操作系統(tǒng)的特性

1.3.2各類操作系統(tǒng)的主要特征單用戶操作系統(tǒng)單用戶操作系統(tǒng)基本特征是，在一臺(tái)處理機(jī)上只能支持一個(gè)用戶程序的運(yùn)行，系統(tǒng)的全部資源都提供給該用戶使用。目前，多數(shù)微機(jī)上運(yùn)行的操作系統(tǒng)都屬于單用戶操作系統(tǒng)。例如，MS-DOS就是一個(gè)典型的單用戶微機(jī)操作系統(tǒng)，它由3個(gè)模塊和一個(gè)引導(dǎo)程序組成。批處理系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)(BatchOperatingSystem)也稱為作業(yè)處理系統(tǒng)。在批處理系統(tǒng)中，操作人員將作業(yè)成批地裝入計(jì)算機(jī)中，由操作系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)中某個(gè)特定磁盤區(qū)域(輸入井)將其組織好，并按一定的算法選擇其中的一個(gè)或多個(gè)作業(yè)，將其調(diào)入內(nèi)存使其運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)束后，把結(jié)果放入磁盤“輸出井”，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一輸出后交給用戶。批處理操作系統(tǒng)在系統(tǒng)中配置了一個(gè)監(jiān)督程序，并在該監(jiān)督程序的控制下，系統(tǒng)能夠?qū)σ慌鳂I(yè)自動(dòng)進(jìn)行處理。批處理系統(tǒng)的基本特征是“批量”。它把系統(tǒng)的處理能力(即作業(yè)的吞吐量)作為主要目標(biāo)，同時(shí)也兼顧作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間。在批處理系統(tǒng)中，從作業(yè)的提交到作業(yè)完成，大體上分為提交、后備、執(zhí)行和完成4個(gè)階段。批處理操作系統(tǒng)有如下兩個(gè)重要特征：脫機(jī)：用戶提交了作業(yè)后，不必直接控制計(jì)算機(jī)，一切按作業(yè)說(shuō)明書(shū)的指示行動(dòng)，其交互性較差；高效：由于沒(méi)有人工干預(yù)，操作系統(tǒng)可以從輸入作業(yè)中選擇適當(dāng)?shù)囊慌鳂I(yè)運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)資源的最大利用率和最大吞吐能力。由于其吞吐能力大，資源利用率高，批處理操作系統(tǒng)往往用在大型計(jì)算機(jī)中，針對(duì)大型的科學(xué)計(jì)算或事務(wù)處理。在通常情況下，批處理系統(tǒng)又分為以下兩類。單道批處理系統(tǒng)早期采用批處理技術(shù)的系統(tǒng)，由于在內(nèi)存中只能存放一道作業(yè)，因而稱為單道批處理系統(tǒng)。而其中的監(jiān)督程序就是操作系統(tǒng)的雛形。單道批處理系統(tǒng)具有以下的特征：自動(dòng)型：磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地、逐個(gè)地依次運(yùn)行，無(wú)須人工干預(yù)；順序性：作業(yè)完成的順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序，以及作業(yè)在磁帶上的存放順序一致。單道性：內(nèi)存中僅能存放一道作業(yè)。多道批處理系統(tǒng)單道批處理操作系統(tǒng)大大減少了人工操作的時(shí)間，提高了機(jī)器的利用率。但是，對(duì)于某些作業(yè)來(lái)說(shuō)，當(dāng)它發(fā)出I/O請(qǐng)求后，CPU必須等待I/O的完成，由于I/O設(shè)備的低速性，從而使CPU的利用率很低。為了改善CPU的利用率，在單道批處理操作系統(tǒng)中，引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，就形成了多道批處理操作系統(tǒng)。在多道批處理操作系統(tǒng)中，不僅僅在主存中可同時(shí)有多道作業(yè)在運(yùn)行，而且作業(yè)可隨時(shí)被調(diào)入系統(tǒng)，并存放在外存中形成作業(yè)隊(duì)列。然后，由操作系統(tǒng)按一定的原則，從作業(yè)隊(duì)列中調(diào)入一個(gè)或多個(gè)作業(yè)進(jìn)入主存運(yùn)行。多道批處理操作系統(tǒng)一般用于計(jì)算機(jī)中心的大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。多道批處理系統(tǒng)具有以下特征：多道性：內(nèi)存中可同時(shí)存放多個(gè)作業(yè)；調(diào)度性：通過(guò)作業(yè)調(diào)度，從外存中選取若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，并為內(nèi)存中的多個(gè)作業(yè)分配CPU；無(wú)序性：作業(yè)調(diào)度的順序與作業(yè)在外存中存放的順序無(wú)關(guān)，作業(yè)完成的順序與作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存的順序無(wú)關(guān)。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)和批處理技術(shù)的采用，使多道批處理系統(tǒng)具有資源利用率高和系統(tǒng)吞吐量大的優(yōu)點(diǎn)。但是，多道批處理系統(tǒng)將用戶和計(jì)算機(jī)操作員分開(kāi)，使用戶無(wú)法直接與自己的作業(yè)進(jìn)行交互。