操作系统的发展历史（综述性⼩论⽂）
肖战事件始末操作系统的发展历史
1.引⾔
操作系统诞⽣距今已经有了⼏⼗年的时间，它是计算机资源的管理者。最初的⼈们是没有操作系统来对计算机加以控制的，⼀直都处于⼈⼯管理⽅式来对计算机进⾏操作和管理，⼈机交互之间出现了⼈⼯⼿动的低速和计算机的⾼速处理形成了尖锐的⽭盾，资源利⽤率⾮常的低，从⽽导致计算机的效率⼗分低下。为了解决⼈⼯⼲预和CPU速度不匹配的⽭盾，提⾼计算机的使⽤效率，后来出现了世界上第⼀个的操作系统——脱机输⼊/输出，⽤户先将卡⽚输⼊到纸带机，然后通过卫星机的处理，将纸带的数据⾼速写⼊磁带，主机运⾏时再将磁带上的数据⾼速读⼊内存，输出也可以这样中转，由于数据的读取和写⼊是脱离主机运⾏的，所以这样的处理⽅式称为脱机输⼊/输出⽅式。虽然脱机输⼊输出⽅式进⼀步提⾼了计算机的运⾏效率，但是在计算机⼯作过程中还是需要⼈⼯进⾏⼲预，后来就出现了批处理系统。在批处理系统中，操作员将⼀批作业输⼊进磁带中，然后运⾏第⼀个程序，当第⼀个作业完成后⾃动读⼊下⼀个作业，直⾄所有作业全部完成。由于该类系统的内存中只能保持⼀个作业运⾏，所以这类系统⼜称为单通道批处理系统。到了20世纪60年代出现了多道批处理系统能够做到计算机内存中的作业并发执⾏。直到后来出现的分时操作系统能够让多个⽤户共同使⽤⼀个操作系统可以随时和计算机进⾏交互，
并且让各个⽤户都感受不到其他⽤户的存在。随着计算机技术的发展，越来越多的⽤户希望操作系统能够实时地对⽤户进⾏反馈，在1980年，为了让计算机能够实时地反馈，后来⼜出现了实时操作系统，对冶炼、发电、炼油、化⼯、机械加⼯等的⾃动控制起到了重要作⽤。如今操作系统仍然发挥着越来越重要的作⽤，本⽂将对操作系统发展史上最为经典的三种进⾏详细综述。
2.批处理系统
定义：批处理系统就是成批处理⼀些程序的系统。批处理分为联机批处理和脱机批处理两种。
诞⽣时间：20世纪50年代。
代表作：第⼆代通⽤计算机IBM的1401和7094[1]
背景：为了提⾼单⼀操作员单⼀控制终端的操作系统SOSC的效率，⼈们提出了批处理操作系统。SOSC效率低下是因为计算机总是在等待⼈的下⼀步动作，⽽⼈的动作总是很慢。因此，⼈们觉得，如果去掉等待⼈的时间，即让所有的⼈先想好⾃⼰要运⾏的命令，列成⼀个清单，打印在纸带上，然后交给⼀个⼯作⼈员来⼀批⼀批的处理，效率不就提⾼了吗？这样就形成了批处理操作系统。[1]
下⾯就批处理系统的三个⽅⾯进⾏讨论。
2.1联机批处理：
在联机批处理中，编制了⼀个常驻内存的监督程序，⽤来控制⽤户作业的运⾏。其处理过程为：⽤户将所需解决的问题组成作业，交给操作员，操作员有选择地把若⼲作业合成⼀批，并把⼀批作业装到输⼊设备上，然后由监督程序控制送到辅存，再从辅村中将⼀个⼀个作业调⼊内存运⾏，直到全部作业处理完毕。[2]
2.2脱机批处理：
脱机批处理系统由主机和卫星机组成。卫星机⼜称外围计算机，它不与主机直接连接，只与外部设备打交道。作业通过卫星机输⼊到磁带上，当主机需要输⼊作业时，就把输⼊带从卫星机的磁带机上取下，并装⼊到主机的磁带机上。于是，主机可以连续的处理由输⼊带输⼊的许多⽤户作业，并把这些作业的运⾏结果不断地输出到输出带上。最后，多个⽤户作业的输出结果再通过卫星机连接的打印机打印出
来。[3]
脱机批处理产⽣的⽬的：
缓解主机与外设的⽭盾提⾼CPU的利⽤率。
2.3多道批处理系统：
诞⽣时间：20世纪60年代
2.3.1多道程序系统：
