摘要：此時還沒有操作系統(tǒng)的概念。這種能使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話的工作方式，明顯地有別于批處理系統(tǒng)，因而，分時系統(tǒng)又被稱為交互式系統(tǒng)。系統(tǒng)保證各用戶程序運行的完整性，不會發(fā)生相互混淆或破壞現(xiàn)象。系統(tǒng)可對用戶的輸入及時作出響應(yīng)。

1946年第一臺計算機(jī)誕生--20世紀(jì)50年代中期，計算機(jī)工作還在采用手工操作方式。此時還沒有操作系統(tǒng)的概念。

程序員將對應(yīng)于程序和數(shù)據(jù)的已穿孔的紙帶（或卡片）裝入輸入機(jī)，然后啟動輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)內(nèi)存，接著通過控制臺開關(guān)啟動程序針對數(shù)據(jù)運行；計算完畢，打印機(jī)輸出計算結(jié)果；用戶取走結(jié)果并卸下紙帶（或卡片）后，才讓下一個用戶上機(jī)。

手工操作方式兩個特點：
　?。?）用戶獨占全機(jī)。不會出現(xiàn)因資源已被其他用戶占用而等待的現(xiàn)象，但資源的利用率低。
　?。?）CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。

20世紀(jì)50年代后期，出現(xiàn)人機(jī)矛盾：手工操作的慢速度和計算機(jī)的高速度之間形成了尖銳矛盾，手工操作方式已嚴(yán)重?fù)p害了系統(tǒng)資源的利用率（使資源利用率降為百分之幾，甚至更低），不能容忍。唯一的解決辦法：只有擺脫人的手工操作，實現(xiàn)作業(yè)的自動過渡。這樣就出現(xiàn)了成批處理。

批處理系統(tǒng)：加載在計算機(jī)上的一個系統(tǒng)軟件，在它的控制下，計算機(jī)能夠自動地、成批地處理一個或多個用戶的作業(yè)（這作業(yè)包括程序、數(shù)據(jù)和命令）。
1.聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)

- 首先出現(xiàn)的是聯(lián)機(jī)批處理系統(tǒng)，即作業(yè)的輸入/輸出由CPU來處理。

主機(jī)與輸入機(jī)之間增加一個存儲設(shè)備——磁帶，在運行于主機(jī)上的監(jiān)督程序的自動控制下，計算機(jī)可自動完成：成批地把輸入機(jī)上的用戶作業(yè)讀入磁帶，依次把磁帶上的用戶作業(yè)讀入主機(jī)內(nèi)存并執(zhí)行并把計算結(jié)果向輸出機(jī)輸出。完成了上一批作業(yè)后，監(jiān)督程序又從輸入機(jī)上輸入另一批作業(yè)，保存在磁帶上，并按上述步驟重復(fù)處理。
監(jiān)督程序不停地處理各個作業(yè)，從而實現(xiàn)了作業(yè)到作業(yè)的自動轉(zhuǎn)接，減少了作業(yè)建立時間和手工操作時間，有效克服了人機(jī)矛盾，提高了計算機(jī)的利用率。但是，在作業(yè)輸入和結(jié)果輸出時，主機(jī)的高速CPU仍處于空閑狀態(tài)，等待慢速的輸入/輸出設(shè)備完成工作： 主機(jī)處于“忙等”狀態(tài)。
2.脫機(jī)批處理系統(tǒng)

- 為克服與緩解：高速主機(jī)與慢速外設(shè)的矛盾，提高CPU的利用率，又引入了脫機(jī)批處理系統(tǒng)，即輸入/輸出脫離主機(jī)控制。

衛(wèi)星機(jī)：一臺不與主機(jī)直接相連而專門用于與輸入/輸出設(shè)備打交道的。
其功能是：
　?。?）從輸入機(jī)上讀取用戶作業(yè)并放到輸入磁帶上。
　?。?）從輸出磁帶上讀取執(zhí)行結(jié)果并傳給輸出機(jī)。
　　這樣，主機(jī)不是直接與慢速的輸入/輸出設(shè)備打交道，而是與速度相對較快的磁帶機(jī)發(fā)生關(guān)系，有效緩解了主機(jī)與設(shè)備的矛盾。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可并行工作，二者分工明確，可以充分發(fā)揮主機(jī)的高速計算能力。
脫機(jī)批處理系統(tǒng):20世紀(jì)60年代應(yīng)用十分廣泛，它極大緩解了人機(jī)矛盾及主機(jī)與外設(shè)的矛盾。
　　不足：每次主機(jī)內(nèi)存中僅存放一道作業(yè)，每當(dāng)它運行期間發(fā)出輸入/輸出（I/O）請求后，高速的CPU便處于等待低速的I/O完成狀態(tài)，致使CPU空閑。
為改善CPU的利用率，又引入了多道程序系統(tǒng)。

