1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的形成1.3操作系統(tǒng)的類型1.4操作系統(tǒng)的功能習(xí)題1.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)整體概念，不論是大型機(jī)、小型機(jī)還是微型機(jī)，都是由兩大部分組成的：計(jì)算機(jī)硬件部分和軟件部分。

硬件部分指的是組成計(jì)算機(jī)的任何機(jī)械的、磁性的、電子的裝置或部件。它是由中央處理器、存儲(chǔ)器、輸入/輸出設(shè)備等組成的。這些部件一般采用總線結(jié)構(gòu)組織在一起。由這些硬件部件構(gòu)成的機(jī)器稱為裸機(jī)，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最基本的硬件環(huán)境，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與操作系統(tǒng)然而，用戶不喜歡裸機(jī)這種工作環(huán)境，因?yàn)槁銠C(jī)上沒有任何一種可以協(xié)助他們解決問題的手段，只提供最低級(jí)的機(jī)器語言。為了對(duì)硬件的性能加以擴(kuò)充和完善，為了方便用戶上機(jī)，在裸機(jī)外添加了能實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件程序。例如，為了方便用戶描述自己的算題任務(wù)，提供了程序設(shè)計(jì)語言以及相應(yīng)的翻譯程序。為了方便、有效地解決各類問題，提供了各種服務(wù)性程序和實(shí)用程序，如系統(tǒng)程序庫、編輯程序、連接裝配程序等。為了維護(hù)系統(tǒng)正常工作，提供有查錯(cuò)程序、診斷程序和引導(dǎo)程序。此外，還有用戶應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)程序或應(yīng)用程序以及有關(guān)的數(shù)據(jù)形成了軟件。在這些軟件中有一個(gè)很重要的軟件系統(tǒng)，即操作系統(tǒng)，它管理系統(tǒng)中所有的軟、硬件設(shè)備，并組織整個(gè)計(jì)算機(jī)的工作流程。軟件一般可以分為以下幾類：

系統(tǒng)軟件，如操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、連接裝配程序等。

工具軟件，如各種診斷程序、檢查程序等。

應(yīng)用軟件，如應(yīng)用程序、軟件包等。裸機(jī)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，沒有硬件就不能執(zhí)行指令和實(shí)施最原始、最簡單的操作，軟件也就失去了效用；而若只有硬件，沒有配置相應(yīng)的軟件，計(jì)算機(jī)就不能發(fā)揮它潛在的能力，這樣硬件也就沒有活力。因此，硬件和軟件這二者是相互依賴、相互促進(jìn)的。只有軟件和硬件有機(jī)地結(jié)合在一起的系統(tǒng)，才能稱得上是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。操作系統(tǒng)將系統(tǒng)中的各種軟、硬件資源有機(jī)地組合成一個(gè)整體，使計(jì)算機(jī)真正體現(xiàn)了系統(tǒng)的完整性和可利用性。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是由硬件和軟件兩大部分組成的一個(gè)完整的系統(tǒng)。其中，裸機(jī)處于系統(tǒng)的最底層，裸機(jī)的外面是軟件部分。軟件部分按照它們的功能和使用特性分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。應(yīng)用軟件是在系統(tǒng)軟件的支持下完成各項(xiàng)工作的，它在系統(tǒng)軟件的外層。系統(tǒng)軟件中的操作系統(tǒng)處于核心地位，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制，與計(jì)算機(jī)硬件關(guān)系最為密切。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成如圖1-1所示。圖1-1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成以及操作系統(tǒng)的地位1.1.2操作系統(tǒng)的概念

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中引入操作系統(tǒng)的目的可以從三個(gè)方面來考察。

1)從用戶的觀點(diǎn)來看

計(jì)算機(jī)是為用戶提供服務(wù)的，計(jì)算機(jī)所完成的任何工作，都是為了滿足用戶的計(jì)算或處理需求。因此，引入操作系統(tǒng)是讓計(jì)算機(jī)為用戶提供最好的服務(wù)，構(gòu)建一個(gè)用戶和計(jì)算機(jī)之間的和諧交互環(huán)境。

2)從系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)來看

引入操作系統(tǒng)是為了合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，管理和分配計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件及軟件資源，使之能為多個(gè)用戶高效率地共享。

