操作系统分类-2019版高分笔记

2023-10-26 理论教育版权反馈

【摘要】：工作人员把用户提交的作业分批进行处理，由监督程序负责每批作业间的自动调度。分时操作系统具有以下特征。对外部输入的信息，实时操作系统能够在规定的时间内处理完毕并做出反应。实时操作系统对响应时间的要求比分时操作系统更高，一般要求秒级、毫秒级甚至微秒级的响应时间。实时操作系统可以分成如下两类：●实时控制系统。

操作系统有3种基本类型，即批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。随着计算机体系结构的发展，许多种操作系统应运而生，比如嵌入式操作系统、个人计算机操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。

1.批处理操作系统

描述任何一种操作系统都要用到“作业”的概念。所谓作业，就是用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算机系统所做工作的集合，包括用户程序、所需的数据及命令等。

单道批处理操作系统是早期计算机系统中配置的一种操作系统类型。其工作流程大致如下：系统操作员将用户作业收集起来，并将这些作业组成一批输入并传送到外存。批处理操作系统每次将其中的一个作业调入运行，同时只有一道作业处于运行状态，运行完成或出现错误而无法再进行下去时，输出有关信息并调入下一个作业运行。如此反复处理，直到这一批作业全部处理完毕为止。

单道批处理操作系统大大提高了机器的利用率，减少了人工操作的时间。但是对于某些作业来说，当其发出输入输出请求后，CPU必须等待I/O的完成，这就意味着CPU空闲，特别是当I/O设备的速度较慢时，将导致CPU的利用率很低。为了提高CPU的利用率，引入了多道程序设计技术。

在单道批处理操作系统中引入多道程序设计技术，就形成了多道批处理操作系统。在多道批处理操作系统中，不仅在主存（也称内存）中可以同时有多道作业运行，而且作业可随时（不一定集中成批）被接受进入系统，并存放在外存中形成作业队列，然后由操作系统按一定的原则从作业队列中调度一个或多个作业进入主存运行。多道批处理操作系统一般用于计算中心的大型计算机系统。

多道批处理操作系统的主要特点如下：

●用户脱机使用计算机。用户提交作业之后，在获得结果之前几乎不和计算机交互。

●成批处理。工作人员把用户提交的作业分批进行处理，由监督程序负责每批作业间的自动调度。

●多道程序运行。按多道程序设计的调度原则，从一批后备作业中选取多个作业调入内存并组织其运行，成为多道批处理系统。

由于多道批处理系统中的资源为多个作业所共享，作业之间自动调度执行，并且在运行过程中用户不干预自己的作业，从而大大提高了系统资源利用率和作业吞吐量。其不足之处是无交互性，一旦提交作业，用户就失去了对其运行的控制能力，使用不方便。

2.分时操作系统

在批处理操作系统中，用户以脱机操作方式使用计算机，在提交作业后，用户就完全脱离了自己的作业，在作业运行过程中，不管出现什么情况都不能加以干预，只有等待该批处理作业处理结束，用户才能得到计算结果，根据计算结果再做下一步处理。若作业运行出错，还要重复上述过程。这种操作方式对用户而言是极不方便的，人们希望能以联机方式使用计算机（即交互性更好），这种需求导致了分时操作系统的产生。

所谓分时技术，就是把处理器的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理器分配给各联机作业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时停止运行，把处理器让给另一个作业使用，等下一轮时再继续运行。由于计算机速度很快，作业运行轮转也很快，给每个用户的感觉都好像是自己独占一台计算机。

在操作系统中采用分时技术就形成了分时操作系统。在分时操作系统中，一台计算机和许多终端设备连接，用户可以通过终端向系统发出命令，请求完成某项工作，而系统则分析从终端设备发来的命令，完成用户提出的要求，然后用户再根据系统提供的运行结果，向系统提出下一步请求，这样重复上述交互会话过程，直到用户完成预计的全部工作为止。实现分时操作系统有下述几种方法：

●简单分时操作系统。在简单分时操作系统中，内存只驻留一道作业，其他作业都在外存上。每当内存中的作业运行一个时间片后，便被调至外存（称为调出），再从外存上选一个作业装入内存（称为调入）并运行一个时间片，按此方法使所有作业都能在规定的时间内轮流运行一个时间片，这样，所有用户都能与自己的作业交互。

●具有“前台”和“后台”的分时操作系统。为了改善系统性能，引入了“前台”和“后台”的概念。这里，把作业划分为“前台”和“后台”两类。“前台”存放按时间片调入/调出的作业流，其工作方式与简单分时操作系统相同；“后台”存放批处理作业。仅当“前台”正在调入/调出或无调入/调出作业流时，才运行“后台”的批处理作业，并给它分配更长的时间片。

●多道分时操作系统。在分时操作系统中引入多道程序设计技术后，内存中可以同时装入多道作业，系统把所有具备运行条件的作业排成一个队列，使它们依次轮流获得一个时间片运行。

