CCCF專欄 | 作業系統的興衰

谷歌公司暫時中斷對華為手機提供安卓作業系統的服務，這將導致華為無法使用安卓手機作業系統。

隨後傳來華為將使用之前已經開發的鴻蒙作業系統來取代安卓作為反制對策。

這一措施能否起到預期的效果？本文將通過計算機作業系統的發展歷史來分析它的有效性。

關鍵詞：作業系統 作業系統發展史 鴻蒙

2019年5月美國政府對華為公司進行制裁，使得谷歌公司暫時中斷對華為手機提供安卓作業系統的服務，這將導致華為無法使用安卓手機作業系統。

隨後傳來華為將使用之前已經開發的鴻蒙作業系統來取代安卓作為反制對策。

這一措施能否起到預期的效果？本文將通過計算機作業系統的發展歷史來分析它的有效性。

計算機作業系統是介於計算機硬體和應用軟體之間的系統平台。

它通過透明化硬體解放了廣大應用程式的開發人員，避免了很多不必要的重複開發。

在整個計算機歷史發展過程中曾經出現的各種大大小小的作業系統數以千計，但大眾耳熟能詳的卻屈指可數。

這是因為雖然每一次計算機產業的更新換代都為新系統的出現提供了機遇，但用戶使用計算機的習慣，尤其是趨向使用同一作業系統的本能，導致了每一個發展階段只有一兩個作業系統能夠被廣泛使用和認知。

IBM的OS/360

在計算機誕生之初的十幾年時間裡，業界對作業系統的必要性沒有達成共識。

大多數計算機公司和企業用戶把計算機視為做固定的計算工作的專用機器，比如會計和生產管理。

給計算機添加一個作業系統只會耗費更多的存儲和計算資源，並不能提高效率。

後來隨著計算機用途的增多，人們逐漸意識到為每一台新的計算機重新編寫相同功能的應用軟體是一件低效的工作。

添加作業系統可以讓用戶更加方便地用高級程式語言編寫程序和管理計算機，應用程式也可以移植到升級後的硬體上，大大方便了應用程式的開發、使用和維護。

前瞻到這一趨勢，IBM決定為其第一款多功能大型機S/360開發配備後來軟體工程領域頗具傳奇色彩的OS/360作業系統。

OS/360作業系統的設計和研發是當時計算機軟體領域的一個重要突破。

它的設計需要兼顧許多未曾嘗試的領域，比如為充分利用中央處理器而實現多程序同時運行，兼顧系列中不同配置的機型，以及各種機型和其程序所需的不同文件的讀寫要求，這使得它的設計複雜性呈指數增長，導致該作業系統直到S/360大型機問世兩年後才得以完成。

