计算机导论 操作系统

7.1.2 操作系统的类型
基于不同视角，对操作系统可进行不同的分类。 基于不同视角，对操作系统可进行不同的分类。例如分为单用户 操作系统和多用户操作系统、单机操作系统和网络操作系统、 操作系统和多用户操作系统 、 单机操作系统和网络操作系统 、 集中 式操作系统和分布式操作系统、单任务操作系统和多任务操作系统、 式操作系统和分布式操作系统 、 单任务操作系统和多任务操作系统 、 单处理机操作系统和多处理机操作系统、 单处理机操作系统和多处理机操作系统 、 通用操作系统和专用操作 系统、串行操作系统和并行操作系统等。 系统、串行操作系统和并行操作系统等。 但是，从基本的技术特征来看， 但是，从基本的技术特征来看，操作系统一般分为批处理操作系 分时操作系统、实时操作系统、 统 、 分时操作系统 、 实时操作系统 、 网络操作系统和分布式操作系 统等类型。 统等类型。
7.1 操作系统概述
7.1.1 操作系统的概念 7.1.2 操作系统的类型
7.1.1 操作系统的概念
1. 什么是操作系统
操作系统的英文表示是“ system，简称OS OS”，如图7 操作系统的英文表示是“operating system，简称OS ，如图7.1 所示，是位于计算机硬件上的第一层软件， 所示，是位于计算机硬件上的第一层软件，是计算机硬件与应用程序 之间的接口，也是用户与计算机硬件之间的接口.从系统的角度来看， 之间的接口， 也是用户与计算机硬件之间的接口. 从系统的角度来看， 操作系统又是计算机系统的资源管理器。计算机系统的硬、 操作系统又是计算机系统的资源管理器。计算机系统的硬、软件资源 都是在操作系统的管理、控制和调度下运行和使用的。所以， 都是在操作系统的管理、控制和调度下运行和使用的。所以，只有配 置了操作系统，计算机系统的资源利用率和工作效率才能提高。 置了操作系统，计算机系统的资源利用率和工作效率才能提高。
调入调出也称对换或者交换，它把将要运行的作业从外存（ 调入调出也称对换或者交换，它把将要运行的作业从外存（交 换区）调入内存，而把换下的作业从内存移出，存入外存（ 换区）调入内存，而把换下的作业从内存移出，存入外存（的交换 分时系统所划分的时间片通常是几十毫秒， 区）。分时系统所划分的时间片通常是几十毫秒，按时间片轮流为 各个终端用户服务，而用户觉察不到中间的间歇， 各个终端用户服务，而用户觉察不到中间的间歇，似乎自己在单独 使用计算机。另外，由于主机的运行速度很高，虽然每一轮分给每 使用计算机。另外，由于主机的运行速度很高， 个终端只有几十毫秒的时间， 个终端只有几十毫秒的时间，但系统也能保证对用户请求的及时响 应和人机交互。总之，分时系统的特点可概括如下： 应和人机交互。总之，分时系统的特点可概括如下： (1) 同时性：各个用户可以同时在各自的终端上操作。 同时性：各个用户可以同时在各自的终端上操作。 独立性：每个终端用户对主机系统都有独占感性：用户的请求能得到及时响应。 (3) 及时性：用户的请求能得到及时响应。 交互性：用户能够通过终端设备与主机系统进行人机交互。 (4) 交互性：用户能够通过终端设备与主机系统进行人机交互。 分时操作系统是通用大、中型计算机上配置的主流操作系统。 分时操作系统是通用大 、 中型计算机上配置的主流操作系统 。 著名的UNIX操作系统就是一个典型的分时操作系统。 UNIX操作系统就是一个典型的分时操作系统 著名的UNIX操作系统就是一个典型的分时操作系统。
用 户
应用软件 操作系统 计算机硬件（裸机） 图7.1 计算机系统中的操作系统
从功能来讲，操作系统由两部分程序组成， 从功能来讲 ，操作系统由两部分程序组成，即资源管理程序 和用户服务 图6—1 计算机系统中的操作系统程序。因此可以说， 1 计算机系统中的操作系统程序。因此可以说， 操作系统是管理，控制和调度计算机硬、软件资源， 操作系统是管理，控制和调度计算机硬、软件资源，合理地组织 计算机的工作流程，又能为用户提供多种服务的一种程序系统。 计算机的工作流程，又能为用户提供多种服务的一种程序系统。 2. 为什么需要操作系统 从效果上看，操作系统既能提高计算机系统的工作效率， 从效果上看，操作系统既能提高计算机系统的工作效率，又能 方便用户使用计算机。因此，几乎所有的计算机都配有操作系统。 方便用户使用计算机。因此，几乎所有的计算机都配有操作系统。 如果没有操作系统，那么计算机就要退回到当初的原始状态去， 如果没有操作系统，那么计算机就要退回到当初的原始状态去，即 一个用户独占一台计算机，系统只能执行一道程序，CPU与外设串 一个用户独占一台计算机，系统只能执行一道程序，CPU与外设串 行工作；在程序运行时需要用户不停地干预， 行工作；在程序运行时需要用户不停地干预，输入输出时需要用户 进行手工操作，等等。 进行手工操作，等等。 正是有了操作系统，计算机的工作效率、 正是有了操作系统，计算机的工作效率、自动化程度和方便性 才有了大幅度的改善和提高，计算机硬件的作用才得以充分发挥。 才有了大幅度的改善和提高，计算机硬件的作用才得以充分发挥。 因此可以说，没有操作系统，就没有计算机辉煌的今天。 因此可以说，没有操作系统，就没有计算机辉煌的今天。
⑵ 共享性
共享性就是资源共享， 即计算机系统中的硬、 共享性就是资源共享 ， 即计算机系统中的硬 、 软件资源供所 有授权程序或用户共同使用。实际上，由于系统中的资源有限， 有授权程序或用户共同使用。实际上，由于系统中的资源有限， 当多道程序并发执行时，必然要共享系统中的硬、软件资源。 当多道程序并发执行时，必然要共享系统中的硬、软件资源。所 程序并发执行必然依赖于资源共享机制的支持。 以，程序并发执行必然依赖于资源共享机制的支持。
