[科普中国]-非并行操作系统-

操作系统

操作系统（Operating System，简称OS）是管理和控制计算机硬件与软件资源的计算机程序，是直接运行在“裸机”上的最基本的系统软件，任何其他软件都必须在操作系统的支持下才能运行。

操作系统是用户和计算机的接口，同时也是计算机硬件和其他软件的接口。操作系统的功能包括管理计算机系统的硬件、软件及数据资源，控制程序运行，改善人机界面，为其它应用软件提供支持，让计算机系统所有资源最大限度地发挥作用，提供各种形式的用户界面，使用户有一个好的工作环境，为其它软件的开发提供必要的服务和相应的接口等。实际上，用户是不用接触操作系统的，操作系统管理着计算机硬件资源，同时按照应用程序的资源请求，分配资源，如：划分CPU时间，内存空间的开辟，调用打印机等。

单用户单任务操作系统单用户单任务操作系统的含义是，只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为一个任务运行。这是最简单的微机操作系统，主要配置在 8 位和 16 位微机上。最有代表性的单用户单任务微机操作系统是 CP/M 和 MS-DOS2。

批处理操作系统上世纪50年代中期发明了晶体管，人们开始用晶体管替代真空管来制作计算机，从而出现了第二代计算机。它不仅使计算机的体积大大减小，功耗显著降低，同时可靠性也得到大幅度提高，使计算机已具有推广应用的价值，但计算机系统仍非常昂贵。为了能充分地利用它，应尽量使该系统连续运行，减少空闲时间。为此，通常是把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统中配上监督程序（Monitor），在它的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理。其自动处理过程是：首先，由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交给该作业。当该作业处理完成时，又把控制权交还给监督程序，再由监督程序把磁带（盘）上的第二个作业调入内存。计算机系统就这样自动地一个作业一个作业地进行处理，直至磁带（盘）上的所有作业全部完成，这样便形成了早期的批处理系统。

批处理是指用户将一批作业提交给操作系统后就不再干预，由操作系统控制它们自动运行。这种采用批量处理作业技术的操作系统称为批处理操作系统；批处理操作系统不具有交互性，它是为了提高CPU的利用率而提出的一种操作系统。

分时系统分时操作系统(time-sharing system)，“分时”的含义：分时是指多个用户分享使用同一台计算机。多个程序分时共享硬件和软件资源。分时操作系统是指在一台主机上连接多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过主机的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。分时操作系统是一个多用户交互式操作系统。分时操作系统，主要分为三类：单道分时操作系统，多道分时操作系统，具有前台和后台的分时操作系统。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。

实时操作系统实时操作系统（Real-time operating system, RTOS），又称即时操作系统，它会按照排序运行、管理系统资源，并为开发应用程序提供一致的基础。

实时操作系统与一般的操作系统相比，最大的特色就是其“实时性”[1]，也就是说，如果有一个任务需要执行，实时操作系统会马上（在较短时间内）执行该任务，不会有较长的延时。这种特性保证了各个任务的及时执行。

设计实时操作系统的首要目标不是高的吞吐量，而是保证任务在特定时间内完成，因此衡量一个实时操作系统坚固性的重要指标，是系统从接收一个任务，到完成该任务所需的时间，其时间的变化称为抖动。可以依抖动将实时操作系统分为两种：硬实时操作系统及软实时操作系统，硬实时操作系统比软实时操作系统有更少的抖动：

硬实时操作系统必须使任务在确定的时间内完成。

软实时操作系统能让绝大多数任务在确定时间内完成。

实时操作系统与一般的操作系统有着不同的调度算法。普通的操作系统的调度器对于线程优先级等方面的处理更加灵活；而实时操作系统追求最小的中断延时和线程切换延时。

通常都会有最基础的内核，以及外加上去的模块，像是文件系统、网络协议堆栈和应用、设备驱动程序等模块。

网络操作系统网络操作系统，是一种能代替操作系统的软件程序，是网络的心脏和灵魂，是向网络计算机提供服务的特殊的操作系统。借由网络达到互相传递数据与各种消息，分为服务器（Server）及客户端（Client）。而服务器的主要功能是管理服务器和网络上的各种资源和网络设备的共用，加以统合并控管流量，避免有瘫痪的可能性，而客户端就是有着能接收服务器所传递的数据来运用的功能，好让客户端可以清楚的搜索所需的资源。

分布式操作系统分布式操作系统（Distributed operating system），是一个软件，它是许多独立的，网络连接的，通讯的，并且物理上分离的计算节点的集合。每个节点包含全局总操作系统的一个特定的软件子集。每个软件子集是两个不同的服务置备的复合物。第一个服务是一个普遍存在的最小的内核，或微内核，直接控制该节点的硬件。第二个服务是协调节点的独立的和协同的活动系统管理组件的更高级别的集合。这些组件抽象微内核功能，和支持用户应用程序。分布式操作系统是分布式软件系统的重要组成部分，负责管理分布式处理系统资源、控制分布式程序运行等。