這裡面還有一段值得提及的小插曲：IBM為了加快進度，一度添加了很多人手到該項目中，但隨著開發人員的不斷增多，整個工程的進度反而減緩。

軟體開發與傳統的工程開發有所區別，將軟體分割成不同模塊同時開發，需不斷協調和整合。

當模塊分割過細時，協調不同模塊的進度將變得過於複雜，以至於徹底抵消分工所帶來的效率。

負責OS/360開發的項目經理是1956年從哈佛大學博士畢業的布魯克斯。

他根據上述觀察寫出了軟體工程領域的經典論文《沒有銀彈：軟體工程中的根本與次要工作》和家喻戶曉的《人月神話》一書。

S/360大型機和OS/360作業系統的成功使得IBM牢牢把握住了20世紀70年代美國計算機市場。

因為作業系統的軟體兼容性，購買了S/360計算機的公司會更加頻繁地進行系統升級，為IBM帶來的利潤甚至超過了計算機本身的銷售。

IBM OS/360的後續版本一直延續到IBM最新一代大型機zSeries上的z/OS作業系統，而且都實現了對早期版本的兼容。

70年代隨著集成電路技術的發展，計算機開始向小型和微型化發展，這個時期的代表性公司DEC的PDP系列小型機，尤其是PDP-7催生了新一代作業系統UNIX。

UNIX與開源運動

如果說OS/360是一個精雕細琢的系統工程結晶，UNIX則是一個無心插柳的赤子之作。

它出現的背景是麻省理工學院、通用電氣公司和貝爾實驗室三方合作但是以失敗告終的大型機作業系統Multics。

儘管嘗試失敗，Multics很多新穎的設計啟發了當時參與研發的貝爾實驗室的湯普森、里奇和柯尼根。

湯普森利用閒暇時間在實驗室的通用電氣大型機上編寫了一個小遊戲「太空旅行」。

但是每次運行這個程序需要花費75美元的機時，而有一台大家不太用到的小型機PDP-7不但有非常好的顯示器，而且機時可以不計。

於是他們決定把遊戲移植到這台小型機上。

在移植過程中，因為遊戲的需要，他們需要設計一套基於PDP-7的文件處理系統。

很快他們發現其實可以在此基礎上為PDP-7編寫一個分時作業系統，於是花了幾個星期的時間討論了作業系統內核、用戶介面、文件編輯器、編譯器等主要組成部分，並且用彙編語言將其一一實現。

由於PDP-7將很快被淘汰，大家決定將這一作業系統移植到即將推出的PDP-11上。

貝爾實驗室和它的母公司美國電話電報公司的很多部門都在使用PDP計算機，有了作業系統可以使未來的軟體更新更加方便，而且這一新的作業系統還有一定的商業潛力。

於是這一立項要求得到了貝爾實驗室管理層的認可。

柯尼根給作業系統起了與「Multics」諧音的「UNIX」的名字。

里奇發明了C語言，將UNIX作業系統重新編寫了一遍，使其可以更方便地移植到其他計算機上。

UNIX系統與同時代的其他作業系統相比有很多重要的創新，比如採用了模塊化設計和進程之間的管道連接，它的設計遵循了認知工程原則，即使用方式與使用者的直覺密切相關。

UNIX後來逐漸演變出BSD和SYSTEM V兩個版本。

BSD版本起源於湯普森在母校加州大學伯克利分校開設UNIX作業系統課程時帶來的版本。

該版本從伯克利傳播到其他大學，後來獲得了美國國防部高級研究計劃署的資助，被開發成適合網際網路前身阿帕網聯網計算機使用的BSD版。

伴隨著阿帕網和PDP計算機的普及，BSD版成為美國大學裡最流行的計算機作業系統。

SYSTEM V版來自貝爾實驗室的母公司——因壟斷被解體後的美國電報電話公司所推出的商業版，該版本被授權給昇陽、惠普、IBM、康帕等多家計算機公司使用。

伯克利BSD版本在開源運動的影響下衍生出了FreeBSD、NetBSD等多種開源版本，它最有影響力的衍生版本是2001年蘋果公司的Mac個人電腦所使用的macOS。

湯普森和里奇因為UNIX作業系統獲得了ACM圖靈獎。

湯普森從貝爾實驗室退休後被谷歌聘用，合作開發了GO程式語言。

里奇在2011年去世，令人遺憾的是儘管他對計算機領域貢獻巨大，卻因為去世時間是在賈伯斯去世一星期之後，而沒能得到媒體的關注。

UNIX對後世計算機領域有長遠的影響。

其中最重要的影響是軟體開源運動和Linux作業系統。

微軟視窗

OS/360和UNIX從誕生之日起就是完備的計算機作業系統，而當時幾乎占據100%個人電腦市場份額的微軟視窗一開始並不是一個真正意義上的作業系統。

它的誕生可謂先天不足，以至於後天一直被各種「後遺症」所困擾。

微軟公司創立之初是為個人電腦做BASIC編譯器和辦公應用程式，尤其是早期和蘋果公司合作為蘋果電腦開發的辦公系統，為微軟的發展奠定了重要的基礎。

微軟進入作業系統市場的起因是IBM PC。

1980年IBM進軍個人電腦市場，由於大型機仍然是IBM的主要產品，所以IBM並不想投入過多資源到個人電腦的研發上，於是採用了公開架構方式，只保留了主板上的BIOS晶片控制權，對於其他軟硬體則是通過與其他公司合作的方式進行開發和生產。

微軟公司被IBM挑中為其個人電腦提供BASIC、FORTRAN、COBOL和PASCAL程式語言的編譯器。

BASIC不需要作業系統，後面三種語言都需要作業系統的支持。

於是微軟為IBM推薦了當時擁有最流行的CP/M個人電腦作業系統的數字研究公司(DRI)，但是CP/M是8位元，而且數字研究公司不能保證在短時間內開發出16位元的作業系統。

