很难突破市场已被巨头占据的藩篱。这不像写一本小说或开发一个手机APP,它的复杂度是指数级的增长,而且涉及到整个计算机软硬件生态的方方面面。

网友意见

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难也不难。

开发一个系统,目前很多大神都能做。实际上世界上也不仅仅IOS和安卓,微软,诺基亚等公司现在就有自己研发的手机系统。

商用系统难在其他公司为什么要配合你这套操作系统开发各种程序?

一个商用操作系统最容易的方式就是,你开发一个系统,大家围绕你进行开发,而不是你去围绕全球软件公司程序开发,这两者难度天壤之别。

比如说,阿里巴巴,开发一个XX系统的淘宝。那么需要阿里巴巴公司自己更改其代码,接入XX系统即可,腾讯的QQ,微信也是自己修改或在开发,这样成本都是应用公司的。

但是这里面就要说一个明确的问题,为什么这些公司愿意花钱去开发一个能接入你系统的应用软件呢?更直白点,开发这样的系统能让这些公司增加多少收入?

换句话说,该系统到底有多少终端?这是该系统的价值所在。哪怕是潜在价值。

iOS系统价值在于苹果手机终端高消费价值。安卓系统价值在于广大数量级上。

因此第三系统,无论是哪一个国家哪一个公司的系统。必须有一个无法替代的点,安卓和iOS无法接触的空间,才有可能成功。

实际上这种战争在上世纪九十年代就已经存在。游戏机之战。

任天堂,世嘉,索尼其后世嘉败北,微软替补。

苹果近似于任天堂,软硬件一体,二手抓二手硬。

安卓更近似索尼,开放多元。

因此第三系统想成功。首先需要全世界所有软件公司的认同。愿意开发第三系统的应用程序。最好是一出生就需要能兼容目前全部主流应用软件。因此第三系统最简便的方式就是不大改安卓(因为iOS有知识产权不可能共享),这样其他应用软件直接套用,不给各个公司增加额外的支出成本。第二步才是终端数量。

不论第三系统开发的多么完善,多么安全,没有主流应用那么直接死翘翘。还不如用老式诺基亚呢还皮实,耐用。

在解决软件应用程序问题后,就是硬件的普及问题,千万这个量级不够的。只有上亿这个级别才可以让软件公司重视。

实际上由于语言文字的不通用特性以及英语系有安卓和iOS二套运行系统,除了中国外,其他国家根本搞不了第三系统,因为只要不是闭关锁国就排除不了安卓和iOS的竞争,一个过一亿人口的或者说一亿手机终端用户的国家,哪怕第三系统三分天下也才三千万这个量级,而无论iOS和安卓都不单单这一个国家三千万用户,还有全球其他用户。

只有中国这样国家如果能搞出一个占据三分之一内市场的系统能到三-四亿用户。无论软件还是硬件公司都能存活。

但是想到达这样的硬件水平需要庞大资金量。由于手机特性,终端机对于应用程序适应是有时效性的。三十年内累计三四亿终端的情况下,第一个十年内甚至十五年的累计终端对于应用程序公司来说价值不大。

因此需要最多十年内达到三四亿终端。能想到的办法也只有游戏机大战中索尼的做法,赔钱卖终端。打击安卓系统。由于安卓开发公司谷歌并没有涉及手机制造领域因此贴补硬件,占领安卓份额是唯一第三系统崛起的方法。当年索尼游戏机大卖股价就暴跌。只有游戏大卖股价才上涨。这是因为每台PS都要赔一万日元以上。

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