DOS(磁盤操作系統(tǒng))是一種基本的系統(tǒng)軟件。作為用戶和計算機硬件之間的接口，它簡化了用戶對硬件結(jié)構(gòu)的理解和對機器命令的記憶。DOS系統(tǒng)可以有效管理軟硬件資源，包括MS-DOS、PC-DOS、DR-DOS等多個版本，其中MS-DOS最為著名。DOS的發(fā)展始于1980年，當時IBM在開發(fā)個人電腦時選擇了微軟和英特爾作為主要合作伙伴。1981年8月，IBM發(fā)布了個人電腦和DOS 1.0。隨著時間的推移，DOS已經(jīng)經(jīng)歷了幾個版本的迭代，微軟的MS-DOS逐漸成為市場的領頭羊，而DR-DOS等其他版本也在市場上占據(jù)一席之地。雖然OS/2、Windows等操作系統(tǒng)出現(xiàn)的較晚，但FreeDOS等開源替代品仍在特定領域發(fā)揮作用。

DOS的設計框架包括BIOS模塊(負責管理硬件資源)、IO。SYS(MS-DOS和BIOS之間幫助管理系統(tǒng)設備的接口)，MSDOS。SYS(負責文件管理，包括文件、目錄和內(nèi)存管理)、COMMAND.COM(處理用戶輸入的MS-DOS命令)和boot程序(負責檢查磁盤上的系統(tǒng)文件和將DOS系統(tǒng)加載到內(nèi)存中)。設備管理、存儲管理和文件管理是DOS的主要功能。雖然DOS在多任務、用戶界面、安全性等方面存在一些不足，但其簡單性、開放性、啟動速度快等特點，仍然使其在特定應用場景下深受用戶歡迎。

操作系統(tǒng)一般包括兩部分:設備管理和文件信息管理(其核心是文件信息管理)。因為PC中的文件一般存儲在磁盤上，所以稱為磁盤操作系統(tǒng)(DOS)，這也是DOS名稱的由來。

DOS家族包括MS-DOS，PC-DOS，DR-DOS，F(xiàn)reeDOS，PTS-DOS，ROM-DOS，JM-OS，CC-DOS，UC-DOS，其中MS-DOS最有名，最自由開放的是Free DOS。雖然這些系統(tǒng)通常簡稱為“DOS”，但沒有一個系統(tǒng)被簡單地命名為“DOS”(只有一個不相關的IBM大型機操作系統(tǒng)以此命名)。此外，幾個與DOS無關的磁盤操作系統(tǒng)的名字中也有“DOS”二字，具體討論本機時會簡稱為“DOS”(例如:AmigaDOS、AMSDOS、ANDOS、Apple DOS、Atari DOS、Commewlore DOS、CSI-DOS、PrDOS、TRS)。

發(fā)展背景

20世紀70年代末，許多公司都有了自己的8位芯片“個人電腦”，如AppleIl、Commodore、VC20和PET、Tandy、TRS-80、施樂和惠普。IBM還決定開發(fā)自己的“個人電腦”。然而，開發(fā)新一代個人電腦至少需要四年時間，這在個人電腦市場上是不可接受的，市場也負擔不起。最后，IBM采用了開放的原則，選擇了兩個主要的合作伙伴——微軟和英特爾。1980年，IBM投入450人進行PC開發(fā)，英特爾也組建了“特殊客戶部”，為PC供應高質(zhì)量的芯片——英特爾的8088芯片。

開發(fā)過程

1980年，當IBM要推出搭載Intel 8088芯片的IBM PC時，他們需要一個操作系統(tǒng)。IBM董事長約翰·歐寶與瑪麗·麥克斯韋爾·蓋茨交談，她也是美國聯(lián)合籌款協(xié)會全國委員會的執(zhí)行委員會成員，她向歐寶推薦了她的兒子比爾·蓋茨。比爾·蓋茨向IBM介紹了另一家開發(fā)CP/M操作系統(tǒng)的DR數(shù)字研究公司。然而，最初關于CP/M的談判破裂，IBM退出了談判。