1.多道程序設(shè)計技術(shù)

 - 所謂多道程序設(shè)計技術(shù)，就是指允許多個程序同時進(jìn)入內(nèi)存并運行。即同時把多個程序放入內(nèi)存，并允許它們交替在CPU中運行，它們共享系統(tǒng)中的各種硬、軟件資源。當(dāng)一道程序因I/O請求而暫停運行時，CPU便立即轉(zhuǎn)去運行另一道程序。

- 在A程序計算時，I/O空閑， A程序I/O操作時，CPU空閑（B程序也是同樣）；必須A工作完成后，B才能進(jìn)入內(nèi)存中開始工作，兩者是串行的，全部完成共需時間=T1+T2。

將A、B兩道程序同時存放在內(nèi)存中，它們在系統(tǒng)的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上運行：當(dāng)A程序因請求I/O操作而放棄CPU時，B程序就可占用CPU運行，這樣 CPU不再空閑，而正進(jìn)行A I/O操作的I/O設(shè)備也不空閑，顯然，CPU和I/O設(shè)備都處于“忙”狀態(tài)，大大提高了資源的利用率，從而也提高了系統(tǒng)的效率，A、B全部完成所需時間<多道程序設(shè)計技術(shù)不僅使CPU得到充分利用，同時改善I/O設(shè)備和內(nèi)存的利用率，從而提高了整個系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)吞吐量（單位時間內(nèi)處理作業(yè)（程序）的個數(shù)），最終提高了整個系統(tǒng)的效率。
單處理機(jī)系統(tǒng)中多道程序運行時的特點：
　?。?）多道：計算機(jī)內(nèi)存中同時存放幾道相互獨立的程序；
　?。?）宏觀上并行：同時進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運行過程中，即它們先后開始了各自的運行，但都未運行完畢；
　?。?）微觀上串行：實際上，各道程序輪流地用CPU，并交替運行。
多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)，標(biāo)志著操作系統(tǒng)漸趨成熟的階段，先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理機(jī)管理、存儲器管理、外部設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等功能。
由于多個程序同時在計算機(jī)中運行，開始有了空間隔離的概念，只有內(nèi)存空間的隔離，才能讓數(shù)據(jù)更加安全、穩(wěn)定。
出了空間隔離之外，多道技術(shù)還第一次體現(xiàn)了時空復(fù)用的特點，遇到IO操作就切換程序，使得cpu的利用率提高了，計算機(jī)的工作效率也隨之提高。
2.多道批處理系統(tǒng)
20世紀(jì)60年代中期，在前述的批處理系統(tǒng)中，引入多道程序設(shè)計技術(shù)后形成多道批處理系統(tǒng)（簡稱：批處理系統(tǒng)）。
　　它有兩個特點：
　　（1）多道：系統(tǒng)內(nèi)可同時容納多個作業(yè)。這些作業(yè)放在外存中，組成一個后備隊列，系統(tǒng)按一定的調(diào)度原則每次從后備作業(yè)隊列中選取一個或多個作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存運行，運行作業(yè)結(jié)束、退出運行和后備作業(yè)進(jìn)入運行均由系統(tǒng)自動實現(xiàn)，從而在系統(tǒng)中形成一個自動轉(zhuǎn)接的、連續(xù)的作業(yè)流。
　　（2）成批：在系統(tǒng)運行過程中，不允許用戶與其作業(yè)發(fā)生交互作用，即：作業(yè)一旦進(jìn)入系統(tǒng)，用戶就不能直接干預(yù)其作業(yè)的運行。
　　批處理系統(tǒng)的追求目標(biāo)：提高系統(tǒng)資源利用率和系統(tǒng)吞吐量，以及作業(yè)流程的自動化。
　　批處理系統(tǒng)的一個重要缺點：不提供人機(jī)交互能力，給用戶使用計算機(jī)帶來不便。
　　雖然用戶獨占全機(jī)資源，并且直接控制程序的運行，可以隨時了解程序運行情況。但這種工作方式因獨占全機(jī)造成資源效率極低。
　　一種新的追求目標(biāo)：既能保證計算機(jī)效率，又能方便用戶使用計算機(jī)。 20世紀(jì)60年代中期，計算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展使這種追求成為可能。

