手工操作 —— 穿孔卡片
1946年第一台計算機誕生--20世紀50年代中期，計算機工作還在采用手工操作方式。此時還沒有作業系統的概念。
程式員将對應于程式和資料的已穿孔的紙帶（或卡片）裝入輸入機，然後啟動輸入機把程式和資料輸入計算機記憶體，接着通過控制台開關啟動程式針對資料運作；計算完畢，列印機輸出計算結果；使用者取走結果并卸下紙帶（或卡片）後，才讓下一個使用者上機。
手工操作方式兩個特點：
（1）使用者獨占全機。不會出現因資源已被其他使用者占用而等待的現象，但資源的使用率低。
（2）CPU 等待手工操作。CPU的利用不充分。
20世紀50年代後期，出現人機沖突：手工操作的慢速度和計算機的高速度之間形成了尖銳沖突，手工操作方式已嚴重損害了系統資源的使用率（使資源使用率降為百分之幾，甚至更低），不能容忍。唯一的解決辦法：隻有擺脫人的手工操作，實作作業的自動過渡。這樣就出現了成批處理。
批處理 —— 錄音帶存儲
批處理系統：加載在計算機上的一個系統軟體，在它的控制下，計算機能夠自動地、成批地處理一個或多個使用者的作業（這作業包括程式、資料和指令）。
聯機批處理系統
首先出現的是聯機批處理系統，即作業的輸入/輸出由CPU來處理。
主機與輸入機之間增加一個儲存設備——錄音帶，在運作于主機上的監督程式的自動控制下，計算機可自動完成：成批地把輸入機上的使用者作業讀入錄音帶，依次把錄音帶上的使用者作業讀入主機記憶體并執行并把計算結果向輸出機輸出。完成了上一批作業後，監督程式又從輸入機上輸入另一批作業，儲存在錄音帶上，并按上述步驟重複處理。
監督程式不停地處理各個作業，進而實作了作業到作業的自動轉接，減少了作業建立時間和手工操作時間，有效克服了人機沖突，提高了計算機的使用率。
但是，在作業輸入和結果輸出時，主機的高速CPU仍處于空閑狀态，等待慢速的輸入/輸出裝置完成工作： 主機處于“忙等”狀态。
脫機批處理系統
為克服與緩解：高速主機與慢速外設的沖突，提高CPU的使用率，又引入了脫機批處理系統，即輸入/輸出脫離主機控制。
衛星機：一台不與主機直接相連而專門用于與輸入/輸出裝置打交道的。
其功能是：
（1）從輸入機上讀取使用者作業并放到輸入錄音帶上。
（2）從輸出錄音帶上讀取執行結果并傳給輸出機。
這樣，主機不是直接與慢速的輸入/輸出裝置打交道，而是與速度相對較快的錄音帶機發生關系，有效緩解了主機與裝置的沖突。主機與衛星機可并行工作，二者分工明确，可以充分發揮主機的高速計算能力。
脫機批處理系統:20世紀60年代應用十分廣泛，它極大緩解了人機沖突及主機與外設的沖突。
不足：每次主機記憶體中僅存放一道作業，每當它運作期間發出輸入/輸出（I/O）請求後，高速的CPU便處于等待低速的I/O完成狀态，緻使CPU空閑。
為改善CPU的使用率，又引入了多道程式系統。
多道程式系統
多道程式設計技術
所謂多道程式設計技術，就是指允許多個程式同時進入記憶體并運作。即同時把多個程式放入記憶體，并允許它們交替在CPU中運作，它們共享系統中的各種硬、軟體資源。當一道程式因I/O請求而暫停運作時，CPU便立即轉去運作另一道程式。
在A程式計算時，I/O空閑， A程式I/O操作時，CPU空閑（B程式也是同樣）；必須A工作完成後，B才能進入記憶體中開始工作，兩者是串行的，全部完成共需時間=T1+T2。
将A、B兩道程式同時存放在記憶體中，它們在系統的控制下，可互相穿插、交替地在CPU上運作：當A程式因請求I/O操作而放棄CPU時，B程式就可占用CPU運作，這樣 CPU不再空閑，而正進行A I/O操作的I/O裝置也不空閑，顯然，CPU和I/O裝置都處于“忙”狀态，大大提高了資源的使用率，進而也提高了系統的效率，A、B全部完成所需時間<<T1+T2。
