介紹了三種傳統的操作系統類型:多通道批處理系統、分時系統和實時系統。隨著計算機體系結構的發展和應用需求的擴大,出現了許多類型的操作系統,如網絡操作系統、個人計算機操作系統、分布式操作系統和嵌入式操作系統。這些系統各有特點,適用于不同領域的應用。
(一)多道批處理系統
多通道批處理系統的一般工作流程如下:操作員將用戶提交的作業卡放在讀卡器上,通過假脫機輸入程序將這些作業及時發送到可直接訪問的備份存儲器(如磁盤)中;作業調度器根據系統的當前情況、每個備份作業的特點和一定的調度原則,選擇一個或幾個適當匹配的作業加載到內存中運行;在內存中,多個作業交替執行。當一個作業完成后,系統將該作業的計算結果交給假脫機輸出程序輸出,并回收該作業的所有資源。重復以上步驟,讓每一個作業一個接一個的流入系統。處理后,它們逐一退出系統,形成一個連續的工作流程。圖1-5顯示了多通道批處理系統中的作業流程。
圖1-5多通道批處理系統中的作業流
多遍批處理系統有兩個特點:一是“多遍”,二是“批處理”。“多道”表示多個作業存儲在內部存儲器中,大量備份作業存儲在外部存儲器中。因此,該系統的調度原理相當靈活,很容易選擇一批合理匹配的作業轉移到內存中運行,可以充分發揮系統資源的利用率,增加系統的吞吐量。“成批”的特點是系統批量管理作業。也就是說,在系統運行期間,不允許用戶和機器之間的交互。也就是說,用戶一旦向系統提交作業,就不能直接干預作業的運行。只有在工作完成后,他才能根據輸出結果分析其操作,并確定下一個計算機任務。因此,用戶必須根據操作中可能出現的各種情況,在操作說明中提前指定相應的措施。
多程批處理系統的主要優點是:系統資源利用率高;系統吞吐量很大。缺點是:用戶作業等待時間長,往往幾十分鐘、幾小時甚至幾天;沒有交互能力,用戶無法干涉自己作業的操作,使用不便。
(二)分時系統
針對批處理系統的上述問題,人們提出了分時系統,如六七十年代的MULTICS和UNIX系統。它允許用戶通過終端設備在線使用計算機,這是一種比早期的手動操作模式更先進的在線操作模式。分時系統如圖1-6所示。
圖1-6分時系統示意圖
在分時系統中,分時主要指幾個并發程序共享CPU時間。它是由系統軟件實現的。共享的時間單位叫做時間片,它往往很短,比如幾十毫秒。這種分時的實現需要中斷機制和時鐘系統的支持。CPU時間由時鐘系統分成時間片,每個時間片由操作系統依次分配給每個并發程序,每個程序一次只能運行一個時間片。當時間片計數完畢時,產生一個時鐘中斷,控制權轉交給操作系統。操作系統選擇另一個程序,給它一個時間片讓它運行。到達時間,再次中斷,重新選擇程序(或作業)運行,以此類推。相比人的感覺,這個時間片很短,往往能在幾秒鐘內響應用戶的命令,讓系統上的所有用戶都覺得整個系統只為自己服務,并沒有感覺到其他用戶也在電腦上。
分時系統的基本特征可以概括為四點:
同時性:幾個用戶可以同時使用計算機系統;
(2)交互性:用戶可以方便地與系統進行人機對話;
獨立性:系統中所有用戶可以相互獨立操作,互不干擾,互不破壞;
及時性
分時系統有許多優點,這使它發展迅速。其優點有:為用戶提供了友好的界面,即用戶可以在短時間內得到響應,并可以通過對話的方式完成編程、調試、修改、運算和計算結果。促進了計算機的普及。一個分時系統可以帶多個終端,供遠近多個用戶同時使用,為教學和辦公自動化提供了極大的便利。便于資源共享和信息交流,為軟件開發和工程設計提供了良好的環境。
(三)實時系統
在計算機的某些應用領域,要求對實時采樣的數據進行及時(即時)的處理并做出相應的響應。如果超過限定時間,信息可能會丟失或影響下一批信息的處理。比如衛星發射過程中,各種情況都要馬上分析處理。這類系統比較特殊,其對實時響應的要求是批處理系統和分時系統無法滿足的,于是人們設計開發了實時操作系統(簡稱實時系統)。常見的實時系統有QNX、VxWorks、RTLinux等。
實時系統有三種典型的應用形式,即過程控制系統,信息查詢系統和事務處理系統.
