批处理操作系统

什么是操作系统？

为计算机程序提供通用服务的操作系统（OS）是控制计算机硬件和软件资源的软件层。它充当用户与计算机硬件之间的桥梁。内存、进程、文件系统和输入/输出操作都由操作系统控制。一些著名的例子包括 Android、Linux、macOS 和 Windows。操作系统对于所有计算机应用程序访问资源以及与其他硬件和软件元素进行交互至关重要。

什么是批处理操作系统？

批处理操作系统（Batch OS）是最早的操作系统类型之一，旨在有效管理不需要实时交互的作业。在批处理系统中，用户将一批作业提交给计算机操作员，系统会逐个处理这些作业，而在执行过程中没有任何用户交互。这些系统开发于 20 世纪 50 年代和 60 年代，当时计算机体积庞大且价格昂贵，最大程度地减少空闲时间至关重要。

批处理操作系统将相关的作业组合成批次，以便它们可以一个接一个地执行。当提交一个作业时，用户必须等待直到系统处理完整个批次。

批处理操作系统的历史和演变

早在 20 世纪 50 年代，当计算机在政府和研究机构中被广泛使用且成本高昂时，就创建了批处理操作系统。当时，用户必须手动将用穿孔卡片编写的程序交给操作员。然后，操作员会将每个程序手动输入计算机。这种方法既费力又无效，常常导致 CPU 出现长时间的空闲。为了克服这个问题，人们开发了批处理——它包括将相关的任务组合成批次并按顺序处理它们，而无需用户输入。这极大地提高了系统吞吐量和资源利用率。

20 世纪 60 年代，IBM 等主要计算机制造商以及 IBM OS/360 等公司推出了越来越复杂的批处理系统，这些系统具有作业控制语言（JCL）、假脱机和作业调度功能。这些发展使得操作系统能够以很少的用户协助自主执行多项任务。尽管交互式分时和实时系统已逐渐取代了大多数用户环境中的批处理操作系统，但批处理操作系统的基本概念仍然对当代计算产生影响。批处理今天仍在大型云计算平台、数据分析、计费系统和后端系统中广泛使用。

批处理操作系统的目的是什么？

当重复性操作需要很少的人工干预计算机时，就会使用批处理操作系统。此外，处理数据的操作系统对 CPU 的压力也较小。
现代批处理操作系统具有交互性，允许我们设置工作时间，而旧的批处理操作系统与软件的交互性较差。因此，计算机在指定时间过去后会识别处理器。

批处理操作系统的类型

批处理操作系统根据其处理和管理作业的方式可分为以下几类：

1. 简单批处理系统
   无论如何，这些系统都不会打扰用户，因为它们只是按顺序运行作业。作业也是由人工操作员加载到系统中的。它们是早期计算的支柱，当时用户通过穿孔卡片或磁带来提交作业。
2. 多道批处理系统
   多道批处理系统一次将多个作业保留在内存中，这样 CPU 可以在一个作业等待 I/O 操作时在作业之间切换。因此，CPU 可以在等待 I/O 任务时处理另一个作业，从而实现更优化的资源利用。
3. 分时批处理系统
   批处理和分时的组合，其中系统在不同作业之间快速切换。该系统还允许更高效的作业处理，尽管它不是 100% 纯批处理导向，但它也是一个交互式作业处理器。

批处理操作系统的工作原理

批处理操作系统的工作原理可分为以下几个步骤：

1. 作业收集：您将作业提交到中央位置，通常通过穿孔卡片、磁带或某种电子介质。作业根据它们的共性被保存到其中一个批次中。
2. 作业排队：收集这些作业后，它们会被存储在队列中，操作系统可以根据优先级、大小或类型对它们进行排序。
3. 执行：系统在没有用户交互的情况下处理批次中的作业。它将每个作业加载到内存中，使用 CPU 进行处理，然后将输出存储在输出位置，该位置通常是外部存储器。
4. 输出交付：执行后，数据会被收集起来，结果通常在整个批处理过程完成后返回给最终用户。

这种方法对于系统利用率来说更有效，因为它最终会恢复到充分利用，但是，如果积压工作量很大，那么用户必须等待作业完成。

批处理操作系统的使用

当不需要用户交互且可以以批处理方式处理一组任务时，就会使用批处理操作系统。常见用例包括：

1. 工资系统：批处理系统批量处理数据，因此非常适合处理月度或周度的工资处理。
2. 银行对账单：大多数银行定期（通常是每月）为客户生成对账单，许多银行使用在线系统一次处理数千个账户。
3. 研究中的数据处理：计算研究人员经常使用批处理系统来处理非常大的数据集，例如在科学计算或数据分析中。
4. 计费系统：公用事业公司、电信公司在收集一段时间内的客户数据后，使用批处理系统生成账单。