多道程序系统是控制多道程序同时运⾏的程序系统，由它决定在某⼀个时刻运⾏哪⼀个作业，或者说，是在计算机内存中同时存放⼏道互相独⽴的程序，使他们在管理程序控制之下，相互穿插地运⾏，即使多道程序在系统内并⾏⼯作。[5]
主要特征：
1.多道，即计算机内存中同时存放⼏道相互独⽴的程序。
2.宏观上并⾏，同时进⼊系统的⼏道程序都处于运⾏过程中，即他们先后开始了各⾃的运⾏，但都未运⾏完毕。
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3.微观上串⾏，内存中的多道程序轮流地或分时地占有CPU，交替执⾏
2.3.2多道批处理系统：
多道批处理系统有两个含义：⼀是多道，⼆是批处理。多道是在计算机内存中同时存放多个作业，它
们在操作系统的控制下并发执⾏，⽽且在外存中还存放有⼤量的作业，并组成⼀个后备作业队列，系统按⼀定的调度原则每次从后备作业队列中选取⼀个或多个作业调⼊内存运⾏。[6]
3.分时系统
3.1分时系统的起源
背景：在多道批处理系统的时代，⼈们主要提⾼对系统资源的利⽤率和系统的吞吐量。但是由于时代的发展，⼈们⼜提出了另⼀个问题，在⼈们将制作在卡⽚上的程序交由计算机执⾏时，⽤户⽆法即时获得程序运⾏的结果。这⼀问题很有可能导致很严重的后果发⽣。基于这个问题，⼈们考虑能否让⼈回到计算机前来，每个⼈即时管理⾃⼰的程序，但⼜由于20世纪60年代计算机还⼗分昂贵，所以⼀台计算机要同时供多个⽤户共享使⽤，每个⽤户在共享⼀台计算机时都希望能像独占时⼀样，不仅可以随时与计算机进⾏交互，⽽且还不会感觉到其他⽤户的存在。于是分时系统就在这样情况下诞⽣。
3.2分时系统的介绍
分时系统是允许多个联机⽤户同时使⽤⼀台计算机进⾏处理的系统。系统将CPU在时间上分割成很⼩的时间段，每个时间段称为⼀个时间⽚。每个联机⽤户通过终端以交互⽅式控制程序的运⾏，系统把CPU时间轮流分配给个联机作业，每个作业只运⾏极短的时间⽚，从⽽使每个⽤户都有⼀种“独占计算机”的感觉。
3.3分时系统实现的关键问题
3.2.1.⼈—机交互问题
1）及时接收
2）及时处理
3.2.2.共享主机问题
分时系统的主要⽬标
为了⽅便⽤户使⽤计算机系统，并在尽可能的情况下，提⾼系统资源的利⽤率。
3.4分时系统的主要特征
1.多路性
是指系统允许将多台终端同时连接到主机上，并按分时原则为每个⽤户服务。多路性允许多个⽤户共享⼀台主机，显著提⾼资源利⽤率，降低使⽤费⽤，促进计算机更⼴泛的应⽤。
2.独⽴性
是指系统提供了这样的⽤机环境，即每个⽤户在各⾃的终端上进⾏操作，彼此之间互不⼲扰，给⽤户的感觉就像是⼀个⼈在使⽤主机。3.交互性
是指⽤户可通过终端与系统进⾏⼴泛的⼈⼈机对话。其⼴泛性表现在：⽤户可以请求系统提供多⽅⾯的服务，如进⾏⽂件编辑和数据处理，访问系统中的⽂件和数据库，请求提供打印服务等。
4.及时性
是指⽤户的请求能在很短的时间内获得响应。这⼀时间间隔是根据⼈们所能接受的等待时间确定的，通常仅为1~3秒钟。
3.5分时系统的优点
1.⾃然操作⽅式
该系统使⽤户能在较短的时间内采⽤交互式会话⼯作⽅式，及时输⼊、调度、修改和运⾏⾃⼰的程序，因⽽加快了解题周期。
2.扩⼤了应⽤范围
⽆论是本地⽤户，还是运地⽤户，只要与计算机连在⼀台终端设备，就可以随时随地使⽤计算机。
3.便于共享和交换信息
远近终端⽤户均通过系统中的⽂件系统彼此交流信息和共享各种⽂件。
4.经济实惠
⽤户只须有系统配备的终端，即可完成各种处理任务，可共享⼤型的具有丰富资源的计算机系统。
3.5分时系统实例解析
