极客笔记批处理操作系统
开始时，计算机都是非常大的机器，由控制台运行。一般来说，输入使用磁带驱动器或卡片读取器，输出使用磁带驱动器、穿孔卡片和线打印机。用户与系统没有直接的接口，作业执行是通过批处理系统完成的。这些系统被称为批处理操作系统，用户必须单独准备要执行的作业。
在20世纪50年代和60年代，没有发展成熟的操作系统、复杂的计算机架构或二次存储设备。相反，使用大型主机计算机来处理数据，输入和输出使用穿孔卡片或磁带。那时主要的问题是缺乏硬盘。
在20世纪50年代早期，通用汽车研究实验室（GMRL）推出了第一个单流批处理系统。它每次只执行一个作业，并以批次或群组形式发送数据。批处理操作系统消除了设置时间问题。
在本文中，您将了解批处理操作系统的类型、工作原理以及其优缺点。
什么是批处理操作系统
批处理在20世纪70年代非常流行。作业按批次执行。人们通常只有一台称为“大型机”的计算机。使用批处理操作系统的用户不能直接与计算机交互。每个用户使用离线设备（如穿孔卡片）准备自己的作业，并将其提交给计算机操作员。具有相似需求的作业被分组并作为一组执行，以加快处理速度。一旦程序员将他们的程序交给操作员，操作员会将具有相似需求的程序分成批次。
批处理操作系统将执行相似功能的作业分组。这些作业组被视为一个批处理并同时执行。带有此操作系统的计算机系统执行以下批处理处理活动：
- 作业是由预设的命令、数据和程序组成的单个单位。
- 处理按照它们接收到的顺序进行，即先到先服务。
- 这些作业存储在内存中，并且无需手动输入信息即可执行。
- 当作业成功运行时，操作系统释放其内存。
批处理操作系统的类型
主要有两种类型的批处理操作系统。它们如下：
- 简单批处理系统
- 多程序批处理系统
简单批处理系统
在简单的批处理操作系统中，用户无法直接与计算机系统进行作业执行的交互。然而，用户需要准备一个包含程序、控制信息和关于作业性质的数据的作业，并将其提交给计算机操作员，通常以打孔卡的形式。程序的输出包括结果以及在程序错误发生时的寄存器和内存转储。输出将在一定时间后显示，可能需要几天、几小时或几分钟。
其主要作用是将控制从一个作业转移到另一个作业。具有相似需求的作业被汇集在一起，并通过处理器进行处理，以提高处理速度。操作员在程序中使用批处理创建具有相似需求的批次。当批次可用时，计算机逐个运行这些批次。该系统通常读取一系列作业，每个作业都具有其控制卡和预定义作业任务。
多程序批处理系统
Spooling处理已经被读取并正在等待在磁盘上运行的许多作业。包含作业池的磁盘允许操作系统选择下一个要运行的作业，以最大化CPU利用率。直接从磁带或卡中读取的作业无法按不同的顺序运行。作业按照先到先服务的方式依次运行。当各种作业存储在直接访问设备上时，作业调度就变得像磁盘一样可能。多程序是作业调度的一个重要特性。对于重叠的I/O，Spooling和离线操作有其局限性。通常，单个用户无法在所有的输入/输出设备和CPU购买中都保持。
在多程序批处理系统中，作业被分组，以便CPU一次只执行一个作业，以提高CPU利用率。操作系统同时在内存中维护多个作业。操作系统选择一个作业并开始在内存中执行。最后，作业必须等待完成任务，例如在I/O操作中装载磁带。在多程序系统中，不会闲置，因为操作系统会切换到另一个任务。当一个作业处于等待状态，并且当前作业完成时，CPU将返回给它。
为什么要使用批处理操作系统
批处理操作系统对CPU的负担较小，并且包含最小的用户交互，这就是为什么现在仍然可以使用它们的原因。批处理操作系统的另一个好处是可以在不与计算机交互的情况下完成大量重复的作业，并在完成该作业后通知系统需要执行的下一个操作。
旧的批处理操作系统是非交互式的，这意味着用户在执行程序时并不与其进行交互。现代批处理操作系统支持交互。例如，你可以安排作业，当指定的时间到达时，计算机会通知处理器时间到了。
批处理操作系统如何工作
操作系统将作业的数量存储在内存中，并逐个进行处理。作业按照先来先服务的方式进行处理。每个作业集被定义为一个批次。当一个任务完成时，它的内存被释放，并将工作的输出转移到输出池以供以后打印或处理。在批处理操作系统中，用户的交互是有限的。当系统接收到用户的任务后，用户就可以自由操作了。你还可以使用批处理系统来更新与任何交易或记录相关的数据。
批处理操作系统的作用
批处理操作系统的主要作用是自动执行批处理作业。批处理处理系统的主要任务由“批处理监控程序”完成，该程序位于主存储器的底部。这种技术是由硬磁盘驱动器和读卡机的发展而可能实现的。作业现在可以存储在磁盘上，形成一个用于批处理执行的作业池。然后，它们与相似的作业分组，放置在同一批中。因此，批处理操作系统会自动依次运行批处理作业，通过仅执行一次任务节省时间。这使得系统变得更好，因为减少了周转时间。
批处理操作系统的特点
批处理操作系统具有各种特点。其中一些特点如下：
- 在这种情况下，CPU按照操作员发送给它的顺序执行作业，这意味着首先发送给CPU的任务将首先执行。这也被称为“先到先服务”。
- 单词“作业”指的是用户和程序应执行的命令或指令。
- 批处理操作系统运行一组由具有多个相似性的不同指令和程序组成的用户提供的指令。
- 当一个任务成功执行后，操作系统释放该作业所占用的内存空间。
- 在批处理操作系统中，用户不直接与操作系统进行交互，而是将所有指令发送给操作员。
- 操作员评估用户的指令并创建具有相似特性的指令集。
批处理操作系统的优缺点
批处理操作系统具有各种优点和缺点。其中一些优点和缺点如下：
优点
批处理操作系统具有多种优点。其中一些优点如下：
- 很难预测完成一个作业需要多长时间，只有批处理系统的处理器才知道作业的完成时间。
- 该系统可以轻松地反复处理大型作业。
- 批处理过程可以划分为多个阶段，以提高处理速度。
- 当一个进程完成时，下一个作业从作业队列中运行，无需任何用户交互。
- 提高了CPU利用率。
缺点
批处理操作系统有许多缺点，其中一些如下：
- 当一个任务失败时，必须重新安排完成该任务，可能需要很长时间。
- 计算机操作员必须对批处理系统有全面的了解。
- 批处理系统很难调试。
- 计算机系统和用户没有直接交互。
- 如果一个任务进入无限循环，其他任务必须等待未知的时间。