操作系统的发展与分类

只看该作者 · 2023-3-10 15:00

手工操作阶段(此阶段无操作系统)

　　用户在计算机上算题的所有工作都要人工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。随着计算机硬件的发展，人机矛盾(速度和资源利用)越来越大，必须寻求新的解决办法。

　　手工操作阶段有两个突出的缺点：

　　用户独占全机。不会出现因资源已被其他用户占用而等待的现象，但资源利用率低。

　　CPU等待手工操作，CPU的利用不充分。

　　唯一的解决办法就是用高速的机器代替相对较慢的手工操作来对作业进行控制。

　　批处理阶段(操作系统开始出现)

　　为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾，出现了批处理系统。它按发展历程又分为单道批处理系统、多道批处理系统(多道程序设计技术出现以后)。

　　1) 单道批处理系统

　　系统对作业的处理是成批进行的，但内存中始终保持一道作业。该系统是在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速率不匹配的矛盾中形成的。单道批处理系统的主要特征如下：

　　自动性。在顺利的情况下，在磁带上的一批作业能自动地逐个依次运行，而无需人工干预。 '

　　顺序性。磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各道作业的完成顺序与它们进入内存的顺序，在正常情况下应完全相同，亦即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。

　　此时面临的问题是：每次主机内存中仅存放一道作业，每当它运行期间(注意这里是“运行时”，并不是“完成后”)发出输入/输出请求后，高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态。为了进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量，引入了多道程序技术。

　　2) 多道批处理系统

　　多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。它没有用某些机制提高某一技术方面的瓶颈问题，而是让系统的各个组成部分都尽量去“忙”，花费很少时间去切换任务，达到了系统各部件之间的并行工作，使其整体在单位时间内的效率翻倍。

　　多道程序设计的特点有：

　　1. 多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。

　　2. 宏观上并行：同时进入系统的多道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。

　　3. 微观上串行：内存中的多道程序轮流占有CPU，交替执行。

　　多道程序设计技术的实现需要解决下列问题：

　　1. 如何分配处理器。

　　2. 多道程序的内存分配问题。

　　3. I/O设备如何分配。

　　4. 如何组织和存放大量的程序和数据，以便于用户使用和保证其安全性与一致性。

　　在批处理系统中釆用多道程序设计技术，就形成了多道批处理操作系统。该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度程序自动地选择作业运行。

　　优点是资源利用率高，多道程序共享计算机资源，从而使各种资源得到充分利用;系统吞吐量大，CPU和其他资源保持“忙碌”状态。缺点是用户响应的时间较长。不提供人机交互能力，用户既不能了解自己程序的运行情况，也不能控制计算机。