3)從發(fā)展的觀點(diǎn)來看

引入操作系統(tǒng)是為了給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展提供支撐平臺(tái)，使之在追加新的服務(wù)和功能時(shí)更加容易和不影響原有的服務(wù)和功能。綜上所述，我們可以把操作系統(tǒng)定義為：操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)系統(tǒng)軟件，它是這樣一些程序模塊的集合——它們管理和控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的硬件及軟件資源，合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，以便有效地利用這些資源為用戶提供一個(gè)具有足夠的功能、使用方便、可擴(kuò)展、安全和可管理的工作環(huán)境，從而在計(jì)算機(jī)與用戶之間起到接口的作用。1.1.3操作系統(tǒng)的宗旨

操作系統(tǒng)是重要的核心軟件，它管理著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種資源，控制計(jì)算機(jī)的工作流程，為用戶和上層軟件提供各種服務(wù)功能。所以操作系統(tǒng)的宗旨可概括如下。

1.有效地管理系統(tǒng)資源，提高資源的利用率

現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般都為多個(gè)用戶或多個(gè)計(jì)算任務(wù)共同使用，它們共享計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源。系統(tǒng)所擁有的資源與使用它們的用戶和算題任務(wù)的需求相比總是要少些，應(yīng)用程序在執(zhí)行過程中都要申請(qǐng)系統(tǒng)資源。所以系統(tǒng)資源如何分配，怎樣在用戶程序之間協(xié)調(diào)他們的需求，就是操作系統(tǒng)提供的資源管理功能。因此，對(duì)操作系統(tǒng)而言，它的宗旨就是充分地利用系統(tǒng)資源，提高資源的利用率。

2.提供良好的界面，方便用戶使用

操作系統(tǒng)為方便用戶使用計(jì)算機(jī)，不但提供了許多豐富的服務(wù)功能，同時(shí)還提供了方便的接口供用戶使用，這樣，用戶無須了解系統(tǒng)中各種資源的使用細(xì)節(jié)，只用操作系統(tǒng)提供的用戶界面，就可方便、直觀地使用計(jì)算機(jī)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)的發(fā)展，提供友好方便的用戶界面變得越來越重要了。操作系統(tǒng)伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)本身及其應(yīng)用的日益發(fā)展而逐漸發(fā)展并不斷完善，它的功能由弱到強(qiáng)，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的地位不斷提高。另外，操作系統(tǒng)作為裸機(jī)上的第一層軟件，與計(jì)算機(jī)組成和體系結(jié)構(gòu)是密切相關(guān)的。我們通常把計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展分為四個(gè)階段：電子管時(shí)代、晶體管時(shí)代、集成電路時(shí)代、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時(shí)代。為適應(yīng)上述計(jì)算機(jī)發(fā)展過程，操作系統(tǒng)經(jīng)歷了如下的發(fā)展過程：手工操作階段(無操作系統(tǒng))→批處理→執(zhí)行系統(tǒng)→多道程序系統(tǒng)→分時(shí)操作系統(tǒng)→實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)→通用操作系統(tǒng)→網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)→分布式操作系統(tǒng)→嵌入式操作系統(tǒng)等。1.2操作系統(tǒng)的形成1.2.1手工操作階段

在第一代計(jì)算機(jī)時(shí)期，構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主要元器件是電子管，計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度較慢(幾千次/秒)，沒有操作系統(tǒng)，甚至沒有任何軟件。用戶直接用機(jī)器語言編制程序，并在上機(jī)時(shí)獨(dú)占全部計(jì)算機(jī)資源。用戶既是程序員，又是操作員。上機(jī)完全是手工操作：先把程序紙帶(或卡片)裝到輸入機(jī)上，然后啟動(dòng)輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，接著通過控制臺(tái)開關(guān)啟動(dòng)程序運(yùn)行。計(jì)算完畢，打印機(jī)輸出計(jì)算結(jié)果，用戶卸下并取走紙帶(或卡片)。整個(gè)過程都是人工操作。這種由一道程序獨(dú)占機(jī)器及人工操作的情況，在計(jì)算機(jī)速度較慢時(shí)是允許的，由于此時(shí)計(jì)算機(jī)所需時(shí)間相對(duì)較長，手工操作所占比例還不是很大。

