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批处理系统、分时处理系统、实时处理系统简介

笔记 benz 3年前 (2019-01-09) 74次浏览 0个评论 扫描二维码
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一、批处理阶段(操作系统开始出现)

为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾,出现了批处理系统。它按发展历程又分为单道批处理系统、多道批处理系统(多道程序设计技术出现以后)。

1) 单道批处理系统

系统对作业的处理是成批进行的,但内存中始终保持一道作业。该系统是在解决人机矛盾和CPU与I/O设备速率不匹配的矛盾中形成的。单道批处理系统的主要特征如下:

  1. 自动性。在顺利的情况下,在磁带上的一批作业能自动地逐个依次运行,而无需人工干预。
  2. 顺序性。磁带上的各道作业是顺序地进入内存,各道作业的完成顺序与它们进入内存的顺序,在正常情况下应完全相同,亦即先调入内存的作业先完成。
  3. 单道性。内存中仅有一道程序运行,即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存运行,当该程序完成或发生异常情况时,才换入其后继程序进入内存运行。

此时面临的问题是:每次主机内存中仅存放一道作业,每当它运行期间(注意这里是“运行时”,并不是“完成后”)发出输入/输出请求后,高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态。为了进一步提高资源的利用率和系统的吞吐量,引入了多道程序技术。

2) 多道批处理系统

多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存,并允许它们交替在CPU中运行,它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时,CPU便立即转去运行另一道程序。它没有用某些机制提高某一技术方面的瓶颈问题,而是让系统的各个组成部分都尽量去“忙”,花费很少时间去切换任务,达到了系统各部件之间的并行工作,使其整体在单位时间内的效率翻倍。

多道程序设计的特点有:

  1. 多道:计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。
  2. 宏观上并行:同时进入系统的多道程序都处于运行过程中,即它们先后开始了各自的运行,但都未运行完毕。
  3. 微观上串行:内存中的多道程序轮流占有CPU,交替执行。

多道程序设计技术的实现需要解决下列问题:

  1. 如何分配处理器。
  2. 多道程序的内存分配问题。
  3. I/O设备如何分配。
  4. 如何组织和存放大量的程序和数据,以便于用户使用和保证其安全性与一致性。

在批处理系统中釆用多道程序设计技术,就形成了多道批处理操作系统。该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存,然后由作业调度程序自动地选择作业运行。

优点是资源利用率高,多道程序共享计算机资源,从而使各种资源得到充分利用;系统吞吐量大,CPU和其他资源保持“忙碌”状态。缺点是用户响应的时间较长。不提供人机交互能力,用户既不能了解自己程序的运行情况,也不能控制计算机。

二、分时操作系统

在操作系统中釆用分时技术就形成了分时系统。所谓分时技术就是把处理器的运行时间分成很短的时间片,按时间片轮流把处理器分配给各联机作业使用。若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算,则该作业暂时停止运行,把处理器让给其他作业使用,等待下一轮再继续运行。由于计算机速度很快,作业运行轮转得很快,给每个用户的感觉好像是自己独占一台计算机。

分时操作系统是多个用户通过终端同时共享一台主机,这些终端连接在主机上,用户可以同时与主机进行交互操作而互不干扰。所以,实现分时系统最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互,即当用户在自己的终端上键入命令时,系统应能及时接收并及时处理该命令,再将结果返回用户。分时系统也是支持多道程序设计的系统,但它不同于多道批处理系统。

多道批处理是实现作业自动控制而无需人工干预的系统,而分时系统是实现人机交互的系统,这使得分时系统具有与批处理系统不同的特征,其主要特征如下:

  1. 同时性。同时性也称多路性,指允许多个终端用户同时使用一台计算机,即一台计算机与若干台终端相连接,终端上的这些用户可以同时或基本同时使用计算机。
  2. 交互性。用户能够方便地与系统进行人-机对话,即用户通过终端釆用人4^1对话的方式直接控制程序运行,与同程序进行交互。
  3. 独立性。系统中多个用户可以彼此独立地进行操作,互不干扰,单个用户感觉不到别人也在使用这台计算机,好像只有自己单独使用这台计算机一样。
  4. 及时性。用户请求能在很短时间内获得响应。分时系统釆用时间片轮转方式使一台计算机同时为多个终端服务,使用户能够对系统的及时响应感到满意。

虽然分时操作系统比较好地解决了人机交互问题,但是在一些应用场合,需要系统能对外部的信息在规定的时间(比时间片的时间还短)内作出处理(比如飞机订票系统或导弹制导系统)。因此,实时系统应运而生。

三、实时操作系统

为了能在某个时间限制内完成某些紧急任务而不需时间片排队,诞生了实时操作系统。这里的时间限制可以分为两种情况:如果某个动作必须绝对地在规定的时刻(或规定的时间范围)发生,则称为硬实时系统。例如,飞行器的飞行自动控制系统,这类系统必须提供绝对保证,让某个特定的动作在规定的时间内完成。如果能够接受偶尔违反时间规定,并且不会引起任何永久性的损害,则称为软实时系统,如飞机订票系统、银行管理系统。

在实时操作系统的控制下,计算机系统接收到外部信号后及时进行处理,并且要在严格的时限内处理完接收的事件。实时橾作系统的主要特点是及时性和可靠性。


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