於是IBM當時的管理者山姆斯把球踢給了微軟公司創始人比爾·蓋茨。

面對如果沒有合適的作業系統就無法按計劃開發出其他程式語言的風險，蓋茨他們開始尋找當時已經存在的16位元作業系統，結果找到了一個名為西雅圖計算機的小公司及其開發的一款名為86-QDOS(Quick and Dirty Operating System)的16位元作業系統。

這個作業系統是該公司的程式設計師帕特森按照CP/M說明書的功能特點倉促開發的。

帕特森恰好和微軟的聯合創始人艾倫相識，於是微軟以2.5萬美元的價格獲得了這一作業系統的授權，微軟也因此獲得了IBM的合同。

因為先天不足，86-QDOS功能極其有限，其中最突出的就是640K的內存限制，後來微軟升級視窗系統時為了向後兼容不得不繼續受其影響。

IBM個人電腦問世後迅速占領了市場。

隨後IBM PC的克隆機也紛紛出現。

這些克隆機雖然把IBM擠出了個人電腦市場，但繼續擴大了微軟作業系統的市場份額。

IBM PC問世之時，微軟就在悄悄研發圖形介面的作業系統，並且在1985年推出了第一款視窗(Windows)。

但是微軟視窗在問世之初僅僅是一個建立在DOS作業系統之上的圖形介面，繼承了DOS系統的所有缺點。

後來微軟從頭開發了伺服器端的作業系統視窗NT，並以此為基礎將後來視窗的所有版本進行了升級才逐漸擺脫了DOS的缺陷。

由於服務於個人電腦市場，微軟視窗成為第一個為大眾所熟悉的計算機作業系統，並獨霸90年代個人電腦作業系統整個市場。

但是它作為一個商業閉源軟體有著天然的系統設計缺陷，除了早期的DOS所存在的各種問題外，後來為了系統遠程升級維護而設立的超級用戶，為黑客攻擊留下了無法克服的系統隱患和令用戶頭疼的無法刪除的系統垃圾文件。

這些問題和隱患為90年代開源作業系統Linux的崛起提供了機會。

開源運動與Linux

80年代，自由軟體在個人電腦的普及下蓬勃發展。

1983年麻省理工學院人工智慧實驗室的斯托曼通過網絡郵件群組，聯合散布於世界各地的程式設計師發起了自由軟體運動，目標是通過志願者共同努力開發出從作業系統、編譯器，到基本應用程式一整套開源軟體生態系統，也就是影響後世的GNU Project。

作業系統是整個計劃的核心部分。

斯托曼希望志願者們能夠合作開發出一個完整的開放原始碼作業系統，使所有人都可以自由地修改其原始碼，與他人分享，並且發布自己的修改版本而不受限制。

這一理念充分體現在他的GNU宣言裡。

斯托曼代表的開源軟體運動對計算機產業的影響除了軟體本身之外，還逐漸形成了一系列對原始碼控制程度不同的協議以及對應的許可證制度，這是對整個智慧財產權領域的重要貢獻。

比如針對GNU項目，為了進一步防止開源軟體在未來被主張所有權，所有GNU涉及的軟體都被放到GNU通用許可證GPL(General Public License)的保護之下。