IBM又找到了比爾·蓋茨。蓋茨找到了西雅圖電腦產(chǎn)品公司。該公司的程序員Tim Paterson開發(fā)了一種CP/M-80的變體作為內(nèi)部產(chǎn)品，以測試SCP與16位Intel 8086CPU的兼容性。該系統(tǒng)最初被命名為QDOS(快速和骯臟的操作系統(tǒng))，后來以86-DOS的名義投入商業(yè)使用。微軟買了86-DOS，然后在1981年推出了基于它的微軟磁盤操作系統(tǒng)(MS-DOS)。一年之內(nèi)，微軟向70多家公司授權(quán)了MS-DOS。這些公司使用MS-DOS作為他們的硬件操作系統(tǒng)，并使用他們自己的名字。微軟后來要求使用MS-DOS的名稱，IBM版本除外。DR Digital Research意識到IBM正在銷售類似于CP/M的操作系統(tǒng)，并威脅要采取法律行動。IBM的回應是提出一項協(xié)議:他們將讓PC消費者選擇PC DOS或CP/M-86(CP/M的8086版本)。相比之下，CP/M的價格比PC DOS高200美元，銷量也很低。CP/M逐漸淡出市場，MS-DOS和PC DOS成為PC和PC兼容機的操作系統(tǒng)。

軟件發(fā)展

微軟最初只向原始設備制造商(OEM)出售MS-DOS，因為早期的個人電腦與IBM PC不完全兼容，DOS的設計允許設備驅(qū)動程序代碼(IO。SYS)與DOS內(nèi)核(MSDOS。SYS)。微軟為此提供了OEM Adaptation Toolkit (OAK)，它允許OEM根據(jù)他們的系統(tǒng)需求定制設備驅(qū)動程序代碼。隨著大多數(shù)PC遵循IBM PC標準，微軟開始銷售MS-DOS 5.0的零售版本。

dos系統(tǒng)

20世紀80年代中期，微軟開發(fā)了DOS的多任務版本，在歐洲通常被稱為“MS-DOS4”，這是專門為ICL開發(fā)的，并授權(quán)給幾家歐洲公司。該版本支持搶占式多任務、共享內(nèi)存、設備輔助服務和新的可執(zhí)行文件(NE)格式。這些特性在隨后的DOS版本中沒有使用，但形成了OS/2 1.0內(nèi)核的基礎。這個版本的DOS不同于廣泛發(fā)布的PC DOS 4.0，后者是IBM基于DOS 3.3開發(fā)的。

在美國電話電報公司開始銷售Unix之后，微軟和IBM開始開發(fā)OS/2作為DOS的替代品。兩家公司后來在DOS、OS/2和Windows這兩個后續(xù)操作系統(tǒng)上產(chǎn)生了一系列分歧。所以他們把DOS系統(tǒng)的開發(fā)分開了。MS-DOS的最后一個零售版本是MS-DOS 6.22；；從此，MS-DOS成為了Windows 95、98和我的一部分。面向零售市場發(fā)布的PC DOS的最后一個版本是PC DOS 2000(也稱為PC DOS 7修訂版1)。IBM后來開發(fā)了PC DOS的7.10版本，但是這個版本只被原始設備制造商(OEM)和IBM使用。

后續(xù)發(fā)展

早期的微軟視窗操作系統(tǒng)是在MS-DOS基礎上運行的。20世紀90年代初，Windows的圖形用戶界面被廣泛使用。1995年，Windows 95作為獨立的操作系統(tǒng)發(fā)布，不需要單獨的DOS許可證。雖然Windows 95(以及后來的Windows 98和ME)接管了默認的操作系統(tǒng)內(nèi)核，但是為了兼容舊軟件，仍然保留了MS-DOS組件。在Windows 95和98中，MS-DOS組件可以在不啟動Windows的情況下運行，但在ME中不行。隨著Windows的普及，大部分用戶不再直接使用DOS。

