操作系统 - 属性

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以下是操作系统的不同属性。本教程将逐一详细解释这些属性。

1. 批处理
2. 多任务处理
3. 多道程序设计
4. 交互性
5. 实时系统
6. 分布式环境
7. 假脱机 (Spooling)

批处理

批处理是一种技术，操作系统在处理开始之前将程序和数据一起收集到批处理中。操作系统执行与批处理相关的以下活动：

• 操作系统定义一个作业，该作业将预定义的命令、程序和数据序列作为一个单元。

• 操作系统在内存中保留多个作业，并在没有任何手动信息的情况下执行它们。

• 作业按提交顺序处理，即先到先服务方式。

• 作业完成执行后，其内存将被释放，作业的输出将被复制到输出假脱机区，以便稍后打印或处理。

优点

• 批处理将大部分操作员的工作转移到计算机上。

• 性能提高，因为新的作业在之前的作业完成时立即启动，无需任何人工干预。

缺点

• 难以调试程序。
• 作业可能会进入无限循环。
• 由于缺乏保护机制，一个批处理作业可能会影响待处理的作业。

多任务处理

多任务处理是指通过在多个作业之间切换，CPU同时执行多个作业。切换频率非常高，用户可以在程序运行时与每个程序交互。操作系统执行与多任务处理相关的以下活动：

• 用户直接向操作系统或程序发出指令，并立即收到响应。

• 操作系统以能够同时处理多个操作/执行多个程序的方式来处理多任务处理。

• 多任务操作系统也称为分时系统。

• 这些操作系统是为了以合理的成本提供计算机系统的交互式使用而开发的。

• 分时操作系统使用 CPU 调度和多道程序设计的概念，为每个用户提供分时 CPU 的一小部分时间。

• 每个用户在内存中至少有一个单独的程序。

• 加载到内存中并正在执行的程序通常称为进程。

• 当进程执行时，它通常只执行很短的时间，然后才能完成或需要执行 I/O。

• 由于交互式 I/O 通常以较慢的速度运行，因此完成可能需要很长时间。在此期间，另一个进程可以使用 CPU。

• 操作系统允许用户同时共享计算机。由于分时系统中的每个操作或命令都倾向于很短，因此每个用户只需要很少的 CPU 时间。

• 由于系统快速地将 CPU 从一个用户/程序切换到下一个用户/程序，每个用户都认为他/她拥有自己的 CPU，而实际上只有一个 CPU 被许多用户共享。

多道程序设计

当两个或多个程序同时驻留在内存中时，共享处理器称为多道程序设计。多道程序设计假定单个共享处理器。多道程序设计通过组织作业来提高 CPU 利用率，以便 CPU 始终有一个作业要执行。

下图显示了多道程序设计系统的内存布局。

操作系统执行与多道程序设计相关的以下活动。

• 操作系统一次在内存中保留多个作业。

• 这组作业是保存在作业池中的作业的子集。

• 操作系统选择并开始执行内存中的一个作业。

• 多道程序设计操作系统使用内存管理程序监控所有活动程序和系统资源的状态，以确保 CPU 从不空闲，除非没有作业要处理。

优点

• 高而有效的 CPU 利用率。
• 用户感觉许多程序几乎同时分配了 CPU。

缺点

• 需要 CPU 调度。
• 为了容纳内存中的许多作业，需要内存管理。

交互性

交互性是指用户与计算机系统交互的能力。操作系统执行与交互性相关的以下活动：

• 为用户提供与系统交互的界面。
• 管理输入设备以接收用户的输入。例如，键盘。
• 管理输出设备以向用户显示输出。例如，显示器。

操作系统的响应时间需要很短，因为用户会提交并等待结果。

实时系统

实时系统通常是专用的嵌入式系统。操作系统执行与实时系统活动相关的以下活动。

• 在这些系统中，操作系统通常从传感器数据读取并对其做出反应。
• 操作系统必须保证在固定的时间段内对事件做出响应，以确保正确的性能。

分布式环境

分布式环境是指计算机系统中的多个独立 CPU 或处理器。操作系统执行与分布式环境相关的以下活动：

• 操作系统将计算逻辑分布到多个物理处理器中。

• 处理器不共享内存或时钟。相反，每个处理器都有自己的本地内存。

• 操作系统管理处理器之间的通信。它们通过各种通信线路相互通信。

假脱机 (Spooling)

假脱机 (Spooling) 是同时外围设备在线操作的首字母缩写词。假脱机是指将各种 I/O 作业的数据放入缓冲区。该缓冲区是内存或硬盘中一个特殊的区域，I/O 设备可以访问该区域。

操作系统执行与分布式环境相关的以下活动：

• 处理 I/O 设备数据假脱机，因为设备具有不同的数据访问速率。

• 维护假脱机缓冲区，该缓冲区提供一个等待站，数据可以在较慢的设备赶上来时在此处停留。

• 由于假脱机进程而保持并行计算，因为计算机可以并行执行 I/O。计算机可以同时从磁带读取数据、向磁盘写入数据以及向磁带打印机写入数据，同时执行其计算任务。

优点

• 假脱机操作使用磁盘作为非常大的缓冲区。
• 假脱机能够将一项作业的 I/O 操作与另一项作业的处理器操作重叠。