批处理操作系统的特点

批处理操作系统具有几个独特的特点：

1. 执行期间无用户交互：一旦提交作业，用户在作业完成之前无法与系统进行交互。
2. 作业顺序处理：作业被分组到批次中并提交执行，通常按接收顺序，但也可能根据优先级排序。
3. 高效的资源利用：它能更有效地利用 CPU 时间，因为空闲周期更少，并且批次中的下一个作业可以在当前作业完成后立即开始。
4. 非交互式：由于批处理操作系统没有用户，它们本质上是非交互式的，因此您不能将其用于实时反馈和处理或任何需要最终用户控制的任务。
5. 高吞吐量：批处理系统（顾名思义）批量执行作业，使其能够很好地处理高吞吐量的工作。
6. 内存管理：在更高级的批处理系统中，多个作业被保存在内存中，确保即使一个作业正在等待 I/O，CPU 也能保持忙碌。
7. 长时间等待：由于用户必须等待批处理完成才能查看结果，这会导致反馈延迟。

批处理操作系统的示例

专为批处理设计的操作系统对于重复性任务很有用。它可以在以下情况中使用：

• 工资系统：当在月底计算多名员工的薪资时，使用批处理操作系统的系统可能很有用。我们可以提供一批多个作业，每个作业涉及单个人的劳动。
• 交易处理：金融行业发生了大量交易。在构建汇款系统时，使用批处理操作系统是明智的。
• 当日报告：在制造业中，生产线每日运营报告由批处理操作系统监控。生成每日报告和监控记录的能力得益于为批处理设计的操作系统。
• 计费部门：所有电信公司都使用批处理操作系统来计算费率并从数百万个通话记录中生成报告。

批处理操作系统的优点

以下是为批处理设计的操作系统的一些优点。

• 资源效率：这些系统通过对作业进行分组并在资源可用期间进行调度来最大化计算资源利用率。高吞吐量：通过快速管理和完成大量任务，批处理系统可确保快速的周转时间和高吞吐量。
• 错误减少：通过自主运行，这些系统降低了手动处理过程中可能发生的错误的几率。
• 简化管理：它们通过自动化任务的提交、调度和执行来重构工作管理。
• 成本效益：通过提供良好的资源利用，并减少处理时间和错误，批处理系统可以成为经济的选择。
• 可扩展性：由于这些类别可以管理各种任务，因此它们是可扩展的，适合具有大量数据处理需求的大型企业。

批处理操作系统的缺点

使用批处理操作系统的一些缺点如下。

• 功能有限：批处理操作系统只能解决简单的问题，而复杂的问题则无法解决。由于其适应性，它们可能难以用于某些任务，例如管理文件或程序。
• 安全问题：与更广泛使用的操作系统相比，批处理操作系统的安全性较低，因为它们不太可能用于日常任务。如果未经授权的用户访问系统，可能会出现安全问题。批处理系统的频繁中断可能导致错误或错过截止日期。
• 效率低下：批处理系统频繁的缓慢和复杂性可能导致工作场所效率低下。

结论

批处理操作系统是操作系统演变的一个早期里程碑，旨在在计算机功能较弱的时代提高计算效率。尽管现代系统已在大多数任务中取代了批处理操作系统，但在特定应用（如工资、计费和大规模数据处理）中仍然具有相关性。批处理操作系统的主要优点在于它们能够高效地处理大型作业，但缺乏交互性使其不适用于需要即时用户反馈的应用。

常见问题

什么是批处理操作系统？

批处理操作系统，通常被称为批处理操作系统，旨在通过以批处理方式运行一致的操作或任务，而无需持续的用户干预来高效地处理作业。批处理操作系统的主要功能是以组或批次自动执行任务。

哪一代使用了批处理？

为了处理多个相似的操作，在第二代中开发了晶体管和批处理系统。为了减少等待 CPU 完成任务或工作而浪费的时间，他们设计了批处理系统。

操作系统批处理过程是什么样的？

自动将多个源文件编译成可执行程序的行为是操作系统中批处理过程的一个例子。

人们还在使用批处理操作系统吗？

确实，批处理操作系统仍在使用，并且在许多不同的环境中都有应用，特别是在处理大量数据、自动化重复性操作以及有效管理服务器基础设施方面。