20世紀(jì)50年代后期，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有了很大提高，從每秒幾千次、幾萬次發(fā)展到每秒幾十萬次、上百萬次。這時(shí)，手工操作的慢速度和計(jì)算機(jī)的高速度之間形成了矛盾，即所謂的人－機(jī)矛盾。為了解決這一矛盾，只有擺脫人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)過渡。這樣就出現(xiàn)了批處理。1.2.2早期批處理

在計(jì)算機(jī)發(fā)展的早期階段，用戶上機(jī)時(shí)需要自己建立和運(yùn)行作業(yè)，并做結(jié)束處理。由于沒有任何用于管理的軟件，所有的運(yùn)行管理和具體操作都是由用戶自己承擔(dān)的。

為了縮短作業(yè)的建立時(shí)間，人們研制了監(jiān)督程序。它是一個(gè)常駐內(nèi)存的小的核心代碼，若干用戶作業(yè)合成一批，形成一個(gè)作業(yè)執(zhí)行序列，由監(jiān)督程序自動(dòng)地依次進(jìn)行處理。

1.聯(lián)機(jī)批處理

用戶上機(jī)前，要提交程序、數(shù)據(jù)和作業(yè)說明書給操作員，再將這些資料穿成紙帶或卡片的形式。操作員把提交的一批作業(yè)裝到輸入設(shè)備上，然后由監(jiān)督程序控制送到磁帶上。監(jiān)督程序自動(dòng)輸入第一個(gè)作業(yè)的說明記錄，若系統(tǒng)資源能夠滿足用戶要求，則將該作業(yè)的程序、數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存，并從磁帶上輸入所需要的編譯程序，編譯程序?qū)⒂脩粼闯绦蚍g成目標(biāo)代碼，然后由連接裝配程序把編譯后的目標(biāo)代碼及所需的子程序裝配成一個(gè)可執(zhí)行的程序，接著啟動(dòng)執(zhí)行。計(jì)算完成后輸出該作業(yè)的計(jì)算結(jié)果。一個(gè)作業(yè)處理完畢后，監(jiān)督程序又可以自動(dòng)地調(diào)取下一個(gè)作業(yè)處理。重復(fù)上述過程，直到該批作業(yè)全部處理完畢。聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了作業(yè)自動(dòng)過渡，同手工操作相比，計(jì)算機(jī)的使用效率提高了。但在這種系統(tǒng)中，作業(yè)的輸入輸出是聯(lián)機(jī)的，也就是說，作業(yè)從輸入到打印出結(jié)果都是由CPU直接控制的。隨著處理機(jī)速度的不斷提高，處理機(jī)和輸入輸出設(shè)備之間的速度差距形成了矛盾。在作業(yè)的輸入和執(zhí)行結(jié)果的輸出過程中，CPU仍處在等待狀態(tài)，因此CPU的時(shí)間仍有很大的浪費(fèi)。如果把輸入輸出工作直接交給一個(gè)專用機(jī)去做，就可以充分發(fā)揮CPU的效率，為此產(chǎn)生了脫機(jī)批處理。

2.脫機(jī)批處理

脫機(jī)批處理系統(tǒng)是由主機(jī)和衛(wèi)星機(jī)組成的，如圖1-2所示。

衛(wèi)星機(jī)只與外部設(shè)備打交道，它負(fù)責(zé)把輸入機(jī)上的作業(yè)輸入到輸入帶上，主機(jī)從輸入帶上調(diào)入作業(yè)并運(yùn)行，計(jì)算完成后，將結(jié)果輸出到輸出帶上，再由衛(wèi)星機(jī)負(fù)責(zé)把信息打印輸出。在這樣的系統(tǒng)中，主機(jī)和衛(wèi)星機(jī)可以并行操作，充分發(fā)揮主機(jī)的高速計(jì)算能力。因此脫機(jī)批處理系統(tǒng)和聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)相比大大提高了系統(tǒng)的處理能力。圖1-2脫機(jī)批處理系統(tǒng)1.2.3執(zhí)行系統(tǒng)