由于CPU速度不斷提高和采用分時技術(shù)，一臺計算機(jī)可同時連接多個用戶終端，而每個用戶可在自己的終端上聯(lián)機(jī)使用計算機(jī)，好象自己獨占機(jī)器一樣。

分時技術(shù)：把處理機(jī)的運行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。
　　若某個作業(yè)在分配給它的時間片內(nèi)不能完成其計算，則該作業(yè)暫時中斷，把處理機(jī)讓給另一作業(yè)使用，等待下一輪時再繼續(xù)其運行。由于計算機(jī)速度很快，作業(yè)運行輪轉(zhuǎn)得很快，給每個用戶的印象是，好象他獨占了一臺計算機(jī)。而每個用戶可以通過自己的終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制命令，在充分的人機(jī)交互情況下，完成作業(yè)的運行。
具有上述特征的計算機(jī)系統(tǒng)稱為分時系統(tǒng)，它允許多個用戶同時聯(lián)機(jī)使用計算機(jī)。
　　特點：
　?。?）多路性。若干個用戶同時使用一臺計算機(jī)。微觀上看是各用戶輪流使用計算機(jī)；宏觀上看是各用戶并行工作。
　?。?）交互性。用戶可根據(jù)系統(tǒng)對請求的響應(yīng)結(jié)果，進(jìn)一步向系統(tǒng)提出新的請求。這種能使用戶與系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對話的工作方式，明顯地有別于批處理系統(tǒng)，因而，分時系統(tǒng)又被稱為交互式系統(tǒng)。
　?。?）獨立性。用戶之間可以相互獨立操作，互不干擾。系統(tǒng)保證各用戶程序運行的完整性，不會發(fā)生相互混淆或破壞現(xiàn)象。
　?。?）及時性。系統(tǒng)可對用戶的輸入及時作出響應(yīng)。分時系統(tǒng)性能的主要指標(biāo)之一是響應(yīng)時間，它是指：從終端發(fā)出命令到系統(tǒng)予以應(yīng)答所需的時間。
　　分時系統(tǒng)的主要目標(biāo)：對用戶響應(yīng)的及時性，即不至于用戶等待每一個命令的處理時間過長。
分時系統(tǒng)可以同時接納數(shù)十個甚至上百個用戶，由于內(nèi)存空間有限，往往采用對換（又稱交換）方式的存儲方法。即將未“輪到”的作業(yè)放入磁盤，一旦“輪到”，再將其調(diào)入內(nèi)存；而時間片用完后，又將作業(yè)存回磁盤（俗稱“滾進(jìn)”、“滾出“法），使同一存儲區(qū)域輪流為多個用戶服務(wù)。
多用戶分時系統(tǒng)是當(dāng)今計算機(jī)操作系統(tǒng)中最普遍使用的一類操作系統(tǒng)。
注意：分時系統(tǒng)的分時間片工作，在沒有遇到IO操作的時候就用完了自己的時間片被切走了，這樣的切換工作其實并沒有提高cpu的效率，反而使得計算機(jī)的效率降低了。但是我們犧牲了一點效率，卻實現(xiàn)了多個程序共同執(zhí)行的效果，這樣你就可以在計算機(jī)上一邊聽音樂一邊聊qq了。