多道程式設計技術不僅使CPU得到充分利用，同時改善I/O裝置和記憶體的使用率，進而提高了整個系統的資源使用率和系統吞吐量（機關時間内處理作業（程式）的個數），最終提高了整個系統的效率。
單處理機系統中多道程式運作時的特點：
（1）多道：計算機記憶體中同時存放幾道互相獨立的程式；
（2）宏觀上并行：同時進入系統的幾道程式都處于運作過程中，即它們先後開始了各自的運作，但都未運作完畢；
（3）微觀上串行：實際上，各道程式輪流地用CPU，并交替運作。
多道程式系統的出現，标志着作業系統漸趨成熟的階段，先後出現了作業排程管理、處理機管理、存儲器管理、外部裝置管理、檔案系統管理等功能。
由于多個程式同時在計算機中運作，開始有了空間隔離的概念，隻有記憶體空間的隔離，才能讓資料更加安全、穩定。
出了空間隔離之外，多道技術還第一次展現了時空複用的特點，遇到IO操作就切換程式，使得cpu的使用率提高了，計算機的工作效率也随之提高。
多道批處理系統
20世紀60年代中期，在前述的批處理系統中，引入多道程式設計技術後形成多道批處理系統（簡稱：批處理系統）。
它有兩個特點：
（1）多道：系統内可同時容納多個作業。這些作業放在外存中，組成一個後備隊列，系統按一定的排程原則每次從後備作業隊列中選取一個或多個作業進入記憶體運作，運作作業結束、退出運作和後備作業進入運作均由系統自動實作，進而在系統中形成一個自動轉接的、連續的作業流。
（2）成批：在系統運作過程中，不允許使用者與其作業發生互動作用，即：作業一旦進入系統，使用者就不能直接幹預其作業的運作。
批處理系統的追求目标：提高系統資源使用率和系統吞吐量，以及作業流程的自動化。
批處理系統的一個重要缺點：不提供人機互動能力，給使用者使用計算機帶來不便。
雖然使用者獨占全機資源，并且直接控制程式的運作，可以随時了解程式運作情況。但這種工作方式因獨占全機造成資源效率極低。
一種新的追求目标：既能保證計算機效率，又能友善使用者使用計算機。 20世紀60年代中期，計算機技術和軟體技術的發展使這種追求成為可能。
分時系統
由于CPU速度不斷提高和采用分時技術，一台計算機可同時連接配接多個使用者終端，而每個使用者可在自己的終端上聯機使用計算機，好象自己獨占機器一樣。
分時技術：把處理機的運作時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理機配置設定給各聯機作業使用。
若某個作業在配置設定給它的時間片内不能完成其計算，則該作業暫時中斷，把處理機讓給另一作業使用，等待下一輪時再繼續其運作。由于計算機速度很快，作業運作輪轉得很快，給每個使用者的印象是，好象他獨占了一台計算機。而每個使用者可以通過自己的終端向系統發出各種操作控制指令，在充分的人機互動情況下，完成作業的運作。
具有上述特征的計算機系統稱為分時系統，它允許多個使用者同時聯機使用計算機。
特點：
（1）多路性。若幹個使用者同時使用一台計算機。微觀上看是各使用者輪流使用計算機；宏觀上看是各使用者并行工作。
（2）互動性。使用者可根據系統對請求的響應結果，進一步向系統提出新的請求。這種能使使用者與系統進行人機對話的工作方式，明顯地有别于批處理系統，因而，分時系統又被稱為互動式系統。
（3）獨立性。使用者之間可以互相獨立操作，互不幹擾。系統保證各使用者程式運作的完整性，不會發生互相混淆或破壞現象。
（4）及時性。系統可對使用者的輸入及時作出響應。分時系統性能的主要名額之一是響應時間，它是指：從終端發出指令到系統予以應答所需的時間。
