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1.2 操作系统发展历程

news 2025/9/1 7:29:53

1.2 操作系统发展历程

1. 批处理系统

单道批处理系统
- 原理：为实现对作业的连续处理，需要先将一批作业以脱机方式输入磁带并在系统中配上监督程序，在其控制下，使这批作业能一个接一个地连续吹了。虽然系统对作业的处理是成批进行的，但是内存中始终保持一道作业
- 特征
  - 自动性：磁带上的一批作业能自动地逐个运行，而无须人工干预
  - 顺序性：磁道上的各道作业顺序地进入内存，先调入内存的作业先完成
  - 单道性：内存中仅有一道程序运行，即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存运行，当该程序完成或发生异常情况时，才换入其后继程序进入内存运行。
- 优点
  - 缓解了一定程序的人机速度矛盾，资源利用率有所提升。
- 缺点
  - 内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。
  - CPU有大量的事件是再空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低
- 面临的问题
  - 每次主机内存中仅存放一道作业，每当它在运行期间（注意这里是运行时，而不是完成后）发出输入/输出请求，高速的CPU便处于等待低速的I/O完成的状态。
多道批处理系统
- 原理：用户提交的作业都先存放在外存上并拍成以恶搞队列，作业调度程序按一定的算法从后被队列中选择若干作业调入内存，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行【并非顺序】，共享系统中的各种硬/软件资源。当某道程序因请求I/O操作而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序，这是通过中断机制实现的。它让系统的各个组成部分都尽量的“忙”，切换任务所花费的时间很少，因而可实现系统各部件之间的并行工作，使其在单位时间内的效率翻倍。
- 特点
  - 多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序
  - 宏观上并行：通过是进入系统的多道程序都处于运行过程中，但都未运行完毕
  - 微观上串行：内存中的多道程序轮流占有CPU，交替执行
- 优点
  - 资源利用率高【包括CPU、I/O等软硬件资源】
  - 系统吞吐量大
- 缺点
  - 用户响应时间长
  - 用户既不能了解自己的程序的运行情况，又不能控制计算机
  - 不提供人机交互能力
- 多道技术的实现需要解决的问题
  - 如何分配处理器
  - 多道程序的内存分配问题
  - I/O设备如何分配
  - 如何组织和存放大量的程序和数据，以方便用户使用并保证其安全性与一致性
注：批处理系统中都不存在交互能力，但多任务操作系统可视为具有交互性的多道批处理系统

2. 分时操作系统

原理：计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可以通过终端与计算机进行交互。
特征
- 同时性：同时性也称多路性，指允许多个终端用户同时使用一台计算机
- 交互性：用户通过终端采用人机对话的方式直接控制程序运行，与同程序进行交互
- 独立性：系统中多个用户可以彼此独立地进行操作，互不干扰。
- 及时性：用户请求能在很短时间内获得响应
优点
- 主要体现在交互性和独立性
缺点
- 不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性

3. 实时操作系统

目的：计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。
分类
- 硬实时系统：必须在绝对严格的规定时间内完成处理，例如：飞机的飞行自动控制系统
- 软实时系统：能接收偶尔违反时间规定，例如：飞机订票系统、银行管理系统。
特点：
- 及时性：强调对紧急任务的及时响应
- 可靠性
优点：
- 能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队
注：实时操作系统也可以人机交互，只不过它的诞生主要目的不是为了交互

4. 网络操作系统【非重点考察】

核心思想：在一台计算机上运行一个操作系统，通过网络把多台机器连接起来。
特征：用户知道自己在访问远程资源（如远程登录、远程文件共享）。
资源管理方式：各台机器资源相对独立，本地操作系统自己管理，网络只是提供访问通道。
举例：早期的 Windows NT、Unix + NFS 文件共享等。

5. 分布式计算机系统

原理：把多台计算机组合成一个统一的整体，对用户呈现为一台“虚拟的大型计算机
特点
- 分布性：资源分散在不同地方（空间上）
- 并行性：任务同时进行（时间上）
注：分布式操作系统与网络操作系统的本质不同
- 网络操作系统：多台计算机 通过网络互联，各自独立，只是能通信。
- 分布式操作系统：多台计算机 被统一调度，看起来像一台机器。