批處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了作業(yè)的自動(dòng)過渡，它的出現(xiàn)改善了CPU與外部設(shè)備的使用情況，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力得以提高。但也存在一些缺點(diǎn)，如磁帶需人工拆裝，既麻煩又容易出錯(cuò)。而另一個(gè)更重要的問題則是系統(tǒng)的安全性問題。在進(jìn)行批處理的過程中，所涉及的監(jiān)督程序、系統(tǒng)程序和用戶程序之間是一種相互調(diào)用關(guān)系，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出問題，整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)停頓。另外也無法防止用戶程序破壞監(jiān)督程序和系統(tǒng)程序。

20世紀(jì)60年代初，硬件獲得了兩方面的進(jìn)展，一是通道的引入，二是中斷技術(shù)的出現(xiàn)，這兩項(xiàng)成果導(dǎo)致了操作系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行系統(tǒng)階段。

通道是一種專用處理部件，它能控制一臺(tái)或多臺(tái)外部設(shè)備工作，負(fù)責(zé)外部設(shè)備和主存之間的信息傳輸。它一旦被啟動(dòng)就能獨(dú)立于CPU運(yùn)行，這樣可使CPU和通道并行操作，而且CPU和輸入輸出設(shè)備也能并行操作。所謂中斷，是指主機(jī)接到外部信號(hào)時(shí)馬上停止原來的工作，轉(zhuǎn)去處理這一事件，處理完畢后，主機(jī)再回到原來的斷點(diǎn)繼續(xù)工作。借助于通道、中斷技術(shù)，輸入輸出工作可在主機(jī)控制下完成。這時(shí)，原來的監(jiān)督程序的功能擴(kuò)大了，它不僅要負(fù)責(zé)調(diào)度作業(yè)自動(dòng)地運(yùn)行，而且還要提供輸入輸出功能。這個(gè)擴(kuò)展了的監(jiān)督程序常駐內(nèi)存，被稱為執(zhí)行系統(tǒng)。

執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是聯(lián)機(jī)操作，和早期批處理系統(tǒng)不同的是：輸入輸出工作是由在主機(jī)控制下的通道完成的，主機(jī)與通道、主機(jī)和外設(shè)之間都可以并行操作。在執(zhí)行系統(tǒng)中，用戶程序的輸入輸出工作是委托給系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，由系統(tǒng)檢查其命令的合法性，以避免由于不合法的輸入輸出命令造成對(duì)系統(tǒng)的威脅，因此提高了系統(tǒng)的安全性。1.2.4多道程序系統(tǒng)

上述的批處理系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)有一個(gè)共同之處，就是每次調(diào)用一個(gè)用戶程序進(jìn)入內(nèi)存，稱為單道運(yùn)行。單道程序的運(yùn)行情況如圖1-3所示。圖1-3單道程序工作示例從圖1-3中可以看出，當(dāng)外部設(shè)備進(jìn)行傳輸工作時(shí)，CPU處于空閑等待狀態(tài)；反之，當(dāng)CPU工作時(shí)，I/O設(shè)備又無事可做。這說明，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各部件的效能沒有得到充分的發(fā)揮，其原因在于內(nèi)存中只有一道程序。我們知道，操作系統(tǒng)的宗旨是要提高資源的利用率，為此，人們?cè)O(shè)想能否在系統(tǒng)中同時(shí)存放幾道程序，這就引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)。

多道程序運(yùn)行情況如圖1-4所示。圖中，用戶程序A首先在處理機(jī)上運(yùn)行，當(dāng)它需要從輸入設(shè)備輸入新的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)幫助它啟動(dòng)輸入設(shè)備進(jìn)行輸入，并讓用戶程序B開始計(jì)算。程序B經(jīng)過一段計(jì)算后需要從打印機(jī)輸出一批數(shù)據(jù)，系統(tǒng)接收請(qǐng)求并幫助啟動(dòng)打印機(jī)工作。如果此時(shí)程序A的輸入尚未結(jié)束，也無其他用戶程序需要計(jì)算，處理機(jī)就處于空閑狀態(tài)，直到程序A在輸入結(jié)束后重新運(yùn)行。若當(dāng)程序B的打印工作結(jié)束時(shí)，程序A仍在運(yùn)行，則程序B繼續(xù)等待，直到程序A計(jì)算結(jié)束再次請(qǐng)求I/O傳輸時(shí)，程序B才能占用處理機(jī)。圖1-4多道程序工作示例多道程序設(shè)計(jì)是一種軟件技術(shù)，該技術(shù)使同時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)內(nèi)存的幾個(gè)相互獨(dú)立的程序，在管理程序控制之下相互穿插地運(yùn)行。當(dāng)某道程序因某種原因不能繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)，管理程序便將另一道程序投入運(yùn)行。這樣可以使中央處理器及各外部設(shè)備盡量處于忙碌狀態(tài)，從而大大地提高計(jì)算機(jī)的使用效率。綜上所述，多道運(yùn)行的特征是：