分時系統的主要目标：對使用者響應的及時性，即不至于使用者等待每一個指令的處理時間過長。
分時系統可以同時接納數十個甚至上百個使用者，由于記憶體空間有限，往往采用對換（又稱交換）方式的存儲方法。即将未“輪到”的作業放入磁盤，一旦“輪到”，再将其調入記憶體；而時間片用完後，又将作業存回磁盤（俗稱“滾進”、“滾出“法），使同一存儲區域輪流為多個使用者服務。
多使用者分時系統是當今計算機作業系統中最普遍使用的一類作業系統。
注意：分時系統的分時間片工作，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，反而使得計算機的效率降低了。但是我們犧牲了一點效率，卻實作了多個程式共同執行的效果，這樣你就可以在計算機上一邊聽音樂一邊聊qq了。
實時系統
雖然多道批處理系統和分時系統能獲得較令人滿意的資源使用率和系統響應時間，但卻不能滿足實時控制與實時資訊處理兩個應用領域的需求。于是就産生了實時系統，即系統能夠及時響應随機發生的外部事件，并在嚴格的時間範圍内完成對該事件的處理。
實時系統在一個特定的應用中常作為一種控制裝置來使用。
實時系統可分成兩類：
（1）實時控制系統。當用于飛機飛行、飛彈發射等的自動控制時，要求計算機能盡快處理測量系統測得的資料，及時地對飛機或飛彈進行控制，或将有關資訊通過顯示終端提供給決策人員。當用于軋鋼、石化等工業生産過程控制時，也要求計算機能及時處理由各類傳感器送來的資料，然後控制相應的執行機構。
（2）實時資訊處理系統。當用于預定飛機票、查詢有關航班、航線、票價等事宜時，或當用于銀行系統、情報檢索系統時，都要求計算機能對終端裝置發來的服務請求及時予以正确的回答。此類對響應及時性的要求稍弱于第一類。
實時作業系統的主要特點：
（1）及時響應。每一個資訊接收、分析處理和發送的過程必須在嚴格的時間限制内完成。
（2）高可靠性。需采取備援措施，雙機系統前背景工作，也包括必要的保密措施等。
####分時系統和實時系統的比較
分時——現在流行的PC，伺服器都是采用這種運作模式，即把CPU的運作分成若幹時間片分别處理不同的運算請求 linux系統
實時——一般用于單片機上、PLC等，比如電梯的上下控制中，對于按鍵等動作要求進行實時處理 通用作業系統
作業系統的三種基本類型：多道批處理系統、分時系統、實時系統。
通用作業系統：具有多種類型操作特征的作業系統。可以同時兼有多道批處理、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。首先保證優先處理實時任務，插空進行批處理作業。常把實時任務稱為前台作業，批作業稱為背景作業。
再如：分時處理+批處理=分時批處理系統。即：時間要求不強的作業放入“背景”（批處理）處理，需頻繁互動的作業在“前台”（分時）處理，處理機優先運作“前台”作業。
從上世紀60年代中期，國際上開始研制一些大型的通用作業系統。這些系統試圖達到功能齊全、可适應各種應用範圍和操作方式變化多端的環境的目标。但是，這些系統過于複雜和龐大，不僅付出了巨大的代價，且在解決其可靠性、可維護性和可了解性方面都遇到很大的困難。
相比之下，UNIX作業系統卻是一個例外。這是一個通用的多使用者分時互動型的作業系統。它首先建立的是一個精幹的核心，而其功能卻足以與許多大型的作業系統相媲美，在核心層以外，可以支援龐大的軟體系統。它很快得到應用和推廣，并不斷完善，對現代作業系統有着重大的影響。
至此，作業系統的基本概念、功能、基本結構群組成都已形成并漸趨完善。
作業系統的進一步發展