小眾DOS

Digital Research試圖通過發(fā)布并發(fā)的DOS(1985)、FlexOS(1986)和DOS Plus(1986)來奪回市場份額，所有這些都與MS-DOS和CP/M-86軟件兼容。隨后，公司推出:兼容MS-DOS軟件的DOS博士(1988)；多用戶DOS(1990)，與MS-DOS和CP/M-86軟件兼容。1991年，數(shù)字研究公司被Novell公司收購，隨后DOS博士發(fā)展為PalmDOS和Novell DOS，最后演變?yōu)镃aldera(包括OpenDOS和DR-DOS 7.02/7.03)、Lineo和DeviceLogics的一部分。

發(fā)展現(xiàn)狀

FreeDOS項目始于1994年6月26日，當時微軟宣布停止銷售和支持MS-DOS。Jim Hall隨后發(fā)起了一項開發(fā)開源替代方案的倡議，得到了包括Pat Villani和Tim Norman在內(nèi)的其他程序員的響應。通過編寫和集成現(xiàn)有代碼，項目團隊創(chuàng)建了內(nèi)核、command-line命令行解釋器(shell)和核心實用程序。FreeDOS在1.0版本發(fā)布之前已經(jīng)發(fā)布了多個官方預發(fā)布版本。該系統(tǒng)基于GNU通用公共許可證(GPL)，沒有許可費或版稅。

到2023年，F(xiàn)reeDOS、ROM-DOS、PTS-DOS和RxDOS系統(tǒng)仍然可用。一些電腦制造商，如戴爾和惠普，銷售采用FreeDOS作為OEM操作系統(tǒng)的電腦。FreeDOS可以直接訪問硬件，適用于嵌入式設備。一些開發(fā)人員和計算機工程師仍在使用它。DR-DOS的最終版本也是針對這個市場的。在Linux上，你可以運行DOSEMU，一個原生的Linux虛擬機，用來以接近原生的速度運行DOS程序。此外，還有很多模擬器可以在不同版本的Unix和Microsoft Windows上運行DOS，比如DOSBox，這是專門為現(xiàn)代操作系統(tǒng)上的傳統(tǒng)游戲(如《國王的任務》和《毀滅戰(zhàn)士》)設計的。

MS-DOS和PC DOS操作系統(tǒng)通常與使用Intel x86或兼容CPU(主要是IBM PC兼容)的計算機相關聯(lián)。MS-DOS的機器專用版本不僅包括以制造商名義重新標記的微軟發(fā)行版，還包括專門為非IBM-PC兼容硬件設計的版本。只要通過DOS API而不是直接通過硬件訪問應用程序，它們就可以在IBM-PC兼容和不兼容的機器上運行。FreeDOS最初的內(nèi)核DOS-C起源于20世紀90年代初摩托羅拉68000系列CPU的DOS/NT。雖然這些系統(tǒng)在架構(gòu)上與DOS相似，但由于非x86-CPU的指令集不兼容，應用程序的二進制文件也不兼容。用高級語言編寫的應用程序很容易移植。

DOS是單用戶單任務的操作系統(tǒng)，它的基本內(nèi)核函數(shù)不能重入:一次只能有一個程序使用這些函數(shù)，而且DOS本身不支持多個程序同時執(zhí)行。DOS內(nèi)核為應用程序接口提供字符輸入輸出、文件管理、內(nèi)存管理、程序加載和終止。DOS允許你通過批處理文件(文件擴展名。bat)，而每一行都被解釋為一個要運行的程序。批處理文件也可以使用內(nèi)部命令，如GOTO和條件語句。操作系統(tǒng)提供了應用程序編程接口，允許開發(fā)基于字符的應用程序，但它不能直接訪問大多數(shù)硬件，如顯卡、打印機或鼠標。這需要程序員直接訪問硬件，這通常導致每個應用程序都有自己的設備驅(qū)動程序用于每個硬件外設。硬件制造商將發(fā)布規(guī)范，以確保流行應用程序的設備驅(qū)動程序可用。