雖然多道批處理系統(tǒng)和分時系統(tǒng)能獲得較令人滿意的資源利用率和系統(tǒng)響應(yīng)時間，但卻不能滿足實時控制與實時信息處理兩個應(yīng)用領(lǐng)域的需求。于是就產(chǎn)生了實時系統(tǒng)，即系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)隨機(jī)發(fā)生的外部事件，并在嚴(yán)格的時間范圍內(nèi)完成對該事件的處理。
實時系統(tǒng)在一個特定的應(yīng)用中常作為一種控制設(shè)備來使用。
　　 實時系統(tǒng)可分成兩類：
　　 （1）實時控制系統(tǒng)。當(dāng)用于飛機(jī)飛行、導(dǎo)彈發(fā)射等的自動控制時，要求計算機(jī)能盡快處理測量系統(tǒng)測得的數(shù)據(jù)，及時地對飛機(jī)或?qū)椷M(jìn)行控制，或?qū)⒂嘘P(guān)信息通過顯示終端提供給決策人員。當(dāng)用于軋鋼、石化等工業(yè)生產(chǎn)過程控制時，也要求計算機(jī)能及時處理由各類傳感器送來的數(shù)據(jù)，然后控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
　　 （2）實時信息處理系統(tǒng)。當(dāng)用于預(yù)定飛機(jī)票、查詢有關(guān)航班、航線、票價等事宜時，或當(dāng)用于銀行系統(tǒng)、情報檢索系統(tǒng)時，都要求計算機(jī)能對終端設(shè)備發(fā)來的服務(wù)請求及時予以正確的回答。此類對響應(yīng)及時性的要求稍弱于第一類。
　　實時操作系統(tǒng)的主要特點：
　?。?）及時響應(yīng)。每一個信息接收、分析處理和發(fā)送的過程必須在嚴(yán)格的時間限制內(nèi)完成。
　?。?）高可靠性。需采取冗余措施，雙機(jī)系統(tǒng)前后臺工作，也包括必要的保密措施等。
分時系統(tǒng)和實時系統(tǒng)的比較：
分時——現(xiàn)在流行的PC，服務(wù)器都是采用這種運行模式，即把CPU的運行分成若干時間片分別處理不同的運算請求 linux系統(tǒng)實時——一般用于單片機(jī)上、PLC等，比如電梯的上下控制中，對于按鍵等動作要求進(jìn)行實時處理。

操作系統(tǒng)的三種基本類型：多道批處理系統(tǒng)、分時系統(tǒng)、實時系統(tǒng)。
　　通用操作系統(tǒng)：具有多種類型操作特征的操作系統(tǒng)?？梢酝瑫r兼有多道批處理、分時、實時處理的功能，或其中兩種以上的功能。
　　例如：實時處理+批處理=實時批處理系統(tǒng)。首先保證優(yōu)先處理實時任務(wù)，插空進(jìn)行批處理作業(yè)。常把實時任務(wù)稱為前臺作業(yè)，批作業(yè)稱為后臺作業(yè)。
　　再如：分時處理+批處理=分時批處理系統(tǒng)。即：時間要求不強(qiáng)的作業(yè)放入“后臺”（批處理）處理，需頻繁交互的作業(yè)在“前臺”（分時）處理，處理機(jī)優(yōu)先運行“前臺”作業(yè)。
　　從上世紀(jì)60年代中期，國際上開始研制一些大型的通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)試圖達(dá)到功能齊全、可適應(yīng)各種應(yīng)用范圍和操作方式變化多端的環(huán)境的目標(biāo)。但是，這些系統(tǒng)過于復(fù)雜和龐大，不僅付出了巨大的代價，且在解決其可靠性、可維護(hù)性和可理解性方面都遇到很大的困難。
　　相比之下，UNIX操作系統(tǒng)卻是一個例外。這是一個通用的多用戶分時交互型的操作系統(tǒng)。它首先建立的是一個精干的核心，而其功能卻足以與許多大型的操作系統(tǒng)相媲美，在核心層以外，可以支持龐大的軟件系統(tǒng)。它很快得到應(yīng)用和推廣，并不斷完善，對現(xiàn)代操作系統(tǒng)有著重大的影響。
　　至此，操作系統(tǒng)的基本概念、功能、基本結(jié)構(gòu)和組成都已形成并漸趨完善。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代，大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)的飛躍發(fā)展，微處理機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，掀起了計算機(jī)大發(fā)展大普及的浪潮。一方面迎來了個人計算機(jī)的時代，同時又向計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式處理、巨型計算機(jī)和智能化方向發(fā)展。于是，操作系統(tǒng)有了進(jìn)一步的發(fā)展，如：個人計算機(jī)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)等。
1.個人計算機(jī)操作系統(tǒng)

- 個人計算機(jī)上的操作系統(tǒng)是聯(lián)機(jī)交互的單用戶操作系統(tǒng)，它提供的聯(lián)機(jī)交互功能與通用分時系統(tǒng)提供的功能很相似。
- 由于是個人專用，因此一些功能會簡單得多。然而，由于個人計算機(jī)的應(yīng)用普及，對于提供更方便友好的用戶接口和豐富功能的文件系統(tǒng)的要求會愈來愈迫切。

2.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

- 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：通過通信設(shè)施，將地理上分散的、具有自治功能的多個計算機(jī)系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)信息交換、資源共享、互操作和協(xié)作處理的系統(tǒng)。
- 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)：在原來各自計算機(jī)操作系統(tǒng)上，按照網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的各個協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)增加網(wǎng)絡(luò)管理模塊，其中包括：通信、資源共享、系統(tǒng)安全和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。