另外，由于在多道批處理系統(tǒng)中，作業(yè)要進(jìn)行排隊(duì)，依次處理，因而作業(yè)的平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。3.分時(shí)操作系統(tǒng)在批處理系統(tǒng)中，用戶不能干預(yù)自己程序的運(yùn)行，無(wú)法得知程序運(yùn)行情況，對(duì)程序的調(diào)試和排錯(cuò)不利。為了克服這一缺點(diǎn)，便產(chǎn)生了分時(shí)操作系統(tǒng)。允許多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶同時(shí)使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的操作系統(tǒng)稱分時(shí)操作系統(tǒng)(TimeSharingOperatingSystem)。其實(shí)現(xiàn)思想如下：即把處理機(jī)的時(shí)間劃分成很短的時(shí)間片，輪流地分配給各個(gè)終端作業(yè)使用。若在分配給它的時(shí)間片內(nèi)，作業(yè)仍沒(méi)執(zhí)行完，它也必須將CPU交給下一個(gè)作業(yè)使用，并等下一輪得到CPU時(shí)再繼續(xù)執(zhí)行。這樣系統(tǒng)便能及時(shí)地響應(yīng)每個(gè)用戶的請(qǐng)求，從而使每個(gè)用戶都能及時(shí)地與自己的作業(yè)交互。分時(shí)操作系統(tǒng)具有以下特征：多路性：連接多個(gè)用戶終端，能同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)；獨(dú)立性：各個(gè)用戶使用各自終端與主機(jī)交互，感覺(jué)不到其他用戶的存在，獨(dú)立工作，互不干擾；及時(shí)性：系統(tǒng)按人們所能接受的等待時(shí)間，在較短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)響應(yīng)用戶的請(qǐng)求；交互性：用戶通過(guò)終端向主機(jī)發(fā)出請(qǐng)求，并根據(jù)主機(jī)的響應(yīng)結(jié)果再向系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求，直至得到滿意的結(jié)果。能進(jìn)行廣泛的人機(jī)交互；同時(shí)性：從客觀上看，是若干用戶同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，其實(shí)是計(jì)算機(jī)輪流服務(wù)。分時(shí)操作系統(tǒng)和批處理操作系統(tǒng)雖然有共性，它們都基于多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，但存在下列不同點(diǎn)：追求的目標(biāo)不同。批處理系統(tǒng)以提高系統(tǒng)資源利用率和作業(yè)吞吐率為目標(biāo)；分時(shí)系統(tǒng)則要滿足多個(gè)聯(lián)機(jī)用戶立即型命令的快速響應(yīng)；適應(yīng)的作業(yè)不同。批處理適應(yīng)已經(jīng)調(diào)試好的大型作業(yè)；而分時(shí)系統(tǒng)適應(yīng)正在調(diào)試的小作業(yè)；資源的利用率不同。批處理操作系統(tǒng)可合理安排不同負(fù)載的作業(yè)，使各種資源利用率較佳；分時(shí)操作系統(tǒng)中，多個(gè)終端作業(yè)使用相同類型編譯系統(tǒng)、運(yùn)行系統(tǒng)和公共子程序時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用它們的開(kāi)銷較??；作業(yè)控制的方式不同。批處理由用戶通過(guò)JCL的語(yǔ)句書(shū)寫作業(yè)控制流，預(yù)先提交，脫機(jī)工作；交互型作業(yè)，由用戶從鍵盤輸入操作命令控制，交互方式、聯(lián)機(jī)工作。分時(shí)操作系統(tǒng)主要用于軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行較小的程序。因?yàn)樵谶@種環(huán)境下，用戶大部分時(shí)間都在思考，不會(huì)長(zhǎng)期連續(xù)地占用CPU，以利于其他用戶使用。4.實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)雖然多道批處理操作系統(tǒng)和分時(shí)操作系統(tǒng)獲得了較佳的資源利用率和快速的響應(yīng)時(shí)間，從而使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但它們難以滿足實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)信息處理領(lǐng)域的需要。于是，便產(chǎn)生了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，目前有3種典型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即過(guò)程控制系統(tǒng)、信息查詢系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RealTimeOperatingSystem)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)的含義是計(jì)算機(jī)對(duì)于外來(lái)信息，能夠以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在被控制對(duì)象允許的時(shí)間范圍內(nèi)，做出快速響應(yīng)。因而，提供及時(shí)響應(yīng)和高可靠性是其主要特點(diǎn)。