系統(tǒng)組件

MS-DOS操作系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由五個主要部分組成:BIOS模塊，IO。SYS模塊，MSDOS。系統(tǒng)模塊、COMMAND.COM模塊和ROM中的引導程序。BIOS模塊作為計算機硬件和操作系統(tǒng)之間的橋梁，負責硬件資源的管理。IO。SYS模塊作為MS-DOS和BIOS之間的接口，幫助管理系統(tǒng)設備。MSDOS。SYS模塊負責文件管理，包括文件、目錄和內(nèi)存管理。它通過函數(shù)調(diào)用為用戶提供了與MS-DOS的程序級接口。COMMAND.COM模塊的核心職責是處理用戶通過鍵盤輸入的MS-DOS命令。引導程序(Boot program)也稱為引導記錄(boot record)，負責檢查磁盤上是否存在必要的系統(tǒng)文件，如果存在，則將DOS系統(tǒng)加載到內(nèi)存中。

啟動順序

在計算機啟動過程中，依次執(zhí)行以下步驟:

啟動時，ROM BIOS中的指令集首先接管控制，執(zhí)行POST過程，并測試基本硬件組件，包括內(nèi)存、鍵盤、視頻適配器以及串行和并行端口。

BIOS會先在A盤尋找系統(tǒng)盤，如果找不到，會繼續(xù)在C盤搜索。

當系統(tǒng)盤被定位時，BIOS將引導扇區(qū)的記錄加載到隨機存取存儲器(RAM)中，這些記錄包含用于加載I/O處理程序的指令。

I/O處理程序，即IO。SYS和MSDOS。SYS被加載到內(nèi)存中以初始化硬件并為磁盤輸入/輸出(I/O)操作做準備。

BIOS檢查配置。SYS文件來加載任何特定的硬件配置信息。

COMMAND.COM命令加載處理器，這標志著操作系統(tǒng)加載過程的完成。

系統(tǒng)檢查AUTOEXEC。BAT文件來執(zhí)行用戶定義的啟動命令。

如果AUTOEXEC。BAT文件不存在，計算機會顯示系統(tǒng)提示(C:>)并等待用戶輸入命令。

在PC DOS和drdos及以上版本中，系統(tǒng)文件被命名為IBMBIO.COM和IBMDOS.COM。從MS-DOS 7.0開始，IO。SYS和MSDOS。SYS已被合并到一個文件中，而MSDOS。SYS已成為配置文件。如果MSDOS中的BootGUI指令。SYS設置為0，當加載命令處理器時，啟動過程停止，并且不執(zhí)行WIN.COM。

內(nèi)存管理

DOS的內(nèi)存管理受到IBM PC原有體系結(jié)構(gòu)的限制。Intel 8088和8086 CPU通過20位地址線最多只能訪問1 MB內(nèi)存，而IBM和微軟使用640KiB作為程序可用的最大內(nèi)存，剩余的384KiB用于顯存、適配器只讀內(nèi)存和BIOS。雖然80286 CPU已經(jīng)把尋址能力提高到了16 MB，但是為了兼容原來的IBM PC，內(nèi)存分配仍然限制在640 KB，也就是常規(guī)內(nèi)存。到1985年，一些DOS應用程序已經(jīng)達到了內(nèi)存極限，大部分保留的內(nèi)存都沒有被使用。

上層內(nèi)存(UMA)是IBM PC體系結(jié)構(gòu)中640 KB到1 MB的內(nèi)存區(qū)域。它最初計劃用于視頻內(nèi)存和視頻BIOS內(nèi)存，但大多數(shù)UMA沒有得到充分利用。自MS-DOS 4.01以來，通過EMM386.EXE，設備驅(qū)動程序和TSR可以加載到UMA的未使用位置，釋放常規(guī)內(nèi)存供程序運行。

