[每天五分钟,备战架构师]操作系统类型和结构

大江小浪2018-11-08 18:51:31

计算机系统由硬件和软件两部分组成。操作系统是计算机系统中最基本的系统软件,它既管理计算机系统的软、硬件资源,又控制程序的执行。操作系统随着计算机研究和应用的发展逐步形成并日趋成熟,它为用户使用计算机提供了一个良好的环境,从而使用户能充分利用计算机资源,提高系统的效率。操作系统的基本类型有:批处理操作系统、分时操作系统和实时操作系统。从资源管理的角度看,操作系统主要是对处理器、存储器、文件、设备和作业进行管理。

操作系统的定义

操作系统(Operating System,OS)是计算机系统中的核心系统软件,负责管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源,合理地组织计算机工作流程和有效地利用资源,在计算机与用户之间起接口的作用。操作系统为用户提供的接口表现形式一般为:命令、菜单、窗口之类的,而操作系统为应用程序提供的接口为 API。

操作系统的分类

按照操作系统的功能划分

1. 批处理操作系统

批处理 (BatchProcessing) 操作系统的工作方式是:用户将作业交给系统操作员,系统操作员将许多用户的作业组成一批作业,之后输入到计算机中,在系统中形成一个自动转接的连续的作业流,然后启动操作系统,系统自动、依次执行每个作业。最后由操作员将作业结果交给用户。

批处理操作系统的特点是:多道和成批处理。

2. 分时操作系统

分时(TimeSharing)操作系统的工作方式是:一台主机连接了若干个终端,每个终端有一个用户在使用。用户交互式地向系统提出命令请求,系统接受每个用户的命令,采用时间片轮转方式处理服务请求,并通过交互方式在终端上向用户显示结果。用户根据上步结果发出下道命。分时操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间片。操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户服务。每个用户轮流使用一个时间片而使每个用户并不感到有别的用户存在。

分时系统具有多路性、交互性、“独占”性和及时性的特征。

多路性指,伺时有多个用户使用一台计算机,宏观上看是多个人同时使用一个CPU,微观上是多个人在不同时刻轮流使用CPU。

交互性是指,用户根据系统响应结果进一步提出新请求(用户直接干预每一步)。

“独占”性是指,用户感觉不到计算机为其他人服务,就像整个系统为他所独占。

及时性指,系统对用户提出的请求及时响应。它支持位于不同终端的多个用户同时使用一台计算机,彼此独立互不干扰,用户感到好像一台计算机全为他所用。

常见的通用操作系统是分时系统与批处理系统的结合。其原则是:分时优先,批处理在后。“前台”响应需频繁交互的作业,如终端的要求;“后台”处理时间性要求不强的作业。

3. 实时操作系统

实时操作系统(RealTimeOperatingSystem,RTOS)是指使计算机能及时响应外部事件的请求在规定的严格时间内完成对该事件的处理,并控制所有实时设备和实时任务协调一致地工作的操作系统。实时操作系统要追求的目标是:对外部请求在严格时间范围内做出反应,有高可靠性和完整性。其主要特点是资源的分配和调度首先要考虑实时性然后才是效率。此外,实时操作系统应有较强的容错能力。

4. 网络操作系统

网络操作系统是基于计算机网络的,是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的软件,包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。其目标是相互通信及资源共享。在其支持下,网络中的各台计算机能互相通信和共享资源。其主要特点是与网络的硬件相结合来完成网络的通信任务。

5. 分布式操作系统

大量的计算机通过网络被连结在一起,可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。这种系统被称作分布式系统(DistributedSystem)。它在资源管理,通信控制和操作系统的结构等方面都与其他操作系统有较大的区别。由于分布计算机系统的资源分布于系统的不同计算机上,操作系统对用户的资源需求不能像一般的操作系统那样等待有资源时直接分配的简单做法而是要在系统的各台计算机上搜索,找到所需资源后才可进行分配。对于有些资源,如具有多个副本的文件,还必须考虑一致性。所谓一致性是指若干个用户对同一个文件所同时读出的数据是一致的。为了保证一致性,操作系统须控制文件的读、写、操作,使得多个用户可同时读一个文件,而任一时刻最多只能有一个用户在修改文件。分布操作系统的通信功能类似于网络操作系统。由于分布计算机系统不像网络分布得很广,同时分布操作系统还要支持并行处理,因此它提供的通信机制和网络操作系统提供的有所不同,它要求通信速度高。分布操作系统的结构也不同于其他操作系统,它分布于系统的各台计算机上,能并行地处理用户的各种需求,有较强的容错能力。

6. 嵌入式操作系统

嵌入式操作系统(Embedded Operating System,简称:EOS)是指用于嵌入式系统的操作系统。嵌入式操作系统是一种用途广泛的系统软件,通常包括与硬件相关的底层驱动软件、系统内核、设备驱动接口、通信协议、图形界面、标准化浏览器等。嵌入式操作系统负责嵌入式系统的全部软、硬件资源的分配、任务调度,控制、协调并发活动。它必须体现其所在系统的特征,能够通过装卸某些模块来达到系统所要求的功能。

7. 微内核操作系统

微内核操作系统(Microkernel Operating System)结构,是20世纪80年代后期发展起来的。由于它能有效地支持多处理机运行,故非常适用于分布式系统环境。当前比较流行的、能支持多处理机运行的操作系统。

操作系统的功能

1. 处理机管理

也称进程管理。实质上是对处理机执行时间进行管理,采用多道程序等技术将CPU的时间真正合理地分配给每个任务。主要包括进程管理、进程同步、进程通信和进程调度。

2. 文件管理

又称信息管理。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管理。

3. 存储管理

是对主存储器空间的管理。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。(即内存管理)

4. 设备管理

实质上是对硬件设备进行管理,其中包括输入输出设备的分配、启动、完成和回收。

5. 作业管理

包括人物、人机交互和用户界面管理等。


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