五大類型操作系統
(1). 批處理操作系統
- 用戶脫機使用計算機
- 用戶提交作業之后直到獲得結果之前就不再和計算機打交道。
- 作業提交的方式可以是直接交給計算中心的管理操作員，也可以是通過遠程通訊線路提交。
- 提交的作業由系統外存收容成為后備作業。
- 成批處理
- 操作員把用戶提交的作業分批進行處理
- 每批中的作業將由操作系統或監督程序負責作業間自動調度執行。
- 多道程序運行
- 按多道程序設計的調度原則, 從一批后背作業中選取多道作業調入內存並組織它們運行, 成為多道批處理。
(2). 分時操作系統 (Linux, Windows其實都是)
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特點:
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交互性
- 用戶可以在程序動態運行情況下對其加以控制。
- 其次, 用戶上機提交作業方便。
- 分時系統還為用戶之間進行合作提供方便。
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多用戶同時性
- 多個用戶同時在自己的終端上上機, 共享CPU和其他資源, 充分發揮系統的效率。
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獨立性
- 客觀效果上用戶彼此間感覺不到有別人也在適用該台計算機, 如同自己獨占計算機一樣。
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(3). 實時操作系統(嵌入式, 冰箱, 空調等家電的系統)
- 特點
- 實時時鍾管理(定時處理和延時處理)。
- 連續的人 - 機對話(必要的)
- 要求采取過載保護措施。
- 例如對於短期過載, 把輸入任務按一定的策略在緩沖區排隊(自旋?), 等待調度。
- 對於持續性過載, 可能要拒絕某些任務的輸入。
- 在實時控制系統中, 則及時處理某些任務, 放棄某些任務或降低對某些任務的服務頻率。
- 高度可靠性和安全性采取冗余措施。雙機系統前后台工作, 包括必要的保密措施等。
(4). 網絡操作系統
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特點:
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計算機網絡是一個互連的計算機系統的群體。
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這些計算機都是自治的, 每台計算機有自己的操作系統, 各自獨立工作, 它們在網絡協議控制下協同工作。
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系統互連要通過通信設施(硬件、軟件來實現)。
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系統通過通信設施執行信息交換、資源共享、互操作和協作處理, 實現多種應用要求。
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(5). 分布式操作系統
- 特點:
- 計算機網絡的開發都遵循協議，而對於各種分布式系統並沒有制定標准的協議。(計算機網絡也可被認為是一種分布式操作系統)
- 分布式系統要求一個統一的操作系統, 來實現系統操作的統一性
- 分布式操作系統對用戶是透明的
- 但對計算機網絡，若一個計算機上的用戶希望使用另一台計算機上的資源，則必須明確指明是哪台計算機。
- 分布式系統的基礎是網絡。分布式系統已不僅是一個物理上的松散耦合系統, 同時還是一個邏輯上緊密耦合的系統。
- 分布式系統還處在研究階段。而計算機網絡已經在各個領域得到廣泛的應用。
操作系統結構
(1). 單結構 （i.e. DOS)
- 不同的功能歸類為不同的功能塊，每個功能塊相對獨立，它們通過一定的方式進行聯系，不同的功能塊可以相互調用它們提供的服務。這樣，整個操作系統就像是一個巨大的單一體，運行在系統的內核態下，為用戶提供服務。
- 由於單結構系統的功能塊之間結構復雜，修改某一功能塊將導致其他功能塊的修改，從而導致操作系統設計開發的困難。
(2). 分層結構
- 將操作系統分成若干層，低層次的功能為其上一個層次的功能提供服務，而高層次的層尤為更高一個層次的功能提供服務。
- 操作系統的所有功能都在內核態下運行，而從用戶態轉化為內核態需要一定的時間成本，這樣造成了操作系統效率的嫡系。
- 內核態運行的程序可以訪問所有的系統資源，隨着操作系統越來越大，設計可靠和安全的操作系統將變得異常困難。
(3). 微內核 （i.e. unix)
- 目標是建立基於消息傳送機制的最小內核，以便在此基礎上建造對其他操作系統的模擬層來模擬其他操作系統的特性。
- 微內核的有優點是大大提高了操作系統的兼容性，使得基於微內核的操作系統能夠模擬其他操作系統的特性，從而支持許多運行於其他操作系統上的應用程序。
(4). 模塊化方法 (i.e. linux)
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使用面向對象技術創建模塊化內核。
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采用模塊化結構的操作系統由一些不同功能的結構模塊集合組成。
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每一個模塊實現一個特定的功能，如調度、文件系統、設備驅動等等，並且這些模塊可以根據需要自動進行加載和卸載。
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本質上，一個模塊就是內核在運行時可以鏈接或者斷開鏈接的一個對象文件。
現代操作系統的基本特征
(1). 並發性(Concurrency)
- 並發: 在某一段時間間隔內，宏觀上有多個程序在同時運行的狀態。
- 並行: 在某一段時間間隔內，宏觀上有多個程序在同時運行的狀態。
(2). 共享性(Sharing)
- 多個用戶或者程序共享操作系統中的軟硬件資源。共享可以提高各種系統資源的使用效率。
- 由於共享資源屬性不同，產生了不同的共享方式：
- 互斥共享方式（Mutual Exclusive）：一段時間內只允許一個程序訪問資源。互斥共享的設備有打印機、磁帶機、繪圖儀等等。
- 同時訪問方式：允許一段時間內有多個程序同時對它們進行訪問。有些快速設備，如磁盤，盡管也只能讓多個程序串行訪問，但由於程序訪問和釋放資源的時間較短，在宏觀上可以看成是同時共享。另外，只讀數據和數據結構、只讀文件和可執行文件等軟件資源也可以同時共享。
- 共享性和並發性相互依存，有一定的依賴關系，它們是操作系統最基本的兩個特征。
(3). 虛擬性(Virtuality)
- 指通過某種技術把一個物理實體變成若干邏輯上的對應物。
- 操作系統也用到了很多虛擬技術來改善系統的性能，如虛擬存儲，是為了提高內存利用率，在內存中部分裝入程序，其余部分放在虛擬內存，也就是硬盤的一部分。
- SPOOLING技術則是為了減小等待和請求的重復申請，允許硬件設備虛擬為多台虛擬設備，實現脫機工作的方式。
(4). 異步性(Asynchronism)
- 指系統中的多個程序以不可預知的速度向前推進。
- 由於系統中的處理器資源往往是稀缺的，因此程序的執行不可能一氣呵成，而是以走走停停的方式運行的。