分时操作系统具有以下特征。

●多路性。指一台计算机与若干台终端相连接，终端上的这些用户可以同时或基本同时使用计算机。

●交互性。分时操作系统中用户的操作方式是联机方式，即用户通过终端采用人机会话的方式直接控制程序运行，同程序进行交互。

●独占性。由于分时操作系统采用时间片轮转的方法使一台计算机同时为许多终端用户服务（通常能在2～3s内响应用户请求），因此客观效果是这些用户彼此之间都感觉不到别人也在使用这台计算机，好像自己独占计算机一样。

●及时性。系统能够在较短时间内响应用户请求。

3.实时操作系统

实时操作系统是操作系统的又一种类型。对外部输入的信息，实时操作系统能够在规定的时间内处理完毕并做出反应。“实时”的含义是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理，并在被控制对象允许的时间范围内做出快速反应。实时操作系统对响应时间的要求比分时操作系统更高，一般要求秒级、毫秒级甚至微秒级的响应时间。

实时操作系统可以分成如下两类：

●实时控制系统。通常是指以计算机为中心的生产过程控制系统，又称为计算机控制系统。例如，钢铁冶炼和钢板轧制的自动控制，化工、炼油生产过程的自动控制等。在这类系统中，要求实时采集现场数据，并对它们进行及时处理，进而自动控制相应的执行机构，使某参数（如温度、压力、流量等）能按预定规律变化或保持不变，以达到保证产品质量、提高产量的目的。(www.chuimin.cn)

●实时信息处理系统。在这类系统中，计算机及时接收从远程终端发来的服务请求，根据用户提出的问题对信息进行检索和处理，并在很短时间内对用户做出正确响应，如机票订购系统、情报检索系统等，都属于实时信息处理系统。

实时操作系统的主要特点是提供及时响应和高可靠性。系统必须保证对实时信息的分析和处理的速度要快，而且系统本身要安全可靠，因为诸如生产过程的实时控制、航空订票等实时事务系统，信息处理的延误或丢失往往会带来不堪设想的后果。

批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统是3种基本的操作系统。若一个操作系统兼有批处理、分时和实时系统或其中两者的功能，则称该操作系统为通用操作系统。

4.其他操作系统

（1）嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是运行在嵌入式系统环境中，对整个嵌入式系统以及它所操作和控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的软件系统。

嵌入式操作系统支持嵌入式软件的运行，它的应用平台之一是各种电器，该系统面向普通家庭和个人用户。由于快速发展的市场网络，使得家用电器的市场比传统的计算机市场大很多，因此嵌入式软件可能成为21世纪信息产业的支柱之一，嵌入式操作系统也必将成为软件厂商争夺的焦点，成为操作系统发展的另一个热门方向。

（2）集群系统

集群系统（ClusteredSystem）将两个或多个独立的系统耦合起来，共同完成一项任务。集群的定义尚未定性，通常被大家接受的定义是集群计算机共享存储并通过LAN网络紧密连接。集群通常有若干个节点计算机和一个或多个监视计算机，其中监视计算机对节点进行管理控制、发布工作指令等。

集群通常用来提供高可用性，比如集群中某个节点失效，其他节点可以迅速接替其工作，使用户感觉不到服务中断。

（3）网络操作系统

网络操作系统是通过通信设施将物理上分散的、具有自治功能的多个计算机系统互连起来的，实现信息交换、资源共享、可互操作和协作处理的系统。它具有以下特点：

●网络操作系统是一个互连的计算机系统的群体。这些计算机系统在物理上是分散的，可在一个房间里、在一个单位里、在一个城市或几个城市里，甚至可在全国或全球范围。

●这些计算机是自治的，每台计算机都有自己的操作系统，各自独立工作，它们在网络协议控制下协同工作。

●系统互连要通过通信设施（硬件、软件）来实现。

●系统通过通信设施执行信息交换、资源共享、互操作和协作处理，实现多种应用要求。互操作和协作处理是计算机应用中更高层次的要求特征，它需要由一个环境支持互联网络环境下的异种计算机系统之间的进程通信，实现协同工作和应用集成。

网络操作系统是基于计算机网络的，是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件，包括网络管理、通信、资源共享、系统安全和各种网络应用服务。其目标是实现相互通信及资源共享。

（4）分布式操作系统

分布式系统是指多个分散的处理单元经互联网络连接而成的系统，其中每个处理单元既具有高度自治性又相互协同，能在系统范围内实现资源管理、动态分配任务，还能并行地运行分布式程序。

配置在分布式系统上的操作系统称为分布式操作系统。分布式操作系统具有以下特征：

●统一性。即它是一个统一的操作系统。

●共享性。即分布式操作系统中的所有资源是共享的。

●透明性。是指用户并不知道分布式操作系统是运行在多台计算机上，在用户眼里整个分布式系统像是一台计算机，用户并不知道自己请求系统完成的操作是哪一台计算机完成的，也就是说，系统对用户来讲是透明的。

●自治性。即分布式操作系统中的多个主机都处于平等地位。

分布式操作系统的一个优点是它的分布式：分布式操作系统可以用较低的成本获得较高的运算性能。分布式操作系统的另一个优点是它的可靠性：由于有多个CPU系统，因此当一个CPU系统发生故障时，整个系统仍旧能够工作。

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