(1)多道，即計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。

(2)宏觀上并行，即同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，在一段時(shí)間內(nèi)它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。

(3)微觀上串行，因?yàn)橄到y(tǒng)中只有一個(gè)CPU，所以各道程序輪流使用CPU，交替執(zhí)行。

在批處理系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，就形成了多道批處理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，要處理的許多作業(yè)放在外部存儲(chǔ)器中，形成作業(yè)隊(duì)列，等待運(yùn)行。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，由操作系統(tǒng)中的作業(yè)調(diào)度程序根據(jù)一定的調(diào)度原則，將滿足資源條件且符合調(diào)度原則的幾個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，讓它們交替運(yùn)行。采取這種方式，在內(nèi)存中總是同時(shí)存有幾道程序，系統(tǒng)資源的利用率是比較高的。1.2.5分時(shí)系統(tǒng)

在批處理方式下，用戶以脫機(jī)操作方式使用計(jì)算機(jī)，用戶在提交作業(yè)以后就完全脫離了自己的作業(yè)，不管出現(xiàn)什么情況都不能加以干預(yù)，只有等該批作業(yè)處理結(jié)束后，用戶才能拿到計(jì)算結(jié)果。根據(jù)結(jié)果再作下一步處理，若有錯(cuò)，還得重復(fù)上述過程。盡管計(jì)算機(jī)效率高，但是卻給用戶使用計(jì)算機(jī)帶來麻煩。

人們十分留戀手工操作階段的聯(lián)機(jī)工作方式。那時(shí)，用戶獨(dú)占機(jī)器，并且直接控制程序的運(yùn)行，可以隨時(shí)了解程序運(yùn)行情況。但是，這種工作方式的機(jī)器效率極低。那么，是否可以找到一個(gè)既能保證機(jī)器效率，又能方便用戶使用的方法呢？20世紀(jì)60年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了這種可能。由于主機(jī)速度的不斷提高和采用了分時(shí)技術(shù)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可同時(shí)為多個(gè)終端用戶服務(wù)，而每個(gè)用戶可在自己的終端設(shè)備上聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)，就好像自己獨(dú)占機(jī)器一樣。采用分時(shí)技術(shù)可以使一臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)為多個(gè)聯(lián)機(jī)終端用戶使用，提供聯(lián)機(jī)操作和較快的響應(yīng)時(shí)間，這種處理方式稱為分時(shí)處理。采用分時(shí)技術(shù)的系統(tǒng)稱為分時(shí)系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，一臺(tái)計(jì)算機(jī)和許多終端設(shè)備連接。每個(gè)用戶可以通過系統(tǒng)發(fā)出各種控制命令，請(qǐng)求完成某項(xiàng)工作，而系統(tǒng)則分析從終端發(fā)來的命令，完成用戶提出的要求，輸出一些必要的信息，如給出提示符，報(bào)告運(yùn)行情況和操作結(jié)果。用戶根據(jù)系統(tǒng)給出的信息，向系統(tǒng)提出下一步請(qǐng)求。重復(fù)上述交互會(huì)話過程，直到用戶完成預(yù)計(jì)的全部工作為止。1.2.6實(shí)時(shí)系統(tǒng)

20世紀(jì)60年代中期計(jì)算機(jī)進(jìn)入第三代，計(jì)算機(jī)的性能和可靠性有了很大的提高，造價(jià)亦大幅下降，計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來越廣泛。計(jì)算機(jī)用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時(shí)控制等，形成了各種實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)處理是以快速響應(yīng)和可預(yù)測(cè)為特征的?！皩?shí)時(shí)”的含義是指計(jì)算機(jī)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)做出最快的反應(yīng)。根據(jù)被控對(duì)象的要求，其響應(yīng)時(shí)間要求在秒級(jí)、毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)或

