操作系统概述

发展历史

用户需求提升和硬件技术的进步驱动操作系统的发展。

硬件的四个发展阶段

电子管时代【1946-1955】
晶体管时代【1955-1965】
集成电路时代【1965-1980】
大规模集成电路时代【1980-至今】

速度、容量、稳定性、可靠性得到逐步的提升。

操作系统的四个发展阶段

手工处理操作，50年代早期
单道批处理时代
多道批处理时代
分时系统

手工操作（电子管时代）

结构特点

硬件：电子管、接线面板（按钮、开关）
程序：二进制程序，打孔：纸带或者卡片存储。

使用特点

程序的准备启动与结束，全部为手工操作，繁琐耗时。

缺点

效率极低(CPU运行效率低)
用户独占(单用户模式)
缺少交互

单道批处理系统

工作特点

管理员事先将多个作业输入到磁盘形成作业队列
操作系统依次自动地处理队列中的每个作业
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自动完成执行过程
运行结束，通知用户结果

批量：作业队列；自动：识别作业，装入和撤出；单道：依次、串行

执行流程

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CPU的利用情况

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tJ0alWQ0-1590640036800)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200528091123721.png)]$

用户程序在发出IO请求后，操作系统会去调用相应的IO命令，然后执行IO操作，IO操作完成之后，又通过OS将数据返回给CPU，继续执行下一步程序，在进行IO操作的时候，CPU是处于空闲的状态的。

结论:外设与CPU交替空闲和忙碌，CPU和外设的利用效率低。

我们能不能在CPU空闲的时候，让用户的其他程序来使用CPU？进而提高效率？答案是可以——多道批处理系统

多道批处理系统

机制

在内存中存放多道程序，当某个程序因某些特殊的原因放弃CPU(IO操作等)时，操作系统便从内存中调用另一个程序装入CPU继续运行，尽量让CPU处于忙碌状态，进而提高系统效率。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TvT2FzpZ-1590640036802)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200528093456103.png)]$

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-916X7qFq-1590640036804)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200528093554234.png)]$

提高了CPU的使用效率

提高了吞吐量

特点

多道：内存同时存储多道程序
并行：宏观上
串行：微观上

缺点

作业时间长
交互能力差(运行过程中，用户无法交互)
运行过程不确定(一个程序退出CPU后需要等待CPU空闲)

分时技术与分时操作系统

中断技术

CPU收到外部信号（中断信号）后，停止当前工作，转去执行该外部事件，处理完毕后，回到原来的工作中断处继续执行原来工作。

通道技术

专门处理外设与内存之间的数据传输的处理机。

多终端计算机

高性能主机+多个终端

主机的硬件配置高，终端机负责输入和显示程序结果。

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NjG3RcCt-1590640036805)(C:\Users\ASUS\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20200528100608164.png)]$

主机采用分时技术轮流为每个终端提供服务，每个终端都感觉自己“独占”主机。

分时技术

主机以一个很短时间片为单位，轮流把CPU分配给终端使用，直到所有的作业执行完毕。由于时间片（比如50ms)短，在终端的数量不多的情况下，每个终端很快都会重新得到CPU ，使得每个终端可以得到及时的响应。

等待时间 = 时间片 * 终端数量

特点

多路调制性：多个用户联机使用一台计算机
独占性：用户感觉自己独占计算机
交互性：及时响应用户的请求

大型分时系统的实践: Multics项目

■1962年由ARPA支持:有MIT、BELL和G.E参与。

■开发一种“公用计算服务系统"

■MULTiplexed Information and Computing Service

■同时支持波士顿地区所有分时用户

UNIX

第一个实用化的分时操作系统
第一个真正体现操作系统领域各种先进概念和技术的操作系统
操作系统可移植
实现硬件无关
引进特殊文件的概念：把外设看成文件，实现统一管理
启发Windows等

典型操作系统

微机操作系统

大规模的集成电路发展，进入个人计算机时代

良好的层次结构：BIOS把操作系统和硬件分隔

易学易用

CPM操作系统、Mac OS 、微软MS DOS(磁盘操作系统，单用户单任务)

网络操作系统

普通操作系统+网络通信+网络服务

功能：

存取控制
透明存取

实时操作系统

硬实时系统&软实时系统

实时事务：军工，工业控制等

要求某些任务要优先紧急处理。

强调作业的完成时限。

嵌入式操作系统

嵌入式操作系统≈实时操作系统

软硬件可裁剪，软硬件一体化

比如：安卓、Linux(嵌入式)、usOs、WinCE等。

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