姥姥今晚都是你的若选择时间⽚为100ms，系统中有20个⽤户分享CPU，并忽略⽤户程序间的切换时间开销，则每个⽤户的平均响应时间为：
100ms*20=2秒。在假设CPU运⾏速度为200万次/秒，则对每个⽤户程序来说，等价的CPU速度为：200/20=10万次/秒。
3.6分时系统的图形表⽰
4.实时操作系统
4.1实时操作系统的起源
袁成杰戚薇结婚背景：
1980年，加拿⼤两个⼤学⽣Gordon Bell和Dan Dodge，在学习操作系统设计课程期间，萌发了设计“实时操作系统（RTOS）”的念头，并且动⼿⼲了起来，最终做出了⼀个实时操作系统的微内核。
4.2实时操作系统的定义
实时操作系统是保证在⼀定时间限制内完成特定功能的操作系统。实时操作系统有软实时系统和硬实时系统之分。软实时系统在规定时间得不到响应所产⽣的后果是可以承受的，如流⽔装配线。即使装配线瘫痪，也只是损失了资⾦；⽽硬实时系统在得不到实时响应后则可能产⽣不能承受的灾难，如导弹防卫系统。如果反应迟钝，结果就可能是严重损失。[1]
4.3实时操作系统的分类
计算机应⽤到实时控制中，配置实时操作系统，就可组成各种各样的实时系统。⽬前，在计算机应⽤中，过程控制和信息处理都有⼀定的实时要求，据此，把实时系统分为实时过程控制系统和实时信息处理系统两⼤类。[2]儿童按年龄可享受优惠火车票
4.4实时过程控制
它⼜可分为两类：⼀类是以计算机位控制中枢的⽣产过程⾃动化系统，如冶炼、发电、炼油、化⼯、机械加⼯等的⾃动控制。在这类系统中，要求计算机及时采集和处理现场信息，控制有关的执⾏装置，使得某些参数，如温度、压⼒、流量、液位等按⼀定规律变化，从⽽达到实现⽣产过程⾃动化的⽬的。另⼀类是飞⾏物体的⾃动控制，如飞机、导弹、⼈造卫星的制导等。这类系统要求反应速度快，可靠性⾼。通常要求系统的响应时间在毫秒甚⾄微秒级内。[2]
4.5实时信息处理
它通常配有⼤型⽂件系统或数据，事先存有经过合理组织的⼤量数据，它能及时响应来⾃终端⽤户的服务请求，如进⾏信息的检索、存储、修改、更新、加⼯、删除、传递等，并能在短时间内对⽤户作出正确的回答。如情报检索、机票预定、银⾏业务、电话交换等都属此类系统。这类系统除要求响应时间及时外，并要求有较⾼的可靠性、安全性和保密措施等。
4.6实时操作系统的特点
对外部进⼊系统的信号或信息应能做到实时响应。
实时系统较⼀般的通⽤系统有规律，有许多操作具有⼀定的可预计性。
实时系统的终端⼀般作为执⾏和询问使⽤，不具有分时系统那样有较强的会话能⼒。
实时系统对可靠性和安全性要求较⾼，常采⽤双⼯⼯作⽅式。
4.7实时系统的代表——VxWorks吕夏个人资料
VxWorks 操作系统是美国WindRiver公司于1983年设计开发的⼀种嵌⼊式，是嵌⼊式开发环境的关键
组成部分。良好的持续发展能⼒、⾼性能的内核以及友好的⽤户开发环境，在嵌⼊式实时操作系统领域占据⼀席之地。它以其良好的可靠性和卓越的实时性被⼴泛地应⽤在通信、军事、航空、天等⾼精尖技术及实时性要求极⾼的领域中，如卫星通讯、、弹道制导、飞机导航等。在美国的 、FA-18战⽃机、 隐形轰炸机和上，甚⾄连1997年4⽉在⽕星表⾯登陆的⽕星探测器、2008年5⽉登陆的凤凰号，和2012年8⽉登陆的好奇号也都使⽤到了VxWorks上。
参考⽂献
[1]操作系统之哲学原理  邹恒明
[2]计算机操作系统      刘腾红
[3]操作系统教程 陆松年
[4]现代操作系统        （荷）Andrew S.Tanenbaum
[5]计算机操作系统 汤⼩兵