此方式成為最早的開源軟體智慧財產權管理方式之一。

它授權給任何人以任何目的（包括惡意）免費使用軟體原始碼，但是要求任何使用GNU授權下的開源軟體代碼開發出來的軟體必須沿用同一授權許可證。

除了GPL開源協議，還有在這之前和之後出現的眾多開源軟體協議。

如果從對原始碼的控制程度來劃分，這些協議大致可以分成三類，它們的代表分別是MIT許可證協議、Apache許可證協議和GPL許可證協議。

MIT協議是最為寬鬆的一類。

它允許任何人以任何方式使用原始碼，包括用於商業目的，而且衍生出來的軟體可以閉源。

與其類似的協議還有伯克利UNIX版本使用的BSD 3。

Apache協議相對寬鬆，因為它仍然不強制衍生軟體使用相同的許可證發布。

但是衍生軟體必須對所有未修改的部分使用相同的許可證。

而且在每個許可文件中，必須保留再分發代碼中的所有原始著作權和更改說明。

而GPL協議則相對嚴格一點，它要求所有衍生軟體產品必須沿用同一許可證。

也就是說如果使用GPL協議的開源軟體來開發新的軟體產品，那麼新的軟體產品必須也是開源的，而且需要使用GPL協議來管理。

從創立歷史來看，1988年推出的代表早期黑客精神的MIT協議出現得最早，其目的是讓更多的人使用開源軟體；隨後是1989年斯托曼倡導的開源運動推出的GPL協議，其目的是在一個開源平台上產生更多的開源軟體；2000年才出現的Apache協議則更像前兩種協議的折中版本，是為了滿足中間用戶的需求。

這些寬容程度不同的許可證協議為軟體開源運動提供了多樣的管理方式，不但有利於更多開源軟體的出現，也為不同用戶提供了不同的選擇。

1984年斯托曼等人不斷用C和LISP語言開發GNU軟體。

截止到1989年，GNU計劃中包括編輯器Emacs、編譯器、Shell在內的大部分應用軟體都已經開發完成。

由於和UNIX的兼容性，這些軟體被廣泛使用，但是唯獨作業系統還沒有被開發出來。

1990年在開源軟體基金會推動下，GNU重啟開發作業系統的計劃並將其命名為Hurd，但是開發進程依舊緩慢。

事實上Hurd很快就不再被需要，因為一年後芬蘭的一個學生在開源軟體運動的影響下協調眾多網絡志願者成功開發出了一套開源作業系統。

該系統加入了GNU生態圈成為其作業系統的核心，這就是Linux。

Linux的出現和UNIX息息相關。

1987年荷蘭計算機教授、作業系統專家譚寧邦(Andrew Tanenbaum)為了給學生講解作業系統原理，自己編寫了一款模擬UNIX的16位字元MINIX作業系統，並且將其作為開源軟體發布。

MINIX影響了很多學生。

但是由於當時已經出現了32位字元的386微處理器，所以大家希望能有一款32位元的開源作業系統。

1991年芬蘭赫爾辛基大學學生托沃茲在MINIX作業系統上用GNU的C語言編譯器開發出了UNIX的終端模擬器，用來連接學校里的UNIX伺服器。

但是不久他意識到自己已經在編寫作業系統內核的一部分，索性開始正式編寫32位元的作業系統。

基本編寫完成後，托沃茲在USENET上關於MINIX的群組討論中發布了自己的新程序。

他的朋友把內核原始碼上傳到赫爾辛基大學的FTP伺服器上並將其命名為Linux。

Linux立刻吸引了眾多開源軟體志願者。

擅長編程的志願者開始為Linux添加不同的模塊和新功能，計算機新手或者是用戶則負責系統的測試工作。

隨著新功能和模塊的不斷增加，Linux的更新速度也越來越快，有時達到每天一個新版本。

為了讓Linux有一個相對集中的發展方向，托沃茲設立了Linux管理小組，對志願者提供的新功能模塊進行篩選，把符合發展方向的模塊融入到Linux的下一個正式版本中。

