【第一章第三讲】操作系统的发展与分类

0. 大纲

1.手工操作阶段

我们来简单看下手工操作阶段的程序员是如何工作的：

• 程序员事先把想要执行的代码在纸带打孔，有孔是代表二进制的1，没孔代表的是二进制的0

• 程序员把打好孔的纸带放在纸带机上，然后指代机识别，把这些信息传递给计算机

• 计算机执行这些对应的程序

• 程序执行完毕之后，将结果打印在纸带上面，并且由纸带机输出

• 程序员取走纸带

  如图：

那么我们可以发现一个很明显的问题：程序员得手动地放上纸带和取下纸带，纸带机需要向计算机输入纸带的信息，并且识别计算机输出的信息，然后将结果输出到纸带上。所以，真正留给计算机处理的时间是很少的。

我们用一个图表来表示：

缺点

用户独占全机、人机速度矛盾导致资源利用率极低

：为了解决这种人机速度矛盾问题，人们发明了单道批处理系统

2. 单道批处理系统

引入脱机输入/地呼出技术（用外围机 + 磁带完成），并由监督程序负责控制作业的输入、输出。

我们来看下具体的做法：

• 程序员们把打好孔的纸带放在纸带机上

• 纸带机和外围机连接，从而纸带机把这些纸带的信息输出到磁带上

• 控制程序控制着磁带将这些程序输入到计算机（因为磁带的读/写速度比纸带机要快很多）

• 计算机处理这些程序

• 计算机把运行的结果在监督程序的控制下输出给纸带机

  如图所示：

  1.信息输入到磁带

2.在监督程序的监督下，磁带把数据传给计算机并且计算机输出结果到磁带

3.用图表来感受一下：

主要优点：

缓解了一定程度的人机速度矛盾，资源利用率有所上升。

主要缺点：

内存中仅能有一道程序运行，只有该程序运行结束之后才能调入下一道程序。CPU有大量时间是在空闲等待I/O完成。资源利用率依然很低。

我们来看具体图示：

3. 多道批处理系统

在该阶段，操作系统正式诞生，用于支持多道程序并发运行。

其实就是在某个阶段，某些机器或者硬件可能处于空闲状态，那么我们就不能让它们闲着，要“压榨”它们，所以在它们空闲的时候，就给它们安排任务，从而提高效率。

主要优点

多道程序并发运行，共享计算机资源。资源利用率大幅提升，CPU和其他资更能保持“忙碌”状态，系统吞吐量增大。

主要缺点

用户响应时间长，没有人机交互功能（用户提交自己的作业之后就只能等待计算机处理完成，中间不能控制自己的作业执行）。eg:无法调试程序/无法在程序运行过程中输入一些参数

4.分时操作系统

计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务，各个用户可用过终端与计算机进行交互。

主要优点

用户请求可以被及时响应，解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机，并且用户对计算机的操作相互独立，感受不到别人的存在。

其实我们之前举得老渣的例子就是分时操作系统，一号女朋友和二号女朋友都以为自己在“独占”着老渣的“资源”，即：一号女朋友和二号女朋友都互相感受不到别人的存在。

主要缺点

不能优先处理一些紧急任务。操作系统对各个用户/作业都是完全公平的，循环地为了每个用户/作业服务一个时间片，不区分任务的紧急性。

5. 实时操作系统

主要优点

能够优先响应一些紧急任务，某些紧急任务不需时间片排队。

在实时操作系统的控制下，计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在严格的时限内处理完事件。实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。

实时操作系统又分为硬实时系统和软实时系统。

硬实时系统必须要在绝对严格的规定时间内完成处理，软实时系统能接受偶尔违反时间约定。

比如：导弹控制系统和自动驾驶系统就是硬实时系统。12306火车订票系统需要实时的显示火车票的数量有关的数据，这种就是软实时系统。

6. 其他几种操作系统

6.1 网络操作系统

是伴随着计算机网络的发展而诞生的，能把网络中各个计算机有机地结合起来，实现数据传送等功能，实现网络中各种资源的共享（如文件共享）和各台计算机之间的通信。（如：Windows NT就是一种典型的网络操作系统，网站服务器就可以使用）。

6.2 分布式操作系统

主要特点是分布性和并行性。系统中的各台计算机地位相同，任何工作都可以分布在这些计算机上，由它们并行、协同地完成这个任务。

6.3 个人计算机操作系统

如Windows XP、MacOS，方便个人使用。