OS发展史中各操作系统的形成发展和特点
OS发展史中各操作系统的形成、发展和特点
OS形成发展流程图
操作系统的分类
手工操作阶段（20世纪40年代）
特征：
有人工干预 ：放纸带、电传打印机上输出结构
独占性 ：一个用户使用过程中占用计算机所有文件，第二个用户绝对无法干预
串行性 ：人和计算机的工作、CPU和输入输出组设备等只能串行不能同时进行
缺点：
用户在作业处理的整个过程中独享系统中的全部资源；
手工操作所需时间很长
问题
当CPU速度提高时出现人 ——机矛盾
比如：
| 机器速度 | 作业在机器上计算所需时间 | 人工操作时间 | 操作时间与机器有效运行时间之比 |
|---|---|---|---|
| 1万次/秒 | 1小时 | 3分钟 | 1:20 |
| 60万次/秒 | 1分钟 | 3分钟 | 3:1 |
(单道)批处理阶段 （20世纪50年代）
运行图
联机批处理
- 特点： 有监督程序，作业自动过度
- 问题： CPU高速与I/O慢速的矛盾
- 解决办法： 由卫星机负责I/O
脱机批处理
- 特点： 主机与卫星机并行操作
- 问题： 调度不灵活；保护问题；
- 解决办法： 通道技术、中断技术
- 通道： 又称I/O处理器，是一种专用处理部件，它能控制一台或多台外设的工作，负责外部设备与主存之间的信息传输。
- 中断： 当主机接到某种信号(如I/O设备完成信号)时，停止原来的工作，转去处理这一事件，当事件处理完毕主机又回到原来的工作点继续工作。
执行系统（20世纪60年代初期）
此时在引入通道和出现通道中断主机功能，是OS发展史的重要事件，它推动OS进入执行系统阶段。
- 定义： 借助于通道与中断技术，由主机控制I/O工作。原有的监督程序不仅要负责调度作业自动地运行，而且还要提供I/O控制功能。它常驻主存，称为执行系统。
- 特点： 主机、外设并行操作；增强了保护能力。
- 基本功能： I/O控制功能；调度；
- 问题： 资源利用率不高
多道批处理系统 （20世纪60年代初期）
多道程序程序设计技术： 在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这些程序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道程序因某种原因不能继续运行下去时(如等待外部设备传输数据)，管理程序便将另一道程序投入运行。
特征：
多道 ：内存中同时存放几个作业，并允许并发执行，从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量
宏观上并行
微观上串行
关于并发、并行和串行的区别在前已经写了：
优点： 作业流程自动化；效率高；吞吐量高；
缺点： 无交互手段；调试程序困难；
单道与多道批处理的比较
分时系统（20世纪60年代初期和中期）
分时技术： 所谓分时技术，是把处理机时间划分成很短的 时间片 (如几百毫秒)轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片用完之前计算还未完成，该作业就（被强制）暂时中断，等待下一轮继续计算。
特点：
多路性： 又称 多路调制性 ，即一个主机可以同时与多个终端连接。
交互性： 又称 交往性 ，即系统以对话的方式为各个终端用户服务。
独占性： 手动操作速度远小于计算机处理速度，所以用户感觉独占了整个计算机，即每个终端用户实际上都拥有一台完全属于自己的虚拟机。
实时处理系统（20世纪60年代后期）
实时： 计算机对于外来信息能够在被控对象允许的截止期限(deadline)内作出反应。
实时处理： 以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处理并作出反应。实时处理具有实时性和可预测性（整个系统的开销都可以预测出来）。
特点：
及时性： 对外部请求在严格时间范围内作出反应
可靠性
通用操作系统（20世纪60年代后期）
定义： 同时具有分时、实时和批处理功能的操作系统成为通用操作系统。分时系统与批处理系统结合。
任务分级： 在通用操作系统中可能出现3类任务，任务按照其急迫程度加以分级：实时任务级别最高，分时任务次之，批处理任务最低。
前后台系统： 通常会将实时、分时和批处理中的俩俩系统结合起来，构成所谓的前后台系统。
前台任务优先于后台任务。
“前台”：需要频繁交互的任务
“后台”：时间性要求不强的作业
以下OS的介绍顺序是随意排列
单用户操作系统（ single-user operation system ）
- 解释： 单用户操作系统是为个人计算机所配置的操作系统。
- 主要特点： 单用户，即系统在同一段时间内仅仅为一个用户提供服务。
- 追求目标： 界面友好；使用方便；支持丰富的应用软件。
- 例如： MS-DOS、CP/M、Windows等。
网络操作系统（ network operation system，NOS ）
定义： 用于实现网络通信和网络资源管理的操作系统称为网络操作系统。
目的： 相互通信；共享资源；
特征：
计算机网络是一个互连的计算机系统的群体。
这些计算机是自治的，每台计算机有自己的操作系统，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。
分布式操作系统（ distributed operation system，DOS ）
分类：
紧耦合（ closely coupled ）操作系统： 建立在多机系统的基础之上。
松散耦合（ loosely coupled ）操作系统： 建立在计算及网络的基础之上。
特征：
统一的操作系统
资源的进一步共享
可靠性
透明性
DOS和NOS的区别
DOS具有各个计算机间相互通讯，无主从关系；NOS有主从关系。
DOS系统资源为所有用户共享；而NOS有限制地共享。
DOS中若干个计算机可相互协作共同完成一项任务；而NOS只能在一台计算机上运行某个人物，无法迁移。
嵌入式操作系统（ embedded operation system ）
定义： 在机器人、车载系统、家用电器、手机等通信设备上都需要一个支持多道程序设计的环境，而提供这种环境的OS就是嵌入式操作系统。
特点：
完成某一项或有限项功能;不是通用型的
在性能和实时性方面有严格的限制
能源、成本和可靠性通常是影响设计的重要因素
占有资源少、易于连接
系统功能可针对需求进行裁剪、调整和生成以便满足最终产品的设计要求
与一般OS的差别：
- 可裁剪性
- 可移植性
- 可扩展性
系统例子： 常见的嵌入式系统有Linux、uC1inux、 WinCE、Pa1mOS、Symbian、 eCos、 uCOS- -II、VxWorks、pSOS、Nucleus、 ThreadX、Rtems 、QNX、INTEGRITY、OSE、 C Executive等等
参考资料
- 《计算机操作系统教程》（第四版 编著：左万利 王英）