不久Linux內核通過幾百名志願者的共同開發成功地發展成為功能豐富的作業系統，其可靠性也因為數千名志願用戶的不斷使用和反饋而遠遠高於同時期的微軟視窗。

開源軟體運動也因為Linux的成功而被主流媒體關注。

雷蒙在他總結開源運動的《大教堂與市集》一書中對此有詳細的描述。

Linux作為開源軟體的作業系統核心給軟體行業帶來的另一個重要創新是，把所有在它之上運行的各種開源應用程式，集中到幾個伺服器平台上供用戶自動下載使用。

這樣做的好處是可以對平台上的應用程式的安全性做出保證，防止用戶從第三方網站下載被惡意軟體植入的程序。

蘋果公司學習這一軟體組織方式形成了蘋果的App Store。

Linux在PC機市場的占有率在90年代一直不及微軟視窗。

但是90年代末因為開源優勢，Linux被用來作為搭建雲計算平台的單機作業系統。

隨著谷歌、亞馬遜等雲計算平台的崛起，Linux越來越流行。

2000年以後計算機產業進入到移動計算時代，為新的作業系統占據主導提供了機會。

有意思的是這次世代變遷所產生的兩大移動作業系統都可以溯源到開源版本的UNIX：蘋果的iOS系統移植於macOS，而安卓系統使用的則是Linux內核。

蘋果與安卓

移動計算是繼個人電腦之後計算機發展的新階段。

關於這一時期的起點比較一致的看法是蘋果手機的問世。

在蘋果手機問世之前，計算機和手機是兩道平行的發展軌跡。

前者在微軟和英特爾的主導下沿著摩爾定律向更高更強的運算速度發展，後者則被愛立信、諾基亞和黑莓等公司所共享，主要定位在設計和生產經久耐用、低能耗的功能機。

當蘋果公司決定進入這個市場時，面臨著兩個選擇：是將蘋果計算機移植到手機上，還是將手機功能添加到當時頗為流行的隨身聽iPod里，並保留當時功能機的特點。

賈伯斯選擇了前者，儘管此舉備受爭議，尤其是不被當時手機市場的大公司所看好，但是蘋果手機問世後，功能機很快成為歷史。

而iOS作業系統則順理成章地成為移動計算的主要作業系統。

安卓系統能夠在蘋果iOS取得先機的情況下後來居上並占據大半移動計算作業系統市場，則要歸功於谷歌公司。

安卓問世之前的主流手機作業系統是微軟CE、愛立信和諾基亞等所使用的塞班(Symbian)。

但這兩者都不是開源系統，所以電信公司無法根據自己的需要將其個性化。

對中小手機製造商而言，如果不選擇微軟或者塞班授權，就不得不使用Linux，但每個公司都開發了自己版本的Linux，導致應用程式相互之間無法兼容，只有通過複雜的整合才能讓這些具有不同Linux版本的手機服務與微軟和塞班進行競爭。

所以電信公司和中小手機製造商都希望能有一個開源手機作業系統平台。

在這個平台上電信公司可以根據自己的需要來添加服務內容，手機製造商可以免費用統一平台來開發產品。

安卓的創始人魯賓和他的投資人米納爾發現了這一需求後，以Linux內核為基礎編寫了安卓開源作業系統平台。

2005年安卓系統問世不久就被谷歌收購。

魯賓也加入谷歌，成為移動系統開發的負責人。

谷歌雖然從2005年收購安卓時就開始籌劃基於安卓系統的谷歌手機，但一直沒有推出像蘋果手機那樣的成熟產品。

2007年蘋果手機問世後，谷歌失去了先機。

但是隨後谷歌聯合30多家電信公司、手機製造商、軟體公司、半導體公司以及移動電子商務公司，發起了安卓開源軟體聯盟(Open Handset Alliance)與蘋果爭奪市場。

這一聯盟主要由美國、日本、韓國和中國的公司組成，其中包括中國移動、德國電信、英特爾、摩托羅拉、台灣的宏達電子、高通以及韓國三星¹。

隨後谷歌又通過收購加拿大電信設備公司北電和摩托羅拉移動進一步鞏固移動平台的基礎，最終形成了以安卓作業系統為核心的從軟體到硬體的整套移動平台。

在平台競爭中，這兩大平台都能夠在較短的時間內迅速吸引大量程式設計師和公司為其平台開發各種應用程式。

安卓雖然起步較晚，在2009年初只有2300個應用程式，但憑藉開放平台的優勢，在5~6年時間裡應用程式的數量就與蘋果比肩。

從下載數量上看，2016年谷歌安卓的下載量達到820億，蘋果商店為1300億。

如果考慮安卓系統在不同國家和地區存在的不同版本的下載數量，兩者可能基本持平。

在蘋果和安卓二分天下的環境中，是否會出現第三種具有一定市場份額的移動作業系統呢？

從作業系統的演變歷史來看，沒有計算機技術的世代更替作為背景，這是不可能的。

但是從市場細分來看，卻有一定的可能性。

安卓和蘋果主要是在中高端智能機市場競爭，而價格低廉、功能簡單、續航能力強的低端智慧型手機其實在發展中國家有更廣闊的市場。

這些國家的用戶大多沒有能力購買動輒200美元以上的智慧型手機。

但是隨著電信的普及，這些國家的普通用戶有著對移動通訊和基本應用的巨大潛在市場需求。

針對這些需求，TCL的一個產品經理庫德維爾在2016年說服了公司管理層收編了失敗的火狐作業系統研發團隊，成立了一家獨立公司，在優化火狐作業系統基礎上開發出了省電且內存占用小的KaiOS開源移動作業系統。