3.分布式操作系統(tǒng)

- 表面上看，分布式系統(tǒng)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)沒有多大區(qū)別。分布式操作系統(tǒng)也是通過通信網(wǎng)絡(luò)，將地理上分散的具有自治功能的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或計算機(jī)系統(tǒng)互連起來，實現(xiàn)信息交換和資源共享，協(xié)作完成任務(wù)?！布B接相同。
- 但有如下一些明顯的區(qū)別：
    1.分布式系統(tǒng)要求一個統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性。
    2.分布式操作系統(tǒng)管理分布式系統(tǒng)中的所有資源，它負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的資源分配和調(diào)度、任務(wù)劃分、信息傳輸和控制協(xié)調(diào)工作，并為用戶提供一個統(tǒng)一的界面。
    3.用戶通過這一界面，實現(xiàn)所需要的操作和使用系統(tǒng)資源，至于操作定在哪一臺計算機(jī)上執(zhí)行，或使用哪臺計算機(jī)的資源，則是操作系統(tǒng)完成的，用戶不必知道，此謂：系統(tǒng)的透明性。
    4.分布式系統(tǒng)更強(qiáng)調(diào)分布式計算和處理，因此對于多機(jī)合作和系統(tǒng)重構(gòu)、堅強(qiáng)性和容錯能力有更高的要求，希望系統(tǒng)有：更短的響應(yīng)時間、高吞吐量和高可靠性。

現(xiàn)代的計算機(jī)系統(tǒng)主要是由一個或者多個處理器，主存，硬盤，鍵盤，鼠標(biāo)，顯示器，打印機(jī)，網(wǎng)絡(luò)接口及其他輸入輸出設(shè)備組成。
　　一般而言，現(xiàn)代計算機(jī)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)。
　　其一：如果每位應(yīng)用程序員都必須掌握該系統(tǒng)所有的細(xì)節(jié)，那就不可能再編寫代碼了（嚴(yán)重影響了程序員的開發(fā)效率：全部掌握這些細(xì)節(jié)可能需要一萬年....）
　　其二：并且管理這些部件并加以優(yōu)化使用，是一件極富挑戰(zhàn)性的工作，于是，計算安裝了一層軟件（系統(tǒng)軟件），稱為操作系統(tǒng)。它的任務(wù)就是為用戶程序提供一個更好、更簡單、更清晰的計算機(jī)模型，并管理剛才提到的所有設(shè)備。
　　總結(jié)：
　　程序員無法把所有的硬件操作細(xì)節(jié)都了解到，管理這些硬件并且加以優(yōu)化使用是非常繁瑣的工作，這個繁瑣的工作就是操作系統(tǒng)來干的，有了他，程序員就從這些繁瑣的工作中解脫了出來，只需要考慮自己的應(yīng)用軟件的編寫就可以了，應(yīng)用軟件直接使用操作系統(tǒng)提供的功能來間接使用硬件。
　　精簡的說的話，操作系統(tǒng)就是一個協(xié)調(diào)、管理和控制計算機(jī)硬件資源和軟件資源的控制程序。操作系統(tǒng)所處的位置如圖

#一：隱藏了丑陋的硬件調(diào)用接口，為應(yīng)用程序員提供調(diào)用硬件資源的更好，更簡單，更清晰的模型（系統(tǒng)調(diào)用接口）。應(yīng)用程序員有了這些接口后，就不用再考慮操作硬件的細(xì)節(jié)，專心開發(fā)自己的應(yīng)用程序即可。
例如：操作系統(tǒng)提供了文件這個抽象概念，對文件的操作就是對磁盤的操作，有了文件我們無需再去考慮關(guān)于磁盤的讀寫控制（比如控制磁盤轉(zhuǎn)動，移動磁頭讀寫數(shù)據(jù)等細(xì)節(jié)），

#二：將應(yīng)用程序?qū)τ布Y源的競態(tài)請求變得有序化
例如：很多應(yīng)用軟件其實是共享一套計算機(jī)硬件，比方說有可能有三個應(yīng)用程序同時需要申請打印機(jī)來輸出內(nèi)容，那么a程序競爭到了打印機(jī)資源就打印，然后可能是b競爭到打印機(jī)資源，也可能是c，這就導(dǎo)致了無序，打印機(jī)可能打印一段a的內(nèi)容然后又去打印c...,操作系統(tǒng)的一個功能就是將這種無序變得有序。