操作系统的形成已有60多年的历史,随着超大规模集成电路的发展和计算机体系结构的变化,操作系统也在不断发展和完善,先后出现了微机操作系统、多处理器操作系统、网络操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统等。

(1)微机操作系统

配置在微机上的操作系统称为微机操作系统。一般把微机操作系统分为单用户单任务操作系统、单用户多任务操作系统和多用户多任务操作系统。

单用户单任务是指只允许一个用户使用计算机,且只允许该用户运行一个程序。这是一种最简单的微机操作系统,主要配置在早期的8位机和16位机上。具有代表性的单用户单任务操作系统是MS-DOS。

单用户多任务是指只允许一个用户使用计算机,但允许该用户提交多个程序并发执行,即可以同时完成多个任务,从而有效地改善系统的性能。目前,在微机上配置的操作系统大多数是单用户多任务操作系统,其中最有代表性的是Windows系列,用户可以一边编写程序一边听音乐,还可以线上聊天沟通。

多用户多任务是指允许多个用户通过各自的终端,使用同一台主机,共享主机系统中的各类资源,而每个用户又可以提交几个程序,使它们并发执行,进一步提高资源利用率和增加系统吞吐量。本来多用户多任务操作系统一般是用于大、中、小型计算机的,随着微型机性能的不断提高,在高档微机上也可以安装多用户多任务操作系统。其中,具有代表性的是微机版的UNIX和Linux操作系统。

(2)多处理器操作系统

结合前面所学知识,我们可以了解到提高计算机系统性能的主要途径有两个:一是提高构成计算机系统的硬件的运行速度;二是改进计算机系统的体系结构。早期的计算机系统基本上都是单处理器系统,重点在于提高处理器及相关器件的性能。当出现了多处理器系统(MPS)后,开始通过改进计算机体系结构来提高系统性能。近年来推出的超级计算机、大型机和小型机,大多采用多处理器结构,甚至高档微机也出现了这种趋势。

根据多个处理器之间耦合的紧密程度,可把MPS分为两类:紧耦合MPS和松耦合MPS。紧耦合MPS是指多个处理器通过高速线路互连,共享内存、外存和外设。多处理器系统是紧耦合MPS;松耦合MPS是指每个处理器有各自的内存、外存和外设,实际上是构成了一台独立的计算机,多台计算机通过通信线路互连,松耦合MPS也可以称为多计算机系统或计算机网络。

(3)网络操作系统

网络操作系统是基于计算机网络的,是在各种计算机操作系统上按网络体系结构协议标准开发的系统软件,包括网络管理、通信、安全、资源共享和各种网络应用。其目标是实现网络通信及资源共享。关于计算机网络,本章后面再进行讲解。

运行在计算机网络环境上的网络操作系统应具有以下4个方面的功能。

①网络通信。这是网络最基本的功能,其任务是在源主机和目标主机之间实现无差错的数据传输。为此,应有的主要功能包括建立和拆除通信链路、传输控制、差错控制、流量控制和路由选择等。

②资源管理。对网络中可共享的软硬件资源实施有效的管理,协调和控制各用户对共享资源的使用,保证数据的安全性和一致性。常用的共享资源有硬盘、打印机、软件和数据文件等。(www.daowen.com)

③网络服务。这是在网络通信和资源管理的基础上,为了方便用户而直接向用户提供的多种有效服务,主要有电子邮件、文件传输、信息检索、即时通信和电子商务等服务。

④网络管理。网络管理最基本的任务是安全管理,通过存取控制技术来确保存取数据的安全性,通过容错技术来保证系统出现故障时数据的安全性,通过反病毒技术、入侵检测技术和防火墙技术等来确保计算机系统免受非法攻击。此外,还应对网络性能进行监测,对使用情况进行统计分析,以便为网络性能优化和网络维护等提供必要的信息。

常见的网络操作系统有Windows Server、网络版的UNIX和Linux操作系统等。

(4)分布式操作系统

在分布式概念提出之前的计算机系统中,其处理和控制功能都高度地集中在一台主机上,所有的任务都由主机处理,这样的系统称为集中式处理系统。而分布式系统是通过高速互联网络将许多台计算机连接起来形成一个统一的计算机系统,这样可以获得极高的运算能力及广泛的数据共享。

在分布式处理系统中,系统的处理和控制功能分散在系统的各个处理单元上。系统中的所有任务也可动态地被分配到各个处理单元上去,使它们并行执行,实现分布处理。分布式处理系统最基本的特征是处理上的分布性,而分布处理的实质是资源、功能、任务和控制都是分布的。

分布式操作系统的特征:统一性,即它是一个统一的操作系统;共享性,即所有的分布式系统中的资源是共享的;透明性,其含义是用户并不知道分布式系统是运行在多台计算机上,在用户眼里整个分布式系统像是一台计算机,对用户来讲是透明的;自治性,即处于分布式系统的多个主机都可独立工作。

网络操作系统与分布式操作系统在概念上的主要区别在于网络操作系统可以构架于不同的操作系统之上,也就是说它可以在不同的主机操作系统上,通过网络协议实现网络资源的统一配置,在大范围内构成网络操作系统。在网络操作系统中并不能对网络资源进行透明的访问,而需要显式地指明资源位置与类型,对本地资源和异地资源的访问区别对待。分布式操作系统比较强调单一性,它是由一种操作系统构架的。在这种操作系统中,网络的概念在应用层被淡化了。所有资源(本地资源和异地资源)都用同一方式管理与访问,用户不必关心资源在哪里,或者资源是怎样存储的。

(5)嵌入式操作系统

嵌入式操作系统是运行在嵌入式系统环境中,对整个嵌入式系统以及它所操作、控制的各种部件装置等资源进行统一协调、调度、指挥和控制的系统软件。

嵌入式电子设备泛指内部嵌有计算机的各种电子设备,其应用范围涉及网络通信、国防安全、航空航天、智能电器、家庭娱乐等多个领域。与一般操作系统相比,嵌入式操作系统具有微型化、可定制、实时性好、可靠性高和易移植等特点。

常用的嵌入式操作系统有Windows CE,VxWorks和嵌入式Linux等。