操作系统的主要基本类型(操作系统的类型)(1)

操作系统(Operating System,OS)是计算机系统中必不可少的核心系统软件其他软件(如编辑程序、汇编程序、编译程序、数据库管理系统等系统软件,以及大量的应用软件)是建立在操作系统的基础上,并在操作系统的统一管理和支持下运行。操作系统是用户与计算机之间的桥梁,用户可以通过操作系统提供的功能访问计算机系统中的软硬件资源。

1、操作系统的作用、特征与功能

操作系统的作用是通过资源管理提高计算机系统的效率,改善人机界面为用户提供友好的工作环境。操作系统能有效的组织和管理系统中的各种软、硬件资源,合理地组织计算机系统工作流程,控制程序的执行,并且向用户提供一个良好的工作环境和友好的接口。

操作系统的4个特征是并发性共享性虚拟性不确定性。从资源管理的观点来看,操作系统的功能可分为5大部分:处理机管理文件管理存储管理设备管理作业管理

(1)进程管理:实质上是对进程的执行“时间”进行管理,采用多道程序等技术将CPU的时间合理地分配给每个任务。主要包括进程控制、进程同步、进程通信、进程调度。

(2)文件管理:主要包括文件存储空间管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。

(3)存储管理:是对主存储器“空间”进行管理,主要包括存储分配与回收、存储保护、地址映射(变换)和主存扩充。

(4)设备管理:实质是对硬件设备的管理,包括对输入/输出设备的分配、启动、完成和回收。

(5)作业管理:包括任务、界面管理、人机交互、图形界面、语音控制和虚拟现实等。

操作系统提供系统命令级的接口,供用户组织和控制自己的作业运行。操作系统还提供编程一级接口,供用户程序和系统程序调用操作系统功能。

2、操作系统的类型

操作系统分为批处理操作系统分时操作系统实时操作系统网络操作系统分布式操作系统微机操作系统嵌入式操作系统

(1)批处理操作系统

批处理操作系统分为单道批处理和多道批处理。

单道批处理操作系统可以提交多个作业,“单道”的含义是指一次只有一个作业装入内存执行。当一个作业运行结束后,随即自动调入同批的下一个作业,从而节省了作业之间的人工干预时间,提高了资源的利用率。

多道批处理操作系统允许多个作业装入内存执行,将主机与外部设备的工作由串行改变为并行,避免等待而浪费时间。主要有三个特点:多道、宏观上并行运行、微观上串行运行。

(2)分时操作系统

在分时操作系统中,一个计算机系统与多个终端设备连接。分时操作系统是将CPU的工作时间划分为许多很短的时间片,轮流为各个终端的用户服务。例如:一个带20个终端的分时系统,若每个用户每次分配一个50ms的时间片,则每间隔1s即可为所有用户服务一遍。所以尽管各个终端上的作业是断续地运行的,但由于操作系统每次对用户程序都能做出及时的响应,因此用户感觉整个系统均归其一人占用。

分时系统主要有4个特点:多路性、独立性、交互性和及时性

(3)实时操作系统

实时是指计算机对于外来信息能够以足够快的速度进行处理,并在被控对象允许的时间范围内做出快速反应。实时系统对交互能力要求不高,但要求可靠性有保障。

实时系统分为实时控制系统实时信息处理系统。实时控制系统主要用于生产过程的自动控制,如飞机的自动驾驶等。实时信息处理系统主要用于实时处理信息,如飞机订票系统等。

实时系统与分时系统除了应用的环境不同,主要区别为:

系统的设计目标不同:分时系统是设计成一个多用户的通用系统;而是实时系统大都是专用系统。

交互性的强弱不同:分时系统是多用户的通用系统,交互能力强;而实时系统仅允许操作并访问有限的专用程序,不能随便修改,交互能力差。

响应时间的敏感程度不同。分时系统是以用户能接收的等待时间为系统的设计依据,而实时系统是以被测物体所能接受的延迟为系统设计依据,因此,实时系统对响应时间的敏感程度更强。

(4)网络操作系统

网络操作系统是使联网计算机能方便而有效地共享资源,为网络用户提供各种服务的软件有关协议的集合。因此,网络操作系统的功能主要包括高效、可靠的网络通信;对网络中共享资源的有效管理;提供电子邮件、文件传输、共享硬盘和打印机等服务;网络安全管理,提供互操作能力。

主要的网络操作系统有UNIX、Linux和各种版本的Windows Server系统等。

(5)分布式操作系统

分布式计算机系统是由多个分散的计算机连接而成的计算机系统,系统中的计算机无主次之分,任意两台计算机可以通过通信交换。通常,为分布式计算机系统配置的操作系统。

分布式操作系统能直接对系统中各类资源进行动态分配和调度、任务划分、信息传输协调工作,并为用户提供一个统一的界面,标准的接口,用户通过这一界面实现所需要的操作和使用系统资源,使系统中若干台计算机相互协作完成共同的任务,有效控制和协调任务的并行执行,并向系统提供统一、有效的接口的软件集合。

分布式操作系统使网络系统的更高级形式,它保持网络系统所拥有的全部功能,同时又有透明性、可靠性和高性能等特性。

(6)微机操作系统

常用的微机操作系统有各种版本的Windows、Linux等。Windows操作系统是Microsoft公司开发的图形用户界面、多任务、多线程操作系统。Linux是一套免费使用和自由传播的类UNIX操作系统,由世界各地成千上万的程序员设计和实现,其目的是建立不受任何商品化软件版权制约的、全世界都能自由使用的UNIX兼容产品。

(7)嵌入式操作系统

嵌入式操作系统运行在嵌入式智能芯片环境中,对整个智能芯片以及他所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、处理指挥和控制。

它的主要特点有:

微型化:从性能和成本角度考虑,希望占用资源和系统代码量少,如内存少、子长短、运行速度有限、能源少。

可定制:从减少成本和缩短研发周期考虑,要求嵌入式操作系统能运行在不同的微处理平台上,能针对硬件变化进行结构与功能上的配置,以满足不同应用需要。

实时性:嵌入式操作系统主要应用于过程控制、数据采集、传输通信、多媒体信息及关键要害领域需要迅速响应的场合,所以对实时性要求高。

可靠性:系统构件、模块和体系结构必须达到应有的可靠性,对关键要害应用还要提供容错和防故障措施。

易移植性:为了提高系统的易移植性,通常采用硬件抽象层和板级支撑包的底层设计技术。

嵌入式操作系统有很多,常见的有WindowsCE、Vxworks、Palm OS和eCos等。

3、促使操作系统发展的因素

促使操作系统发展的因素主要有三个方面:第一,硬件的不断升级与新的硬件产品出现,需要操作系统提供更多、更复杂的支持;第二,新的服务需求,操作系统为了满足系统管理者和用户需求,需要不断地扩大服务范围;第三,修补操作系统自身的错误,操作系统在运行的过程中其自身的错误也会不断地被发现,因此需要不断地修补操作系统自身的错误(补丁)。需要说明的是,在修补的过程中可能会产生新的错误。

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