操作系统发展

1.操作系统发展

• OS从无到有，从简单到复杂，完善
• OS随着计算机硬件技术的发展而完善
• 为满足不同的需求，出现了多种类型的OS

2.操作系统发展过程

• 发展动力：需求推动发展

2.1 资源利用角度

• 为了提高计算机资源利用率和系统性能，从单道到多道。集中到分布，从专用到泛在

2.2 用户角度

• 方便用户，人机交互

2.3 技术角度

• 物理器件发展，CPU的位宽度（指令和数据），快速外存，光器件等，以及计算机体系结构的不断发展：单处理机、多处理机、多核、计算机网络。

2.4 OS的发展和计算机硬件技术、体系结构相关

• 第一代（1946-1955）：真空管时代，无操作系统
• 第二代（1955-1965）：晶体管时代，批处理系统
• 第三代（1965-1980）：集成电路时代，多道程序设计
• 第四代（1980-至今）：大规模和超大规模集成电路时代，分时系统。现代计算机正向着巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几个方面发展

3.操作系统发展

• 无操作系统
• 简单批处理系统
• 多道程序批处理系统
• 分时系统
• 实时系统
• 嵌入式系统
• 并行系统
• 分布式系统

4.操作系统发展过程

4.1 手工操作

• ENIAC 计算机 运算速度：1000次每秒。数万个真空管，占地100平方米

  • 没有程序设计语言（甚至没有汇编），更谈不上操作系统
  • 程序员提前预约一段时间，然后到机房将他的插件版插到计算机里
  • 期望着在接下来的时间中几万个真空管不会烧断，从而可以计算自己的题目

• 工作方式 ：编程语言：机器语言 I/O：织带或卡片

  • 缺点
  • 用户独占全机，独占系统的全部硬件资源，设备利用率很低
  • CPU等待用户：手工装入/卸取织带或卡片

• 早期计算机系统：50年代初，出现了穿孔卡片，程序写在卡片上然后读入计算机，但计算过程依然如旧

• 主要矛盾

  • 人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾
  • CPU与I/O速度不匹配的矛盾

• 提高效率的途径

  • 批处理
  • 脱机I/O

• 脱机I/O方式：I/O工作在外围机/卫星机的控制下，或者说在脱离主机的情况下运行。使用磁带作为输入/输出的中介，这种具体的输入/输出不需要在主计算机上进行的方式叫脱机输入输出方式。

  • 输入设备--外围机--磁带--主机--磁带--外围机--输出设备

4.2 单道批处理系统

• 50年代末--60年代中（晶体管）

• 把一批作业以脱机输入方式输入到磁带/磁鼓

• 利用磁带或磁盘把任务分类编成作业顺序执行

• 每批作业有专门监督程序自动依次处理

• 批处理解决了高速计算机的运算、处理能力与人工干预之间的速度矛盾，实现了作业自动过渡

  • 卡片--卡片阅读机--输入磁带--磁带机--输出磁带--打印机

• 运行特征

  • 顺序性：磁带上的各道作业是顺序的进入内存，各作业的完成顺序与他们进入内存的顺序相同
  • 单道性：内存中仅有一道程序运行
  • 自动行

• 优点

  • 减少了CPU的空闲时间
  • 提高了主机CPU和I/O设备的使用效率
  • 提高了吞吐量

• 缺点

  • CPU与I/O设备使用忙闲不均

4.3 多道程序批处理系统

• 多道程序设计 ：60年代中--70年代中（集成电路）

• 多道

  • 内存中同时存放几个作业，使之都处于执行的开始点和结束点之间多个作业共享CPU，内存，外设等资源

• 目的

  • 利用多道批处理提高资源的利用率

• 60年代通道和终端技术的出现解决了输入输出等待计算的问题

• 通道

  • 是一种专用部件，负责外设与内存之间的信息传输

• 中断

  • 指主机接到外界来的信号（来自CPU内部或外部）时，立即中止原来的工作，转去处理这一外来事件，处理完后，主机又回到原来工作点继续工作

• 内存中同时有多个作业，CPU在其中切换

• 只要系统中总是存在可执行的作业，CPU就永远不会因无事可干而闲着

• 多道通过组织作业使得CPU总在执行其中一个作业，从而提高了CPU的利用率

• 运行特征

  • 多道性：内存中同时驻留多道程序并发执行，从而有效的提高了资源利用率和系统吞吐量
  • 无序性：作业的完成顺序与它进入内存的顺序之间无严格的对应关系
  • 调度性：作业调度，进程调度

• 优点

  • 资源利用率高：CPU ，内存 ，I/O设备
  • 系统吞吐量大

• 缺点

  • 无交互能力，用户响应时间长
  • 作业平均周转时间长

• 多道程序对OS特点的要求

  • 存储管理：系统必须为若干作业分派空间
  • CPU调度：系统必须在就绪作业中挑选
  • 资源竞争与共享
  • 设备分配
  • 系统提供I/O程序
  • 文件管理

4.4 分时系统

• 在多道的基础上用户的新需求

  • 多任务处理（多用户）
  • 交互服务

• 70年代中期至今

• 分时是指多个用户分享使用同一台计算机，分时共享硬件和软件资源

• 分时系统--交互式计算实现方式

  • 多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的用户。有用户输入时由CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入--是走时停
  • 前台和后台程序：后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互，现在的图形用户界面（GUI），除当前交互的程序（输入焦点外），其他程序作为后台。

• 通常按时间片（time slice）分配：各个程序在CPU上执行的轮换时间

• 作业直接进入内存

• 每个作业一次只运行很短的时间

• 分时技术：把CPU 的响应时间分成若干个大小相等（或不等）的时间单位，称为时间片（如100毫秒），每个终端用户获得CPU（获得一个时间片）后开始运行，当时间片到，该用户程序暂停执行，等待下一次运行。

• 分时系统的特点

  • 人机交互性好
  • 共享主机：多个用户同时使用
  • 多路性：众多联机用户可以同时使用一台计算机
  • 独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机
  • 交互性：用户与计算机之间可进行会话
  • 及时性：用户的请求能在很短时间内获得响应

• 在分时系统的基础上，操作系统的发展开始分化，如实时系统，通用（桌面）系统，网络系统，分布式系统。

操作系统发展

原文：https://www.cnblogs.com/mx-info/p/14235008.html