2017年該作業系統進入低端功能機市場後迅速發展，目前已超過蘋果iOS，占據15%的印度手機作業系統市場。

那麼華為的鴻蒙是否可以學習KaiOS？5G是否可以認為是移動計算的下一個世代更替技術，為華為提供契機呢？

鴻蒙的未來

華為近日宣布將用自主研發的鴻蒙作業系統來替代被谷歌限制使用的安卓系統。

這一反制手段主要是針對華為海外手機市場。

安卓系統的內核是完全開源的，即便是谷歌也無法限制華為的使用權。

谷歌所限制的主要是華為手機所使用的谷歌安卓移動平台(Google Mobile Services)，它包括各種穀歌應用程式、服務以及調用系統功能的API。

國內華為手機用戶的系統更新和應用程式下載連結的並不是谷歌平台，不受這一限制的影響。

受影響的是從谷歌平台接受更新和下載的海外華為手機用戶。

顯然解決這一困局的方式可以是更換作業系統，讓所有用戶都直接使用華為自己的作業系統平台來實現更新和下載，這也是華為推出鴻蒙的原因。

但是一個新的作業系統能夠興起的必要前提是計算機技術的世代更替。

當技術更新所帶來的更替進入尾聲後，贏者通吃的特點將使新作業系統很難取代已經獲得市場主導地位的作業系統。

因為後者已經形成了合作夥伴、用戶群和建立在作業系統之上的應用軟體生態系統。

如果在技術更新換代之際兩種強勢的作業系統同時出現而且各自建立了自己的生態系統，那麼將形成類似蘋果和安卓這樣的雙寡頭壟斷局面。

這種局面雖然為用戶提供了兩種平台的選擇，卻為應用程式的開發增加了雙倍的負擔，從長期來看這是一種脆弱的平衡。

這時如果有第三種作業系統平台試圖來三分天下時，從它為市場帶來的潛在額外開發成本來看，幾乎是不可完成的任務。

微軟投入數十年之功，甚至為此收購諾基亞的手機分部，但最終不得不放棄CE移動作業系統，就是最好的佐證。

華為鴻蒙如果定位在目前華為手機所在的中高端智能機市場，相當於重複微軟等公司前面的努力，所以也將面臨同樣的用戶市場培養和應用程式開發問題。

選擇給華為提供應用程式的開發商將面臨著開發和維護蘋果、安卓和鴻蒙三種版本的壓力，二八定律告訴我們至少80%的應用程式中小開發商無法承受這樣的負擔。

如何幫助或者激勵這些開發商為華為平台提供應用，將成為鴻蒙能否續存的關鍵，而激勵開發商的最主要因素是鴻蒙的用戶市場。

另一方面，華為海外用戶只有在培養出應用程式的良好生態系統的前提下才有可能選擇使用鴻蒙。

這兩者如何相輔相成、同步推進，是一個永遠的難題。

那麼我們能否將5G看作是一個世代更替的機會呢？答案是不確定的。

從目前來看，5G仍然屬於移動計算，不能看作是質的世代更替，因為它所依附的整個體系並沒有發生變化，它仍然需要應用程式的支撐和將手機作為最基本的平台。

但是如果華為能夠將各種新的計算技術和需求相融合開發一款充分利用5G和物聯網時代的新安卓，橫跨手機、個人電腦、平板電腦、汽車和智能家居等平台（類似於谷歌的Fuchsia），並以此搭建生態系統，那麼鴻蒙作為這一新平台的作業系統將有更大的勝機，因為它將創造一個新的市場，而不是與現有的作業系統爭搶一個已經存在的市場。

作者介紹

萬贇

CCCF特邀專欄作家。

美國休斯敦大學維多利亞校區教授。

主要研究方向為電子商務和網際網路應用。

著有《電商進化史》一書（機械工業出版社2015年出版）。

[email protected]

腳註：

¹ 只有諾基亞和AT&T兩大電信公司沒有加入，前者作為最大的手機生產商有自己的塞班作業系統，後者則是蘋果手機的獨家電信公司夥伴。

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