擴展內(nèi)存(XMS)是指超過1 MB的內(nèi)存，包括1 MB旁邊的64 KB高內(nèi)存區(qū)域(HMA)。MS-DOS 5.0引入了設備驅(qū)動HIMEM。SYS，它允許將部分操作系統(tǒng)加載到HMA中，為該程序釋放高達46 KB的常規(guī)內(nèi)存。擴展內(nèi)存(EMS)是一個獨立的內(nèi)存區(qū)域，程序只能通過某種機制從其中獲取信息。要使用擴展內(nèi)存，應在計算機上添加擴展存儲卡，并且可以在擴展存儲卡上擴展內(nèi)存容量。擴展內(nèi)存必須由“擴展內(nèi)存管理器”管理。擴展內(nèi)存(XMS)和擴展內(nèi)存(EMS)都可以訪問1 MB以上的內(nèi)存，但方式不同。

文件系統(tǒng)

DOS文件系統(tǒng)，即文件分配表(FAT)，是IBM PC及其兼容機廣泛采用的一種文件管理方案。原版本為FAT12，支持8.3文件命名規(guī)則，即文件名最多8個字符，擴展名最多3個字符。由于12位FAT條目的限制，最大文件系統(tǒng)容量為8MB。隨著DOS 3.0的發(fā)布，推出了FAT16，它使用16位FAT條目，支持高達32MB的存儲空間。Compaq MS-DOS 3.31進一步擴展了FAT16B，取消了32 MiB的驅(qū)動器限制，最高支持512 MiB。MS-DOS 7.1(Windows 9x的DOS組件)引入了FAT32，采用32位分配條目，支持137 GiB以上的硬盤。

從DOS 3.1開始，系統(tǒng)開始支持文件重定向，最初是支持網(wǎng)絡，后來擴展到支持MSCDEX的光驅(qū)。IBM PC DOS 4.0提供了初始可安裝文件系統(tǒng)(IFS)支持，但在DOS 5.0中被刪除了。DOS也支持通過配置加載的塊設備。SYS，可用于網(wǎng)絡設備的文件系統(tǒng)支持。

目錄結(jié)構(gòu)

在DOS 2.0之前，文件系統(tǒng)采用單級目錄結(jié)構(gòu)，所有文件和目錄都位于單個根目錄下。這種設計雖然簡單，但隨著硬盤容量和文件數(shù)量的增加，搜索和訪問的效率受到限制，根目錄的文件容量也受到限制。為了克服這些限制，DOS V2.0引入了樹形目錄結(jié)構(gòu)，由根目錄和多級子目錄組成，類似于倒掛的樹形結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)允許多個同名文件存在于同一個磁盤上，只要它們位于不同的目錄下，DOS就可以根據(jù)用戶指定的路徑快速檢索文件。

DOS提供了創(chuàng)建子目錄的功能。子目錄的命名遵循與主文件名相同的規(guī)則，但不得與同一級目錄中的文件名重復。子目錄可以有擴展名，但通常不使用。每個子目錄包含兩個特殊的目錄條目:“”表示子目錄本身，以及“..”指示父目錄，在創(chuàng)建子目錄時會自動創(chuàng)建父目錄。每個磁盤只有一個根目錄，用反斜杠“/”表示。例如，C/代表磁盤C的根目錄..

驅(qū)動器命名

在DOS操作系統(tǒng)中，驅(qū)動器由字母標識，軟盤驅(qū)動器通常保留字母“A”和“B”，硬盤驅(qū)動器以“C”和“D”開頭。隨著多硬盤驅(qū)動器支持的增加，字母分配策略已經(jīng)發(fā)展到將字母分配給活動主分區(qū)、擴展分區(qū)中的邏輯驅(qū)動器、非活動主分區(qū)和光盤驅(qū)動器等硬件。驅(qū)動程序的加載順序通常決定了字母的分配，但是驅(qū)動程序可以指定特定的字母。添加新硬件可能會導致現(xiàn)有驅(qū)動器號分配中斷。例如，新的硬盤驅(qū)動器可能會導致邏輯驅(qū)動器號被重新分配。在DOS環(huán)境下，可以通過定義SUBST驅(qū)動器并將其作為邏輯驅(qū)動器來解決驅(qū)動器號分配的問題。在并發(fā)DOS、多用戶DOS、系統(tǒng)管理程序和REAL/32中，當應用程序啟動時，驅(qū)動器號L:自動分配給相應的驅(qū)動器。

