1.2 操作系统的发展与分类

OS的发展与分类：

• 手工操作阶段
• 批处理阶段
  • 单道批处理系统
  • 多道批处理系统（操作系统开始出现）
• 分时操作系统
• 实时操作系统

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（下面三个为非重点）

• 网络操作系统
• 分布式操作系统
• 个人计算机操作系统

注：要重点关注和理解各类操作系统主要想解决的是什么问题，及各自的优缺点。

（一）手工操作阶段

  程序员通过在纸带上打孔的方式写程序，然后将纸带放到纸带机上。纸带机从纸带上读取程序并运行，并将程序运行的结果同样以打孔的方式输出到纸带上，之后再由程序员取走该纸带。

缺点

  1.用户独占全机。

  第一个程序员使用完纸带机之前，是不允许第二个程序员来使用的，即用户独占全机。

  2.资源利用率极低

  程序员手工装/取纸带，是一个很慢的过程，而计算机处理程序的速度是很快的。这种人机速度矛盾会导致资源利用率极低（主要是计算机CPU的利用率极低）。从上图可知，在较长的一段时间内，计算机CPU真正运行的时间只有很短的一小段，有很大的比例，计算机是处于空闲状态的。而计算机的造价比较昂贵，让昂贵的资源大量时间处于空闲状态，显然是一种很不经济且低效的方式。

  因此，为了解决这一问题，人们进一步发明了单道批处理系统。

（二）批处理阶段——单道批处理系统

  引入脱机输入/输出技术（用外围机+磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出。

  监督程序。（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有大量时间是在空闲等待I/O完成，资源利用率依然很低。

  为了解决这一问题，人们又发明了多道处理系统。

（三）批处理阶段——多道批处理系统

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和其他资源更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。

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。

  例如：无法调试程序；无法在程序运行过程中输入一些参数。

（四）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。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。

缺点

  不能优先处理一些紧急任务。这种操作系统对各个用户/作业是完全公平的，循环地为每个用户/作业服务一个时间片，而不区分任务的紧急性。

  为了让计算机能够优先处理一些紧急任务，人们又提出了实时操作系统。

（五）实时操作系统

优点

  能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需要时间片排队。

  在实时操作系统的控制下，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。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。

• 硬实时系统
  • 必须在绝对严格的规定时间内完成处理。如：导弹控制系统、自动驾驶系统。
• 软实时系统
  • 能接受偶尔违反时间规定。如：12306火车订票系统。

（六）其他几种操作系统

网络操作系统

  是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信。（如：Windows NT就是一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用）

分布式操作系统

  主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同完成这个任务。

个人计算机操作系统

  如Windows xp、MacOS，方便个人使用。

总结