1. 批处理操作系统 2. 分时操作系统 3. 实时操作系统
4. 网络操作系统 5．分布式操作系统
1. 批处理操作系统
批处理操作系统简称批处理系统，其基本特征是“ 批处理操作系统简称批处理系统，其基本特征是“批 量处理” 所谓批量处理， 量处理”。所谓批量处理，就是把外存储器上的若干个作 业作为一批, 串行或者并行调度, 分配内存和处理机, 业作为一批, 串行或者并行调度, 分配内存和处理机, 然 后输出结果。在批处理过程中，用户不能干预。 后输出结果。在批处理过程中，用户不能干预。 批处理操作系统又分为单道批处理和多道批处理。单 批处理操作系统又分为单道批处理和多道批处理 。 道批处理就是将一批作业依次调入内存，串行处理， 道批处理就是将一批作业依次调入内存 ， 串行处理 ， 所以 设备利用率低和工作效率不高。 设备利用率低和工作效率不高 。 多道批处理是以并行方式 处理作业，一次调入多个作业，并行处理， 处理作业 ， 一次调入多个作业 ， 并行处理 ， 所以设备利用 率和工作效率都得到提高。 率和工作效率都得到提高。
⑶ 虚拟性
所谓虚拟， 是采用某种方法把一个物理实体映射为一个或者 所谓虚拟 ， 多个逻辑实体。前者是客观存在的， 多个逻辑实体。前者是客观存在的，后者只是在感觉或效果上存 例如在多道程序系统中，虽然只有一个CPU CPU， 在 。 例如在多道程序系统中 ， 虽然只有一个 CPU ， 每次只能执行 一道程序；但是采用多道程序技术后，在一段时间内，宏观上看， 一道程序；但是采用多道程序技术后， 在一段时间内，宏观上看， 有多个程序在运行，似乎是多个CPU在运行各自的程序。 CPU在运行各自的程序 有多个程序在运行 ， 似乎是多个 CPU 在运行各自的程序 。 也就是 一个物理上的CPU虚拟为多个逻辑上的CPU 即虚拟处理机。 CPU虚拟为多个逻辑上的CPU， 说，一个物理上的CPU虚拟为多个逻辑上的CPU，即虚拟处理机。 类似的还有虚拟存储器、虚拟外围设备等。 类似的还有虚拟存储器、虚拟外围设备等。
3. 操作系统的特征 为了提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力， 为了提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，最大限度地 提高资源利用率，并方便用户使用， 提高资源利用率，并方便用户使用，现代操作系统广泛采用了并行 操作技术，使硬件和软件并行工作。例如， 操作技术，使硬件和软件并行工作。例如，I/O操作和计算同时进行， 操作和计算同时进行， 在内存中同时存放多道程序等。因此， 在内存中同时存放多道程序等。因此，以多道程序为基础的现代操 作系统具有以下特征： 作系统具有以下特征： (1) 并发性 并发是两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。 并发是两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。对于程序 而言，并发也就是多道程序在同一时间间隔内同时执行。 而言，并发也就是多道程序在同一时间间隔内同时执行。对于单处 理机系统而言， 理机系统而言，程序并发执行实际上是多道程序在一个很小的时间 段内交替执行。而宏观上看，它们似乎是在同时进行，即并发执行。 段内交替执行。而宏观上看，它们似乎是在同时进行，即并发执行。 实现并发性，使操作系统变得复杂。因为要考虑， 实现并发性，使操作系统变得复杂。因为要考虑，如何从一个 程序转到另一个程序，如何保护一个程序不受另一个程序侵扰， 程序转到另一个程序，如何保护一个程序不受另一个程序侵扰，以 及如何实现相互制约等。 及如何实现相互制约等。
2. 分时操作系统
分时操作系统是把一个时间段分为若干个时间片（ 分时操作系统是把一个时间段分为若干个时间片 （ 即更小 的时间段） 的时间段 ） ， 使多个用户仅用各自所分配到的时间片轮流地使 用计算机。要实现这种分时功能，必须有相应的硬件支持。 用计算机 。 要实现这种分时功能 ， 必须有相应的硬件支持 。 支 持分时操作系统的计算机硬件系统称为分时计算机系统， 持分时操作系统的计算机硬件系统称为分时计算机系统 ， 它是 一台主机连接若干台终端的计算机系统。所以， 一台主机连接若干台终端的计算机系统 。 所以 ， 分时操作系统 和分时计算机系统都可简称分时系统。 和分时计算机系统都可简称分时系统。 分时系统在运行期间要不停地进行作业（或任务） 分时系统在运行期间要不停地进行作业 （ 或任务 ） 的切换 和调入调出。所谓作业切换，是指CPU CPU上的作业以既定的时间片 和调入调出。所谓作业切换，是指CPU上的作业以既定的时间片 为期限进行轮换，一个作业一次只能用一个时间片在CPU CPU上运行 为期限进行轮换，一个作业一次只能用一个时间片在CPU上运行 一旦时间片用完，立即撤下，而不管它是否运行完毕。 ， 一旦时间片用完 ， 立即撤下 ， 而不管它是否运行完毕 。 然后 换上下一个作业继续运行。但从任务切换来看， 换上下一个作业继续运行 。 但从任务切换来看 ， 分时系统与多 道批处理系统有类似之处。 道批处理系统有类似之处。