操作系统的发展与分类
手工操作阶段
手打纸带,纸带上的信息输入计算机
特点:输入输出慢,处理速度快 用户独占全机、人机速度毛肚导致资源利用率极低
批处理阶段--单道批处理系统
引入脱机输入/输出技术(使用磁带),并监督程序负责控制作业的输入、输出(操作系统雏形)
优点:缓解了一定程度的人机速度矛盾,资源利用率有所提升
缺点:内存中仅有一道程序运行,该程序运行结束后才能调入下一程序,CPU有大量的时间在空闲等待I/O完成,资源利用率依然很低
批处理阶段--多道批处理系统
每次往内存中输入多道程序,操作系统正式诞生,引入了中断技术,由操作系统负责管理这些程序的运行,各个程序并发执行
优点:多道程序并发执行,共享计算机资源,资源利用率大幅提升(原因:输入、计算、输出可以同时运行,不需等待一个工作完成才开始下一个工作),CPU和其他资源保持工作状态,系统吞吐量大
缺点:用户响应时间长,没有人机交互功能(提交后只能等待工作完成)
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,各个用户可通过终端与计算机交互
优点:用户请求可以被即时响应,解决了人机交互问题。允许多个用户同时使用一台计算机,相互独立
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,循环地位每个用户/作业服务一个时间片,不能区分任务的紧急性
实时操作系统
优点:能够优先响应一些紧急任务,某些紧急任务不需要时间片排队,具有及时性和可靠性
可以分为硬实时系统:必须在严格规定时间内完成处理(eg:导弹控制系统、自动驾驶系统);软实时系统:能接受偶尔违反时间规定(eg:订票系统)
其他几种操作系统
网络操作系统、分布式操作系统、个人计算机操作系统等
操作系统的运行机制和体系结构
运行机制
指令:CPU能识别、执行的最基本命令
- 特权指令:eg:内存清零指令(不允许用户程序使用)
- 非特权指令:eg:普通的运算指令
处理器状态
- 用户态(目态):CPU只能执行非特权指令
- 核心态(管态):特权指令、非特权指令均可执行
【用程序状态字寄存器(PSW)中的某标志位来标识当前处理器处于什么状态,如0位用户态,1为核心态】
程序
- 内核程序:操作系统的管理者,特权指令、非特权指令均可执行,运行在核心态
- 应用程序:为保证系统安全运行,普通应用程序只能执行非特权指令,运行在用户态
内核
内核:计算机上配置的底层软件,是最基本、核心的部分。实现操作系统内核功能的那些程序就是内核程序。