操作系统的发展与分类

手工操作阶段

主要矛盾:用户独占全机,人机速度矛盾导致资源利用率极低(计算机的高速与人手工输入的低速)

批处理阶段:单道批处理系统

引入了脱机输入/输出技术(通过磁带完成),并通过监督程序(操作系统的雏形)控制作业的输入,输出

主要优点:

解决了一定程度上的人机矛盾,资源利用率有所提升

主要缺点

内存中只能有一道程序运行,该程序运行结束后才能执行下一道程序(所有程序只能串行执行)。CPU仍有大量时间是在等待I/O完成。资源利用率依然很低

批处理阶段:多道批处理系统

每次向内存中输入多道程序,此时操作系统正式诞生,并且引入了中断机制,由操作系统控制这些程序的运行流程,所有程序并发执行

主要优点

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

主要缺点

用户响应时间长,没有人机交互功能(用户提交自己的作业到内存中执行后不能控制任务执行,只能等待计算机完成)

示例

分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户/任务服务,各个用户可以在自己所在时间片内通过终端与计算机进行交互

分时操作系统

主要优点

用户请求可以及时被响应,解决了人机交互的问题,允许多个用户同时使用一台计算机,并且用户操作相互独立,感受不到其他用户存在

主要缺点

不能优先处理一些紧急任务,操作系统对每个用户/任务都是绝对公平的,循环为每个用户/任务服务一个时间片,无法区分任务紧急度

实时操作系统

在实时操作系统的控制下,计算机系统在接收到外部信号后及时进行处理,并且要在严格时限内完成事件,实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性

主要优点

能够优先响应一些紧急任务,一些紧急任务不需要时间片排队

实时操作系统又分为硬实时操作系统和软实时操作系统

  • 硬实时操作系统严格在规定时间内完成处理(适用于对时限要求高的设备如导弹控制系统,自动驾驶等)
  • 软实时操作系统可以接受偶尔违法事件规定(如一般的民用订票系统)