進入20世紀80年代，大規模內建電路工藝技術的飛躍發展，微處理機的出現和發展，掀起了計算機大發展大普及的浪潮。一方面迎來了個人計算機的時代，同時又向計算機網絡、分布式處理、巨型計算機和智能化方向發展。于是，作業系統有了進一步的發展，如：個人計算機作業系統、網絡作業系統、分布式作業系統等。
個人計算機作業系統
個人計算機上的作業系統是聯機互動的單使用者作業系統，它提供的聯機互動功能與通用分時系統提供的功能很相似。
由于是個人專用，是以一些功能會簡單得多。然而，由于個人計算機的應用普及，對于提供更友善友好的使用者接口和豐富功能的檔案系統的要求會愈來愈迫切。
網絡作業系統
計算機網絡：通過通信設施，将地理上分散的、具有自治功能的多個計算機系統互連起來，實作資訊交換、資源共享、互操作和協作處理的系統。
網絡作業系統：在原來各自計算機作業系統上，按照網絡體系結構的各個協定标準增加網絡管理子產品，其中包括：通信、資源共享、系統安全和各種網絡應用服務。
分布式作業系統
表面上看，分布式系統與計算機網絡系統沒有多大差別。分布式作業系統也是通過通信網絡，将地理上分散的具有自治功能的資料處理系統或計算機系統互連起來，實作資訊交換和資源共享，協作完成任務。——硬體連接配接相同。
但有如下一些明顯的差別：
（1）分布式系統要求一個統一的作業系統，實作系統操作的統一性。
（2）分布式作業系統管理分布式系統中的所有資源，它負責全系統的資源配置設定和排程、任務劃分、資訊傳輸和控制協調工作，并為使用者提供一個統一的界面。
（3）使用者通過這一界面，實作所需要的操作和使用系統資源，至于操作定在哪一台計算機上執行，或使用哪台計算機的資源，則是作業系統完成的，使用者不必知道，此謂：系統的透明性。
（4）分布式系統更強調分布式計算和處理，是以對于多機合作和系統重構、堅強性和容錯能力有更高的要求，希望系統有：更短的響應時間、高吞吐量和高可靠性。
作業系統的作用
現代的計算機系統主要是由一個或者多個處理器，主存，硬碟，鍵盤，滑鼠，顯示器，列印機，網絡接口及其他輸入輸出裝置組成。
一般而言，現代計算機系統是一個複雜的系統。
其一：如果每位應用程式員都必須掌握該系統所有的細節，那就不可能再編寫代碼了（嚴重影響了程式員的開發效率：全部掌握這些細節可能需要一萬年....）
其二：并且管理這些部件并加以優化使用，是一件極富挑戰性的工作，于是，計算安裝了一層軟體（系統軟體），稱為作業系統。它的任務就是為使用者程式提供一個更好、更簡單、更清晰的計算機模型，并管理剛才提到的所有裝置。
總結：
程式員無法把所有的硬體操作細節都了解到，管理這些硬體并且加以優化使用是非常繁瑣的工作，這個繁瑣的工作就是作業系統來幹的，有了他，程式員就從這些繁瑣的工作中解脫了出來，隻需要考慮自己的應用軟體的編寫就可以了，應用軟體直接使用作業系統提供的功能來間接使用硬體。
精簡的說的話，作業系統就是一個協調、管理和控制計算機硬體資源和軟體資源的控制程式。作業系統所處的位置如圖
#一 作業系統的作用：
1：隐藏醜陋複雜的硬體接口，提供良好的抽象接口
2：管理、排程程序，并且将多個程序對硬體的競争變得有序
#二 多道技術：
1.産生背景：針對單核，實作并發
ps：
現在的主機一般是多核，那麼每個核都會利用多道技術
有4個cpu，運作于cpu1的某個程式遇到io阻塞，會等到io結束再重新排程，會被排程到4個
cpu中的任意一個，具體由作業系統排程算法決定。
2.空間上的複用：如記憶體中同時有多道程式
3.時間上的複用：複用一個cpu的時間片
強調：遇到io切，占用cpu時間過長也切，核心在于切之前将程序的狀态儲存下來，這樣
才能保證下次切換回來時，能基于上次切走的位置繼續運作