操作系统的发展和分类
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前言

在本篇中,你将掌握

  • 操作系统的四大发展阶段,及其优缺点
  • 操作系统的分类

操作系统的发展和分类(操作系统3)_功能
绿框内为重点
学习提示:重点理解各阶段的优点和缺点。各阶段的主要优点都是解决了上一阶段的主要缺点

1 手工操作阶段

操作系统的发展和分类(操作系统3)_操作系统_02
在计算机刚被发明的时候,程序员通过在纸带上打孔实现二进制机器码,并通过纸带机读取数据传输给计算机,计算机处理完数据后又会从内存通过CPU输出到纸带机,纸带机上的结果再返还给程序员作为程序的返还结果。

优点:计算机处理速度快;
缺点:输入/输出速度慢;用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低

2 批处理阶段

2.1 单道批处理系统

操作系统的发展和分类(操作系统3)_功能_03
引入脱机输入/输出技术(用磁带完成),并用监督程序负责控制作业的输入、输出
  监督程序其实就是操作系统的雏形

优点:缓解了一定程度的人机速度矛盾,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有大量的时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。

2.2 多道批处理系统

操作系统的发展和分类(操作系统3)_发展_04
多道批处理系统是在单道批处理系统上进行改进产生的,磁带机每次往内存中输入多道程序,计算机通过操作系统并引入中断技术,由操作系统负责管理这些程序的运行,各个程序并发执行

优点:多道程序并发执行,共享计算机资源。资源利用率大幅提升,CPU和其他资源保持“忙碌”状态,系统吞吐量增大。
缺点:用户相应时间长,没有人机交互功能(用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成,中间不能控制自己的作业执行)

问题:为何多道批处理系统能使资源利用率大幅提升?
  答:假设计算机需要处理三个作业
  作业1:输入1秒,计算1秒,输出1秒
  作业2:输入1秒,计算1秒,输出1秒
  作业3:输入1秒,计算1秒,输出1秒

    若采用单道处理技术:系统需要9秒处理时间,过程为输入->计算->输出->输入->计算->输出->输入->计算->输出,可以发现各个阶段系统是串行运行的。
    若采用多道处理技术:系统需要5秒处理时间,过程为输入->计算+输入->输出+计算->输出+输入->计算->输出,各个阶段系统是并行运行的。

3 分时操作系统

操作系统的发展和分类(操作系统3)_操作系统_05

分时操作系统:计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务,各个用户可通过终端与计算机进行交互。

优点:用户请求可以被即时响应,解决了人机交互问题。允许多个用户同时实用一台计算机,并且用户对计算机的操作互相独立,感受不到别人的存在。
缺点不能处理一些紧急任务。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。

4 实时操作系统

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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。在实时操作系统的控制下,计算机系统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。实时操作系统的主要特点是及时性可靠性

同时,实时操作系统又被分为硬实时操作系统和软实时操作系统。

5 其他几种操作系统

操作系统的发展和分类(操作系统3)_功能_07
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6 小结

操作系统的发展和分类(操作系统3)_功能
本篇重点,操作系统的四个阶段,从手工操作系统、批处理操作系统、分时操作系统到实时操作系统的演化。