DOS(磁盤操作系統)是一種基本的系統軟件。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構的理解和對機器命令的記憶。DOS系統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的發展始于1980年，當時IBM在開發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發布了個人電腦和DOS 1.0。隨著時間的推移，DOS已經經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一席之地。雖然OS/2、Windows等操作系統出現的較晚，但FreeDOS等開源替代品仍在特定領域發揮作用。

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之間幫助管理系統設備的接口)，MSDOS。SYS(負責文件管理，包括文件、目錄和內存管理)、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文件和將DOS系統加載到內存中)。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(DOS)，這也是DOS名稱的由來。

DOS家族包括MS-DOS，PC-DOS，DR-DOS，FreeDOS，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。雖然這些系統通常簡稱為“DOS”，但沒有一個系統被簡單地命名為“DOS”(只有一個不相關的IBM大型機操作系統以此命名)。此外，幾個與DOS無關的磁盤操作系統的名字中也有“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還決定開發自己的“個人電腦”。然而，開發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，英特爾也組建了“特殊客戶部”，為PC供應高質量的芯片——英特爾的8088芯片。

開發過程

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。IBM董事長約翰·歐寶與瑪麗·麥克斯韋爾·蓋茨交談，她也是美國聯合籌款協會全國委員會的執行委員會成員，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CP/M操作系統的DR數字研究公司。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品公司。該公司的程序員Tim Paterson開發了一種CP/M-80的變體作為內部產品，以測試SCP與16位Intel 8086CPU的兼容性。該系統最初被命名為QDOS(快速和骯臟的操作系統)，后來以86-DOS的名義投入商業使用。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(MS-DOS)。一年之內，微軟向70多家公司授權了MS-DOS。這些公司使用MS-DOS作為他們的硬件操作系統，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，并威脅要采取法律行動。IBM的回應是提出一項協議: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。

軟件發展

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的設計允許設備驅動程序代碼(IO。SYS)與DOS內核(MSDOS。SYS)。微軟為此提供了OEM Adaptation Toolkit (OAK)，它允許OEM根據他們的系統需求定制設備驅動程序代碼。隨著大多數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

20世紀80年代中期，微軟開發了DOS的多任務版本，在歐洲通常被稱為“MS-DOS4”，這是專門為ICL開發的，并授權給幾家歐洲公司。該版本支持搶占式多任務、共享內存、設備輔助服務和新的可執行文件(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內核的基礎。這個版本的DOS不同于廣泛發布的PC DOS 4.0，后者是IBM基于DOS 3.3開發的。

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這兩個后續操作系統上產生了一系列分歧。所以他們把DOS系統的開發分開了。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。

后續發展

早期的微軟視窗操作系統是在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發布，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內核，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試圖通過發布并發的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，數字研究公司被Novell公司收購，隨后DOS博士發展為PalmDOS和Novell DOS，最后演變為Caldera(包括OpenDOS和DR-DOS 7.02/7.03)、Lineo和DeviceLogics的一部分。

發展現狀

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隨后發起了一項開發開源替代方案的倡議，得到了包括Pat Villani和Tim Norman在內的其他程序員的響應。通過編寫和集成現有代碼，項目團隊創建了內核、command-line命令行解釋器(shell)和核心實用程序。FreeDOS在1.0版本發布之前已經發布了多個官方預發布版本。該系統基于GNU通用公共許可證(GPL)，沒有許可費或版稅。

到2023年，FreeDOS、ROM-DOS、PTS-DOS和RxDOS系統仍然可用。一些電腦制造商，如戴爾和惠普，銷售采用FreeDOS作為OEM操作系統的電腦。FreeDOS可以直接訪問硬件，適用于嵌入式設備。一些開發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，這是專門為現代操作系統上的傳統游戲(如《國王的任務》和《毀滅戰士》)設計的。

MS-DOS和PC DOS操作系統通常與使用Intel x86或兼容CPU(主要是IBM PC兼容)的計算機相關聯。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。雖然這些系統在架構上與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，它的基本內核函數不能重入:一次只能有一個程序使用這些函數，而且DOS本身不支持多個程序同時執行。DOS內核為應用程序接口提供字符輸入輸出、文件管理、內存管理、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部命令，如GOTO和條件語句。操作系統提供了應用程序編程接口，允許開發基于字符的應用程序，但它不能直接訪問大多數硬件，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動程序用于每個硬件外設。硬件制造商將發布規范，以確保流行應用程序的設備驅動程序可用。

系統組件

MS-DOS操作系統采用模塊化結構，由五個主要部分組成:BIOS模塊，IO。SYS模塊，MSDOS。系統模塊、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，幫助管理系統設備。MSDOS。SYS模塊負責文件管理，包括文件、目錄和內存管理。它通過函數調用為用戶提供了與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文件，如果存在，則將DOS系統加載到內存中。

啟動順序

在計算機啟動過程中，依次執行以下步驟:

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

BIOS會先在A盤尋找系統盤，如果找不到，會繼續在C盤搜索。

當系統盤被定位時，BIOS將引導扇區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，這標志著操作系統加載過程的完成。

系統檢查AUTOEXEC。BAT文件來執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，并且不執行WIN.COM。

內存管理

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

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

擴展內存(XMS)是指超過1 MB的內存，包括1 MB旁邊的64 KB高內存區域(HMA)。MS-DOS 5.0引入了設備驅動HIMEM。SYS，它允許將部分操作系統加載到HMA中，為該程序釋放高達46 KB的常規內存。擴展內存(EMS)是一個獨立的內存區域，程序只能通過某種機制從其中獲取信息。要使用擴展內存，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存容量。擴展內存必須由“擴展內存管理器”管理。擴展內存(XMS)和擴展內存(EMS)都可以訪問1 MB以上的內存，但方式不同。

文件系統

DOS文件系統，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，最大文件系統容量為8MB。隨著DOS 3.0的發布，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，系統開始支持文件重定向，最初是支持網絡，后來擴展到支持MSCDEX的光驅。IBM PC DOS 4.0提供了初始可安裝文件系統(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，可用于網絡設備的文件系統支持。

目錄結構

在DOS 2.0之前，文件系統采用單級目錄結構，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引入了樹形目錄結構，由根目錄和多級子目錄組成，類似于倒掛的樹形結構。這種結構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就可以根據用戶指定的路徑快速檢索文件。

DOS提供了創建子目錄的功能。子目錄的命名遵循與主文件名相同的規則，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，在創建子目錄時會自動創建父目錄。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..

驅動器命名

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

保留設備名

在DOS操作系統中，有一系列保留的設備名，由于被內置字符設備占用，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、各種系統軟件或一組相關數據。基本操作系統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，操作系統提供的文件管理功能實現了“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模塊提供的設備驅動程序和DOS內核提供的系統函數，可以方便地實現對字符設備(如鍵盤、顯示器、打印機、串口等)的有效管理。)、存儲設備(如磁盤)和日期時間驅動程序(如設置或讀取系統日期和時間)。設備管理功能包括設備的分配、輸入和輸出操作的執行以及緩沖區管理。

存儲管理

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

駐留 （TSR） 功能

雖然DOS不是多任務操作系統，但它提供了終止和駐留(TSR)功能，允許程序駐留在內存中。這些程序可以鏈接到系統定時器或鍵盤中斷，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簡單的多任務處理形式。DOS打印命令執行此操作，以實現后臺打印。彈出個人信息管理系統(PIM) Borland Sidekick也使用這種技術。