保留設備名

在DOS操作系統(tǒng)中，有一系列保留的設備名，由于被內(nèi)置字符設備占用，不能作為文件名使用。在某些情況下，這些限制會導致崩潰和安全漏洞。這些保留名稱包括奧克斯、PRN、COM1到COM4、LPT1到LPT3、CON和NUL。從MS-DOS 2.11開始，所有版本的MS-DOS、PC DOS和DR-DOS都保留了這些名字(NUL除外)。MS-DOS 1.25某OEM版本保留了LST，其他版本保留了LPT1和COM1。另外，HP Portable Plus的OEM版本MS-DOS 2.11保留了LST作為LPT2的別名，82164A作為COM2的別名，以及PLT。DOS 2.0引入了COM2、LPT2、LPT3和時鐘，而DOS3.3增加了COM3和COM4。DRDOS5.0及更高版本和多用戶DOS預留空閑用于動態(tài)空閑檢測。在DR DOS 7.02之后的版本中保留了LPT4。MS-DOS 7.0-8.0中保留了CONFIG(實模式PnP管理器)。AUX默認設置為COM1，PRN默認設置為LPT1(LST)，但這些默認設置在某些DOS版本中可以更改，以指向其他串行或并行設備。

文件管理

文件是指存儲在某種介質(zhì)上的一組相關信息。文件可以是各種語言的源程序或目標程序、各種系統(tǒng)軟件或一組相關數(shù)據(jù)。基本操作系統(tǒng)的核心部分通常作為文件存儲在外部存儲器中，然后在系統(tǒng)通電時加載到存儲器中。可見文件的范圍是極其廣泛的。檔案管理是對各類檔案的有序管理。從用戶的角度來看，操作系統(tǒng)提供的文件管理功能實現(xiàn)了“按名稱訪問”。只要知道文件名，就可以訪問文件中的信息，但不必知道文件在哪里。

設備管理

設備管理是利用DOS-BIOS模塊提供的設備驅(qū)動程序和DOS內(nèi)核提供的系統(tǒng)函數(shù)，可以方便地實現(xiàn)對字符設備(如鍵盤、顯示器、打印機、串口等)的有效管理。)、存儲設備(如磁盤)和日期時間驅(qū)動程序(如設置或讀取系統(tǒng)日期和時間)。設備管理功能包括設備的分配、輸入和輸出操作的執(zhí)行以及緩沖區(qū)管理。

存儲管理

所謂存儲管理，就是利用DOS-Kernel模塊提供的動態(tài)存儲管理功能，管理內(nèi)存分配策略、內(nèi)存塊請求、內(nèi)存塊釋放、內(nèi)存塊修改等操作，為系統(tǒng)程序和應用有效利用當前可能提供的內(nèi)存提供了便利。操作系統(tǒng)的存儲管理是指對主存(內(nèi)存)的管理。

駐留 （TSR） 功能

雖然DOS不是多任務操作系統(tǒng)，但它提供了終止和駐留(TSR)功能，允許程序駐留在內(nèi)存中。這些程序可以鏈接到系統(tǒng)定時器或鍵盤中斷，從而允許自己在后臺運行任務或隨時調(diào)用任務，搶占當前正在運行的程序，在特定程序的基礎上有效實現(xiàn)簡單的多任務處理形式。DOS打印命令執(zhí)行此操作，以實現(xiàn)后臺打印。彈出個人信息管理系統(tǒng)(PIM) Borland Sidekick也使用這種技術。