更小。

20世紀(jì)60年代中期至70年代中期，出現(xiàn)了一些通用系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可同時(shí)支持批量處理、分時(shí)處理、實(shí)時(shí)處理三者或其中的二者，這就形成了通用操作系統(tǒng)。1.2.7操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展

隨著大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，以及微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，計(jì)算機(jī)有了更大的發(fā)展和普及，操作系統(tǒng)也有了進(jìn)一步的發(fā)展，例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)上的操作系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。通過上一節(jié)的討論，我們已經(jīng)知道，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，已形成了各種類型的操作系統(tǒng)，以滿足不同的應(yīng)用要求。根據(jù)使用環(huán)境和對(duì)計(jì)算任務(wù)的處理方式不同，操作系統(tǒng)可分為以下幾種類型：

(1)批處理操作系統(tǒng)；

(2)分時(shí)操作系統(tǒng)；

(3)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)；

(4)個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)；

(5)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)；

(6)分布式操作系統(tǒng)。1.3操作系統(tǒng)的類型1.3.1批處理操作系統(tǒng)

批處理操作系統(tǒng)把用戶提交的作業(yè)成批送入計(jì)算機(jī)，然后由作業(yè)調(diào)度程序自動(dòng)選擇作業(yè)運(yùn)行。這樣能縮短作業(yè)之間的交接時(shí)間，減少處理機(jī)的空閑等待時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的效率。批處理系統(tǒng)的主要特征是：

(1)多道性。在內(nèi)存中可同時(shí)駐留多道程序，并允許它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地提高了資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量。

(2)無序性。多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間并無嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)可能較后甚至最后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)又可能先完成。

(3)調(diào)度性。作業(yè)從提交給系統(tǒng)開始直至完成，需要經(jīng)過作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度。

多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是，由于在內(nèi)存中裝入了多道程序，使它們共享資源，保持資源處于忙碌狀態(tài)，因此不但提高了系統(tǒng)吞吐量，而且使各種資源得以充分利用。其缺點(diǎn)是無交互性，用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)后直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，而且作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間長，用戶使用不方便。1.3.2分時(shí)操作系統(tǒng)

分時(shí)系統(tǒng)一般采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的方式使一臺(tái)計(jì)算機(jī)為多個(gè)終端用戶服務(wù)，對(duì)每個(gè)用戶能保證足夠快的響應(yīng)時(shí)間，并提供交互會(huì)話的能力。

分時(shí)系統(tǒng)的主要特征是：

(1)多路性。允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)連接多臺(tái)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每一個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上是多個(gè)用戶同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源；而微觀上則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。

(2)獨(dú)立性。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾，讓用戶感覺好像獨(dú)占主機(jī)一樣。

(3)及時(shí)性。用戶的請(qǐng)求能在很短時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)，此時(shí)間間隔是以人們所能接受的等待時(shí)間來確定的。

(4)交互性。用戶與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行“會(huì)話”，用戶從終端輸入命令，提出計(jì)算要求，系統(tǒng)收到命令后分析用戶的要求并完成之，然后把運(yùn)算結(jié)果通過屏幕或打印機(jī)告訴用戶，用戶可以根據(jù)運(yùn)算結(jié)果提出下一步要求，直到全部工作完成。1.3.3實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)主要是隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理而發(fā)展起來的。實(shí)時(shí)系統(tǒng)是指系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要特征是：

(1)系統(tǒng)對(duì)外部實(shí)時(shí)信號(hào)必須及時(shí)響應(yīng)，響應(yīng)的時(shí)間間隔要足以控制發(fā)出實(shí)時(shí)信號(hào)的那個(gè)環(huán)境。

(2)實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求有高可靠性和安全性，系統(tǒng)的效率則是放在第二位的。

(3)系統(tǒng)的整體性強(qiáng)。實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求所管理的聯(lián)機(jī)設(shè)備和資源，必須按一定的時(shí)間關(guān)系和邏輯關(guān)系協(xié)調(diào)工作。

