一:无操作系统
1.手工
特点:(1)用户独占全机(2)CPU等待人工操作
问题:(1)计算机处理能力低(2)计算机工作效率低
2.脱机输入/输出方式
特点:数据的输入输出是在脱离主机的控制下完成的,通常是在外围机的控制下完成的
优点:(1)减少了CPU的空闲时间,缓和了人机矛盾(2)提高了I/O速度
二:单道批处理系统—晶体管
特点:利用磁带将若干个作业分类编成作业执行序列,每个批作业由一个专门的监督程序自动依次处理。
批:供一次加载的磁带或磁盘,通常由若干个作业组装成,在处理中使用相同的系统软件。
批作业组成:用户程序、数据、作业说明书(作业控制语言)
特征:(1)自动性—顺利情况下,磁带上的作业能自动地逐个依次进行(2)顺序性—先调入内存地作业先完成(3)单道性—内存中仅有一道程序运行,当该程序完成或发生异常时,才调入其后继程序进入内存执行
三:多道批处理系统
背景:60年代硬件两重大发展:中断技术和通道技术
中断技术
含义:指CPU在收到外部中断信号后,停止原来工作,转去处理该中断事件,完毕后回到原来断点继续工作。
中断处理过程:中断请求,中断响应,中断点(暂停当前任务并保存现场),中断处理例程,中断返回(恢复中断点地现场并继续原有任务)。
中断分类:硬件中断,包括硬件故障中断、I/O中断和外部中断;软件中断,包括程序中断(例如地址越界虚存管理中缺页等)和访管中断(由访管指令产生,程序员使用访管指令向操作系统请求服务,产生一个中断事件(自愿中断),将操作系统转换为核心态)。
通道(又称I/O处理机)
实际上是一台功能单一、结构简单的I/O处理机,它单独与CPU,并直接控制外部设备,与内存进行数据传输。
有专用的I/O处理器,可与CPU并行工作。具有自己的指令,可编程实现各种复杂的I/O处理。
多道程序设计原理:在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序,它们在管理程序的控制下相互穿插地运行,共享CPU和外设等资源。
优点:(1)资源利用率高—CPU和内存(2)系统吞吐量大—吞吐量指单位时间内处理作业的个数
缺点:(1)用户交互性差—作业完成或出错时,才与用户交互(2)作业平均周转时间长—短作业的周转时间明显增长
核心技术:(1)作业调度—作业的现场保护和恢复(2)资源共享—-资源的竞争与同步(3)内存使用—由CPU执行的程序提供足够的内存(4)内存保护–系统存储区和各应用程序存储区不可冲突,即存储保护(5)文件非顺序存放、随机存取
出现的问题:(1)处理机管理问题—多道程序之间如何分配被它们共享的处理机(2)内存管理问题—为每道程序分配必要的内存空间(3)I/O设备管理问题—多种I/O设备供多道程序所共享(4)文件管理问题—系统中大量的程序和数据一文件形式存在,如何组织(5)作业管理问题
调度方式:CPU有两种作业调度的方式,非抢占方式和抢占方式
四:分时系统
1)用户需求:(1)人机交互(2)共享主机(3)方便上机
2)实现方法:(1)及时接收—系统配置多路卡,与各终端连结,每个终端配置一个缓冲区,暂时接受各用户键入的命令和数据(2)及时处理—每个用户键入命令后,能控制自己作业的运行,并及时得到处理。各作业都必须在内存中,在响应周期内都能得到执行。方法:将响应周期分为很短的时间片,每个作业占用一个时间片轮流执行,不允许某个作业长期占用处理机。
3)特点:(1)多路性—多用户同时操作使用计算机(2)独占性—各终端用户感觉到自己独占了计算机(3)及时性—用户请求在很短时间内响应(4)交互性
4)调进和调出(实现分时系统的重要方式):(1)主存–后援存储器方式–内存只存放一个当前执行作业,其他外存上(2)多流调入调出方式—主存中同时存在一个当前执行作业和多个后备作业
5)响应时间:用户发出一条值另到系统处理完这条指令并做出回答所需要的时间。响应时间T与时间片q和用户个数n之间的关系为T=nq。
五:实时系统
主要用于过程控制、事务处理等有实时要求的领域,一般有特殊用途。
1)分类:(1)实时控制—宇航自动控制、生产过程控制(2)实时信息处理系统—飞机订票 、股票交易
2)特征:(1)实时时钟管理(2)中断管理(3)系统容错管理(4)多重任务管理(5)系统生成能力
六:网络操作系统
在通常操作系统的基础上提供了网络通信和网络服务功能的操作系统。
网络的组成:1)主机(HOST)—组成网络的独立自主的计算机系统 2)子网—在主机之间传递信息,提供通信服务3)协议
功能:1)高效可靠的网络通信 2)对网络中共享资源有效的管理 3)提供电子邮件文件传输等服务 4)网络安全管理 5)提供互操作的能力
七:分布式操作系统
1)以计算机网络为基础的计算机系统,包含多台处理机,每台处理机完成一部分功能。
2)功能:进程迁移、分布式同步、任务分配、资源管理
3)特征:资源共享透明、自治性、高可靠性
八:多处理机系统
1)特点:提高系统的吞吐量、提高系统可靠性
2)类型:(1)紧密耦合—各处理机之间通过快速总线或开关阵列相连,共享内存,整体系统由一个统一的OS管理(一个OS核心)(2)松散耦合—各处理机带有各自的存储器、I/O设备和操作系统,通过通道或通信线路相连,每个处理机独立运行OS(3)非对称式多处理–主从模式,主处理器只有一个,运行OS,管理整个系统的资源,为从处理器分配任务;从处理器可有多个,执行应用程序或I/O处理(4)对称式多处理—OS交替在各个处理器上执行,任务负载较为均衡,性能调节容易
九:嵌入式操作系统
在各种设备、装置或系统中,完成特定功能的软硬件系统。
应用有掌上电脑、工业设备、军事设备等。