分時作業系統與多道程式作業系統的區別

作業系統在管理計算機資源和提供程式執行平臺方面起著至關重要的作用。兩種常見型別的作業系統是分時作業系統和多道程式作業系統。雖然兩者都旨在提高資源利用率和使用者體驗，但它們在實現這些目標的方法上有所不同。

分時作業系統

分時作業系統 (TSOS) 專注於提供互動式計算環境，允許多個使用者同時訪問系統並共享其資源。TSOS 透過在不同使用者程式之間快速切換來實現這一點，讓每個使用者感覺好像擁有對系統的專用訪問許可權。這種切換速度非常快，從而產生並行性的錯覺。分時作業系統的關鍵特性包括：

資源分配 - 分時作業系統允許多個使用者透過將 CPU 時間劃分為稱為時間片或量子的短時間間隔來共享單個計算機系統的資源。每個使用者或任務都獲得公平且相等比例的 CPU 時間。
互動性 - 分時作業系統強調互動性，提供對使用者輸入的快速響應時間。它允許使用者透過終端或控制檯與系統互動，使多個使用者能夠同時執行程式並獲得及時的反饋。
上下文切換 - 分時作業系統依賴於不同使用者程式之間頻繁的上下文切換。它儲存當前執行程式的狀態，並恢復佇列中下一個程式的狀態，允許每個程式在切換到另一個程式之前執行一小段時間。
排程 - 分時作業系統使用排程演算法（例如，輪詢、基於優先順序的演算法）來確定任務執行的順序。目標是提供對系統資源的公平且平等的訪問，確保沒有使用者或程式長時間獨佔 CPU。
響應時間 - 分時作業系統的首要目標是最小化響應時間並提供互動式效能。即使有多個使用者或程式同時執行，使用者也應該體驗到快速的反饋和任務的流暢執行。

多道程式作業系統 (MPOS) 專注於透過允許多個程式同時駐留在記憶體中來最大限度地提高 CPU 利用率。與 TSOS 不同，MPOS 不會向用戶提供並行執行的錯覺。相反，它旨在透過在某個程式等待 I/O 操作或被阻塞時快速切換程式來始終保持 CPU 繁忙。多道程式作業系統的關鍵特性包括：

資源利用率 - 多道程式作業系統旨在透過同時執行多個程式來最大限度地提高系統資源的利用率。它允許多個程式同時駐留在記憶體中，利用空閒的 CPU 和 I/O 時間。
並行執行 - 在多道程式作業系統中，多個程式同時載入到記憶體中，CPU 根據它們的可用性和優先順序在它們之間切換。這使得程式能夠並行執行，從而提高吞吐量和資源利用率。
效率 - 多道程式作業系統透過保持 CPU 和其他外圍裝置繁忙來減少系統資源的空閒時間。當一個程式等待 I/O 時，CPU 可以切換到另一個準備就緒的程式，從而最佳化可用資源的利用率。
程序管理 - 多道程式作業系統透過為每個程序分配 CPU 時間一段固定時間或直到它自願釋放 CPU 來管理程序。它採用排程演算法來確定程序執行的順序，旨在最大限度地提高 CPU 和 I/O 利用率。
吞吐量 - 多道程式作業系統的首要目標是提高吞吐量，它指的是每單位時間完成的程式數量。透過允許多個程式併發執行，它可以在給定時間段內完成更多工。

下表比較和對比了分時作業系統和多道程式作業系統的不同特性：

特性	分時作業系統	多道程式作業系統
執行模型	透過在程式之間快速切換，為多個使用者提供並行執行的錯覺。	在某個程式等待 I/O 操作時在程式之間切換，最大限度地提高 CPU 利用率。
使用者互動	強調互動式響應時間，為使用者提供響應迅速且互動式的計算體驗。	優先考慮 CPU 利用率和整體系統吞吐量，不太強調互動式響應時間。
資源分配	專注於多個使用者之間的公平資源分配，確保每個使用者獲得公平的系統資源份額。	旨在最大限度地提高整體 CPU 利用率，資源分配策略針對高效程式執行進行了最佳化。
上下文切換	不同使用者程式之間發生頻繁的上下文切換，以提供並行性的錯覺。	當程式等待 I/O 操作或被阻塞時發生切換，最大限度地提高 CPU 利用率。
程式隔離	併發執行的程式共享系統的資源，但已到位機制來維持隔離並防止干擾。	併發執行的程式彼此隔離，以維護資料完整性並防止干擾。
主要目標	為多個使用者提供響應迅速且互動式的環境。	最大限度地提高 CPU 利用率和整體系統吞吐量。
使用者體驗	使用者體驗到好像他們擁有對系統的獨佔訪問許可權，響應時間快，具有互動功能。	使用者可能會遇到偶爾的延遲，但系統優先考慮整體程式執行和吞吐量。

分時作業系統優先考慮為多個使用者提供響應迅速且互動式的環境，而多道程式作業系統則專注於最大限度地提高 CPU 利用率和整體系統吞吐量。兩者之間的選擇取決於預期的用例、應用程式的性質以及互動性和吞吐量之間的權衡。

Pradeep Kumar

更新於：2023年7月13日

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