4.发展和分类
1. 人工操作阶段
- 缺点: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
批处理操作系统服务于一系列被称为批的作业。
特征:批量集中处理、多道程序运行、作业脱机工作。
作业:把程序、数据连同作业说明书组织起来的任务单位。
2.1 单道批处理系统
引入脱机输入/输出技术(用磁带完成),并监督程序负责控制作业的输入、输出。
- 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。资源利用率低。
2.2 多道程序设计
多道程序设计: 允许多个作业(程序)同时进入计算机系统的内存并启动交替计算的方法。
- 宏观上:并行
- 微观上:串行
引入多道程序设计技术可以提高CPU的利用率,充分发挥计算机硬部件的并行性。
道数:
- 具体数目受到系统资源的限制
- 内存的容量和用户的响应时间等因素也会影响多道程序的道数
CPU利用率 = 1 - p^n
- p: 程序平均等待I/O操作的时间 / 运行时间
- n: 内存中程序的道数(度数)
- p^n: 程序都等待I/O的概率
例题:
OS中引入多道程序设计
- 优点:
1. 提高CPU,内存和设备的利用率
2. 提高系统的吞吐率, 使单位时间内完成的作业数量增加
3. 充分发挥系统的并行性, 使设备与设备之间,CPU与设备之间均可并行工作- 缺点:
延长了作业的周转时间
2.3 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)
3. 分时操作系统
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,各个用户可以通过终端与计算机进行交互。
特点:
- 同时性
- 独立性
- 及时性
- 交互性
- 优点:用户请求可以被及时响应,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。
- 缺点:不能优先处理一些紧急任务。OS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
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。
- 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。
特点:
- 及时性
- 可靠性
如果某个OS兼具批处理、分时和实时处理的全部或两种功能,则此OS称为通用操作系统。