(4)實(shí)時(shí)系統(tǒng)沒有分時(shí)系統(tǒng)那樣強(qiáng)的交互會(huì)話功能，通常不允許用戶通過實(shí)時(shí)終端設(shè)備去編寫新的程序和修改已有的程序。1.3.4個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是一個(gè)聯(lián)機(jī)交互式的單用戶操作系統(tǒng)。系統(tǒng)在一段時(shí)間內(nèi)僅為一個(gè)用戶服務(wù)。由于一個(gè)用戶獨(dú)占計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源，使得操作系統(tǒng)中的處理機(jī)管理和存儲(chǔ)管理變得比較簡單，而設(shè)備管理和文件系統(tǒng)仍是十分重要的，且文件系統(tǒng)功能應(yīng)相當(dāng)豐富，因?yàn)樗侵苯訛橛脩羰褂玫摹＿@類操作系統(tǒng)提供的用戶界面與分時(shí)系統(tǒng)十分類似，且有交互會(huì)話功能，提供鍵盤命令。方便、友好的界面在這類操作系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。1.3.5網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是通過通信設(shè)施將物理上分散的具有自治功能的多個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來的，實(shí)現(xiàn)信息交換、資源共享的系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的主要特征是：

(1)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)互聯(lián)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的群體。

(2)這些計(jì)算機(jī)是自治的，每臺(tái)計(jì)算機(jī)都有自己的操作系統(tǒng)，各自獨(dú)立工作。它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議控制下協(xié)調(diào)工作。

(3)系統(tǒng)互聯(lián)要通過通信設(shè)施來實(shí)現(xiàn)。

(4)系統(tǒng)通過通信設(shè)施執(zhí)行信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理，實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用要求。1.3.6分布式操作系統(tǒng)

粗看起來，分布式操作系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有多大區(qū)別。分布式操作系統(tǒng)也可以定義為通過通信網(wǎng)絡(luò)將物理上分布的具有自治功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)信息交換和資源共享，協(xié)作完成任務(wù)。分布式操作系統(tǒng)的主要特征是：

(1)系統(tǒng)內(nèi)包含有多個(gè)物理資源和邏輯資源，它們可以動(dòng)態(tài)地分配給各個(gè)任務(wù)。

(2)所有資源都必須高度自治而相互配合地工作，它們之間不存在層次控制或主從控制的關(guān)系。

(3)所有處理部件是地理分布的，并且部件之間的進(jìn)程通信是有雙邊協(xié)議的消息通信。

(4)系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)全局操作系統(tǒng)，采用分布式控制的辦法，負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源管理和運(yùn)行控制。

(5)系統(tǒng)對(duì)用戶提供一個(gè)透明的、一體化的用戶界面。

分布式系統(tǒng)具有高可靠性、可用性和可擴(kuò)展性，具有容錯(cuò)能力，能對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配和動(dòng)態(tài)負(fù)荷平衡，所以能使系統(tǒng)資源達(dá)到最佳的共享效果。1.4.1處理機(jī)管理

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最重要的資源是中央處理器，沒有它，任何計(jì)算都不可能運(yùn)行。在單道程序或單用戶的情況下，處理機(jī)為一個(gè)作業(yè)或一個(gè)用戶所獨(dú)占，對(duì)處理機(jī)的管理十分簡單。但在多道程序或多用戶的情況下，要組織多個(gè)作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，就要解決對(duì)處理機(jī)分配調(diào)度策略、分配實(shí)施和資源回收等問題。這就是處理機(jī)的管理功能。1.4操作系統(tǒng)的功能1.4.2存儲(chǔ)管理

存儲(chǔ)管理的主要工作是對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行分配、保護(hù)、擴(kuò)充和管理。

(1)內(nèi)存分配。在內(nèi)存中除了操作系統(tǒng)和其他系統(tǒng)軟件外，還有一個(gè)或多個(gè)用戶程序。如何分配內(nèi)存，以保證系統(tǒng)及各用戶程序的存儲(chǔ)區(qū)互不沖突，這就是內(nèi)存分配問題。

(2)存儲(chǔ)保護(hù)。系統(tǒng)中有多個(gè)程序在運(yùn)行，如何保證一道程序在執(zhí)行過程中不會(huì)有意或無意地破壞另一道程序？如何保證用戶程序不會(huì)破壞系統(tǒng)程序？這就是存儲(chǔ)保護(hù)問題。

(3)內(nèi)存擴(kuò)充。當(dāng)用戶作業(yè)所需