由于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)控制的過(guò)程控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，通常由四部分組成：1)數(shù)據(jù)采集。它用來(lái)收集、接收和錄入系統(tǒng)工作必需的信息或進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。2)加工處理。它對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的信息進(jìn)行加工處理，獲得控制系統(tǒng)工作必需的參數(shù)或做出決定，然后，進(jìn)行輸出、記錄或顯示。3)操作控制。它根據(jù)加工處理的結(jié)果采取適當(dāng)措施或動(dòng)作，達(dá)到控制或適應(yīng)環(huán)境的目的。4）反饋處理，它監(jiān)督執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行結(jié)果，并將該結(jié)果反饋至信號(hào)檢測(cè)或數(shù)據(jù)接收部件，以便系統(tǒng)根據(jù)反饋信息采取進(jìn)一步措施，達(dá)到控制的預(yù)期目的。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)可以分成如下兩類：硬實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；軟實(shí)時(shí)系統(tǒng)，即實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是專用性強(qiáng)、種類多，而且用途各異。應(yīng)用實(shí)時(shí)系統(tǒng)通常應(yīng)考慮實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理、連續(xù)人機(jī)對(duì)話、過(guò)載防護(hù)和高可靠性4個(gè)方面的問(wèn)題。實(shí)時(shí)系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。及時(shí)性：它一般具有高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，能及時(shí)地響應(yīng)外部文件的請(qǐng)求，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成對(duì)該文件的處理，控制實(shí)時(shí)設(shè)備和實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。支持多道程序設(shè)計(jì)：任務(wù)調(diào)度算法簡(jiǎn)單、實(shí)用，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，任務(wù)切換速度快，能夠處理時(shí)間驅(qū)動(dòng)的任務(wù)和文件驅(qū)動(dòng)的任務(wù)。高可靠性：這是實(shí)時(shí)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)之一。為了提高實(shí)時(shí)系統(tǒng)的可靠性，軟硬件都必須采取相應(yīng)的措施加以保證。較強(qiáng)的過(guò)載防護(hù)能力：在支持多任務(wù)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)任務(wù)的數(shù)目在某些時(shí)候超出系統(tǒng)的處理能力時(shí)，系統(tǒng)要通過(guò)相應(yīng)的措施（如延遲或丟棄不重要的任務(wù)）來(lái)保證實(shí)時(shí)性強(qiáng)的重要任務(wù)能及時(shí)處理。實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較如下。多路性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)一樣具有多路性，即系統(tǒng)能同時(shí)為多個(gè)終端用戶服務(wù)。獨(dú)立性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)一樣具有獨(dú)立性，每個(gè)終端用戶可獨(dú)立地向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)提出服務(wù)請(qǐng)求，彼此互不干擾。及時(shí)性：實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)及時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類似，都是以用戶能接受的等待時(shí)間來(lái)確定的；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性通常高于分時(shí)系統(tǒng)，它是以控制對(duì)象所能接受的等待時(shí)間來(lái)確定的，一般要求秒級(jí)、毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間。交互性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)雖然也具有交互性，但其交互性通常不及分時(shí)系統(tǒng)。這里，用戶與系統(tǒng)的交互，僅限于訪問(wèn)系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序，它不像分時(shí)系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理、資源共享等多方面的服務(wù)。可