操作系统发展史

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操作系统功能：

　　负责管理计算机的硬件和软件资源，提供应用程序操作硬件的统一接口，同时负责调度、执行应用程序，有了操作系统，我们才能更方便的使用计算机充分利用计算机资源。

操作系统发展史（CPU利用率提高史）：

　　1、打孔纸带时代：

                                                               

　　　　在计算机发展的初期，人们使用计算机的方式是把记录程序和数据的打孔纸带利用输入机输入到计算机的内存当中去执行，执行完毕后打印输出结果。第二个人如果需要使用计算机，需要执行与第一个人相同的步骤并且他们的操作不能有任何时间上的交叉。

　　　　缺点：用户独占机器，CPU等待手工操作，CPU利用不充分。

　　2、批处理时代：

　　　　批处理：加载在计算机上的一个系统软件（监督程序），在它的控制下，计算机能够自动的成批的处理一个或者多个用户的作业（作业指的是程序、数据和命令）

　　　　1、联机批处理：

　　　　　　

　　　　　　在输入机和计算机主机之间增加磁带作为存储，在监督程序的管理下，输入机成批的将作业输入到磁带中，主机会逐个将作业读取到内存中执行并且将结果在输出机上输出。完成了上一批作业后，监督程序又从输入机上输入另一批作业，保存在磁带上，并按上述步骤重复处理。这种模式下虽然减少了用户输入所耗费的时间，但是计算机在作业输入和结果输出时，主机的高速CPU仍处于空闲状态，等待慢速的输入/输出设备完成工作： 主机处于“忙等”状态。

　　　　

　　　　2、脱机批处理：

　　　　      

　　　　　　　　脱机批处理也是批处理的一种形式，它的效率相对于联机批处理要来的高一些。它增加了卫星机专门用于输入输出操作。主机不是直接与慢速的输入/输出设备打交道，而是与速度相对较快的磁带机发生关系，有效缓解了主机与设备的矛盾。主机与卫星机可并行工作，二者分工明确，可以充分发挥主机的高速计算能力。但是每次主机内存中还是能仅存放一道作业，每当它运行期间发出输入/输出（I/O）请求后，高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态，致使CPU空闲。

　　3、多道程序系统

 　　　　上面的计算机运行机制中都是单个程序从加载到内存到执行结束时独占CPU的，因为上面的处理机制全都属于单道程序系统，同时只能加载一个程序到内存之中，因此上面的方式执行程序无论如何都无法做到高效率的使用CPU（发生IO操作时无法切换执行其他的程序）

　　　　　　

　　　　为了进一步利用程序IO所消耗的时间，后来人们开始使用多道程序系统来管理计算机，现代操作做系统大多都是基于多到操作系统而来的。多道程序有几个特点：　

　　　　　　1、多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；

　　　　　　2、宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；

　　　　　　3、微观上串行：实际上，各道程序轮流地用CPU，并交替运行。　　

　　　　多道程序系统的出现，标志着操作系统渐趋成熟的阶段，先后出现了作业调度管理、处理机管理、存储器管理、外部设备管理、文件系统管理等功能。

　　　　由于多个程序同时在计算机中运行，开始有了空间隔离的概念，只有内存空间的隔离，才能让数据更加安全、稳定。

　　　　除了空间隔离之外，多道技术还第一次体现了时空复用的特点，遇到IO操作就切换程序，使得cpu的利用率提高了，计算机的工作效率也随之提高。

 

　　4、分时系统

　　　　多道程序的特点是遇到io即切换，并且程序在执行过程中无法与用户进行交互。为了解决这个程序切换的问题，后来出现了分时系统。由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算机可同时连接多个用户终端，而每个用户可在自己的终端上联机使用计算机，好象自己独占机器一样。分时系统的特点有：　

　　　　　　1、多路性。若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机；宏观上看是各用户并行工作。

　　　　　　2、交互性。用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式，明显地有别于批处理系统，因而，分时系统又被称为交互式系统。

　　　　　　3、独立性。用户之间可以相互独立操作，互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏现象。

　　　　　　4、及时性。系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间，它是指：从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。

　　

　　5、实时操作系统　　　

　　　　虽然多道批处理系统和分时系统能获得较令人满意的资源利用率和系统响应时间，但却不能满足实时控制与实时信息处理两个应用领域的需求。于是就产生了实时系统，即系统能够及时响应随机发生的外部事件，并在严格的时间范围内完成对该事件的处理。

实时系统在一个特定的应用中常作为一种控制设备来使用。

　　 　　 实时系统可分成两类：

　　  　　　　（1）实时控制系统。当用于飞机飞行、导弹发射等的自动控制时，要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据，及时地对飞机或导弹进行控制，或将有关信息通过显示终端提供给决策人员。当用于轧钢、石化等工业生产过程控制时，也要求计算机能及时处理由各类传感器送来的数据，然后控制相应的执行机构。

　　  　　　　（2）实时信息处理系统。当用于预定飞机票、查询有关航班、航线、票价等事宜时，或当用于银行系统、情报检索系统时，都要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。此类对响应及时性的要求稍弱于第一类。

　　　　实时操作系统的主要特点：

　　　　　　（1）及时响应。每一个信息接收、分析处理和发送的过程必须在严格的时间限制内完成。

　　　　　　（2）高可靠性。需采取冗余措施，双机系统前后台工作，也包括必要的保密措施等。

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