過程控制系統。應該
系統用于工業生產的自動控制,從被控過程中按時獲得輸入信息。例如,在化學反應過程中采集的溫度數據,當溫度高于正常值時,可降低供熱用的電壓,使溫度下降,這種操作不斷循環反復,使被控過程始終按預期要求工作。在飛機飛行、導彈發射過程中的自動控制也是如此。②信息查詢系統。該系統的主要特點是配置有大型文件系統或數據庫,并具有向用戶提供簡單、方便、快速查詢的能力。例如倉庫管理系統和醫護信息系統。當用戶提出某種信息要求后,系統通過查找數據庫獲得有關信息,并立即回送給用戶。整個響應過程應在相當短的時間內完成(比如不超過一分鐘)。
③事務處理系統。該系統的特點是數據庫中的數據隨時都可能更新,用戶和系統之間頻繁地進行交互作用。典型應用例子是飛機票預定和銀行財務往來。事務處理系統不僅應有實時性,而且當多個用戶同時使用該系統時,應能避免用戶相互沖突,使各個用戶感覺是單獨使用該系統。
實時系統與分時系統的區別是:
靠前,分時系統提供一種隨時可供多個用戶使用的、通用性很強的計算機系統,用戶與系統之間具有較強的交互作用或會話能力;而實時系統的交互作用能力相對來說較差。一般,實時系統是具有特殊用途的專用系統。僅允許終端操作員訪問數量有限的專用程序,即命令較簡單。操作員不能書寫程序或修改一組已存在的程序。
第二,分時系統對響應時間的要求是以人們能接受的等待時間為依據的,其數量級通常規定為秒;而實時系統對響應時間一般有嚴格要求,它是以控制過程或信息處理過程所能接受的延遲來確定的,其數量級可達毫秒,甚至微秒級。
第三,雖然分時系統也要求系統可靠,但實時系統對可靠性的要求更高。因為實時系統控制、管理的目標往往是重要的經濟、軍事、商業目標,而且現場立即進行處理,任何差錯都可能帶來巨大的經濟損失,甚至引發災難性的后果。因此,在實時系統中必須采取相應的硬件和軟件措施,來提高系統的可靠性,如在硬件上采取雙機工作方式,軟件加入多種安全保護措施等。
(四)網絡操作系統
在信息時代離不開計算機網絡,特別是Internet的廣泛應用正在改變著人們的觀念和社會生活的方方面面。每天有上億人次通過網絡傳遞郵件、查閱資料、搜尋信息,以及網上訂票、網上購物等等。
為了實現異地計算機之間的數據通信和資源共享,可以將分布在各處的計算機和終端設備通過數據通信系統聯結在一起,構成一個更大的系統,這就是計算機網絡。計算機網絡需要兩大支柱――計算機技術和通信技術。計算機網絡是這兩大技術相互結合的產物。
計算機網絡具有如下特征:
計算機網絡要有一個網絡操作系統(NOS)對整個網絡實施管理,并為用戶提供統一的、方便的網絡接口。網絡操作系統一般建立在各個主機的本地操作系統基礎之上,其功能是實現網絡通信、資源共享和保護,以及提供網絡服務和網絡接口等。網絡操作系統是用戶(或用戶程序)與本地操作系統之間的接口,網絡用戶只有通過它才能獲得網絡所提供的各種服務。由于網絡操作系統是運行在服務器之上的,所以有時我們也把它稱之為服務器操作系統。
網絡操作系統與運行在工作站上的單用戶操作系統(如WINDOWS98等)或多用戶操作系統相比,因所提供的服務類型不同而有差別。一般情況下,網絡操作系統是以使網絡相關特性優秀為目的,如共享數據文件、軟件應用以及共享硬盤、打印機、調制解調器、掃描儀和傳真機等。
目前常用的網絡操作系統主要分為四大流派:WindowsServer、Netware、Unix、Linux。