操作系统概述

计算机中的各种程序和数据共同组成软件资源，软件的运行以硬件的支持为基础，又对 硬件在性能方面进行扩充和完善。在计算机内部的数是用0和1两个二进制数字来表示的， 其中硬件内部时常需要进行诸如数据传送、算术逻辑运算、程序控制和输入/输出等基本操 作，为了完成这些操作，需要用户与硬件设备进行复杂的交互，完全由手工来操作是非常困 难的事情，还有可能造成CPU的运行效率下降或出错发生。操作系统正好可以担当此任， 它在计算机系统中占据着非常重要的位置，是构建在硬件系统之厂的系统软件，具有管理各 种硬件和软件资源的功能。

操作系统—般可定义为一组控制和管理计算机软、硬件资源，为用户提供便捷使用计算 机程序的集合。其主要作用有两个方面：对计算机系统中的各种软硬件资源进行监督、控制 和协调，从而达到管理资源的目的；方便用户使用计算机的各种资源，为用户操作计算机提 供便捷的程序和其他手段。

操作系统的发展

 

随着计算机技术的发展，操作系统经历了无操作系统方式、单道批处理方式、多道批处 理方式、分时操作系统、实时操作系统、微机操作系统和当代操作系统等几个发展过程。

1．无操作系统方式

早期的计算机并没有配置专门的操作系统，操作人员需要直接操作各种机械和电气设备 以控制计算机的运行。随着像汇编语言这样的一些低级计算机语言的出现，从而能够通过穿 孔纸带将程序输入到计算机，并进行编译和运行最终得到计算结果。这个时期，一个程序独 占整个计算机，而CPU时常处于空闲等待状态，较侵的人工操作过程形成瓶颈，因此提出 了设备和程序等资源共享的新问题。

2．单道批处理方式

操作系统最早出现于20世纪70年代中期。1976年，美国数字研究软件公司研制出8位 的CP/M(Control Program/Monitor)操作系统，实为一种控制程序或监控程序，用户使用控 制台上的键盘来控制和管理整个计算机系统，并通过管理文件信息自动存取硬盘或其他设备 文件。后来诞生了各种8位的CP/M操作系统，它们大都采用单道批处理方式控制程序的执 行。这里的“单道”代表着一次只能处理一个程序，“批处理”代表着将零散的单一任务合并为集中式批量任务一次性进行处理，从而大大简少了人工干预的次数，节省了程序的运行 时间。随着批处理控制管理程序的出现，又进步实现了程序运行的自动化管理。此时，在 使用操作系统方面对程序员和操作人员进行了明确的分工，程序员关心的是功能的实现，而 操作人员通过一套控制命令来进行具体的—卜机操作。这种方式的缺点是，一个程序执行完成 后才可以执行下—个程序，而如果程序中途出现故障，则需要重新装入和运行。

3．多道批处理方式

为了提高系统的处理能力和资源的利用率，计算机需要同时处理系统中运行着的多个程 序，系统资源不再由某个程序所独占，而为多个程序所共享，共享资源的状态由多个程序的 活动性质所共同决定，系统各部分的工作方式由简单的串行改为并发执行，这就是多道批处 理方式。其优点是可以提高内存、设备和CPU等资源的利用率，最终提高整个系统的效率； 缺点是有46e延长程序的执行时间，系统效率的提高受到一定限制。

4．分对操作系统

首先介绍一个概念——计算机终端，它主要有键盘和显示器，是计算机系统的输A／输 出设备。传统意义上的终端不进行复杂的计算工作，但可以完成对远程主机的登录、发送请 求和接受应答的任务。

分时操作系统把计算机与许多终端用户连接起来，将系统处理机时间与内存空间按一定 的时间间隔，轮流地切换给各终端用户的程序使用。分时操作系统能使一台11紫机同时为几 个、几十个甚至几百个用户服务。由于时间间隔很短，每个用户的感觉就像独占计算机一 样。

在分时操作系统中，软件的执行对时间上的要求并不严格，比如，时间上的延误或者时 序上的错误，一般不会造成灾难性的后果。它具有多路性、系统资源共享性、独立性和交互 性等特点。

分布式操作系统是为分布式计算机系统配置的操作系统。它与网络操作系统相比更注重 于任务的分布性，即把一个大任务分为若干个可以并行执行的于任务，分派到不同的处理站 点上去执行。它有强健的分布式算法和动态平衡各站点负荷的能力，是网络操作系统的更高 形式，具有强大的生命力。 集群是指一组高性能计算机通过高速网络连接起来的，在工作中像一个统一的资源，所 有结点使用单一界面的计算系统。管理集群结点的操作系统称为集群操作系统。群技术的出 现，使得使用多台Pc或工作站就可获得同大型机相匹敌的计算能力，同时成本大大降低， 从而在很多高性能计算领域内由集群完全取代大型机也将成为可能。支持集群的操作系统有 Linux、Windows server 2003 Compute Cluster Edition等

5．实时操作系统

实时操作系统是能够保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统，其首要任务是调 度一切可利用的资源完成实时控制任务，其次才是提高计算机系统的使用效率。实时操作系 统要求对事件进行实时的处理，必须在事件随机发生时，在严格的时限内做出响应，即使是 系统处在尖峰负荷下，也应如此，系统响应时间的超时就意味着系统出现致命的失败。

20世纪70年代末期，由于市场刘干个人计算机操作系统的需求，出现了微软公司的 MS-DOS操作系统。Ms-DOS操作系统具有性能优良的文件系统，但它受到Intel x86体系结 的限制，并缺乏硬件为基础的存储保护机制，因此它属于蛋用户、单任务的操作系统。

7．当代操作系统

从规模上看，操作系统向着大型和微型两个不同的方向发展着。大型系统的典型是分布 式操作系统和集群操作系统，而微机系统的典型则是嵌入式操作系统。 分布式操作系统和集群操作系统是适应计算平台，向异构、网络化演变而出现的。分布 式系统分为两类：一类是建立在多处理机上的紧密韶合分布式系统；另一类是建立在计算机 网络基础上的松散稠合分布式系统。

嵌入式操作系统(Embedded Operating System,EOS)是运行在嵌入式系统环境中，对 整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控 制的系统软件。嵌入式系统是以应用为中心，软、硬件可裁减的，适用于对功能、可靠性、 成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。具有软件代码少、高度自动化、响 应速度快等特点，特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、 相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。有代 表性的民人式操作系统，如Windows CE、嵌入式Linux等。

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