介绍三种传统的操作系统类型:多道批处理系统、分时系统和实时系统 。随着计算机体系结构的发展和应用需求的扩大,出现了许多类型的操作系统,如网络操作系统、个人机操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统 。这些系统各具特色,适应不同领域的应用 。
(一)多道批处理系统
多道批处理系统的大致工作流程如下:操作员把用户提交的作业卡片放到读卡机上,通过SPOOLing输入程序及时把这些作业送入直接存取的后援存储器(如磁盘);作业调度程序根据系统的当时情况和各后备作业的特点,按一定的调度原则,选择一个或几个搭配得当的作业装入内存准备运行;内存中多个作业交替执行,当某个作业完成时,系统把该作业的计算结果交给SPOOLing输出程序准备输出,并回收该作业的全部资源 。重复上述步骤,使得各作业一个接一个地流入系统 。经过处理后又挨个地退出系统,形成一个源源不断的作业流 。图1-5表示了多道批处理系统中作业的流程 。
图1-5 多道批处理系统中作业的流程
多道批处理系统有两个特点:一是“多道”,二是“成批” 。“多道”是指内存中存放多个作业,并在外存上存放大量的后备作业 。因此,这种系统的调度原则相当灵活,易于选择一批搭配合理的作业调入内存运行,从而能充分发挥系统资源的利用率,增加系统的吞吐量 。“成批”的特点是指系统按批次方式管理作业 。即:在系统运行过程中不允许用户和机器之间发生交互作用 。就是说,用户一旦把作业提交给系统,他就不能直接干预该作业的运行了,直至作业运行完毕后,才能根据输出结果去分析它的运行情况,确定下次上机任务 。因此,用户必须针对作业运行中可能出现的种种情况,在作业说明书中事先规定好相应的措施 。
多道批处理系统的主要优点是:系统资源利用率高;系统吞吐量大 。缺点是:用户作业的等待时间长,往往要经过几十分钟、几小时,甚至几天;没有交互能力,用户无法干预自己作业的运行,使用起来不方便 。
(二)分时系统
针对批处理系统的上述问题,人们提出了分时系统,如20世纪60-70年代的MULTICS和UNIX系统 。它让用户通过终端设备联机地使用计算机,这是比早期的手工操作方式更高级的联机操作方式 。分时系统如图1-6所示 。
图1-6 分时系统示意图
在分时系统中,分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享 。它是通过系统软件实现的 。分享的时间单位称为时间片,它往往是很短的,如几十毫秒 。这种分时的实现,需要有中断机构和时钟系统的支持 。利用时钟系统把CPU时间分成一个一个的时间片,操作系统轮流地把每个时间片分给各个并发程序,每道程序一次只可运行一个时间片 。当时间片计数到时后,产生一个时钟中断,控制转向操作系统 。操作系统选择另一道程序并分给它时间片,让其投入运行 。到达时间,再发中断,重新选程序(或作业)运行,如此反复 。由于相对人们的感觉来说,这个时间片很短,往往在几秒钟内即可对用户的命令做出响应,从而使系统上的各个用户都认为整个系统只为他自己服务,并未感觉到还有别的用户也在上机 。
分时系统的基本特征可概括为4点:
① 同时性:若干用户可同时上机使用计算机系统;
② 交互性:用户能方便地与系统进行人—机对话;
③ 独立性:系统中各用户可以彼此独立地操作,互不干扰或破坏;
④ 及时性:用户能在很短时间内得到系统的响应 。
分时系统所具有的许多优点使它获得迅速的发展,其优点主要是:① 为用户提供了友好的接口,即用户能在较短时间内得到响应,能以对话方式完成对程序的编写、调试、修改、运行和得到运算结果 。② 促进了计算机的普及,一个分时系统可带多台终端,可同时为多个远近用户使用,这给教学和办公自动化提供很大方便 。③ 便于资源共享和交换信息,为软件开发和工程设计提供了良好的环境 。
(三)实时系统
在计算机的某些应用领域内,要求对实时采样数据进行及时(立即)处理并做出相应的反映,如果超出限定的时间就可能丢失信息或影响到下一批信息的处理 。例如卫星发射过程中,必须对出现的各种情况立即进行分析、处理,这种系统是专用的,它对实时响应的要求是批处理系统和分时系统无法满足的,于是人们设计开发了实时操作系统(简称实时系统) 。常用实时系统有QNX、VxWorks、RTLinux等等 。
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