计算机操作系统-03

操作系统的发展过程

早期计算机使用纸带传输程序和数据， 操作系统只起到加载作用。

为了更好的利用计算机资源， 并且更好的和用户交互，出现了分时调度系统。

网络的快速发展，出现了分布式的操作系统。

主机型计算 -> 个人机计算 -> 普通计算

未配置OS的计算机系统

1946 - 50年代（电子管），集中计算（计算中心），计算机资源昂贵。

人工模式

脱机模式

单道批处理系统

50年代末 ~ 60年代中（晶体管）：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，

每个批作业自动依次处理。可使用汇编语言开发。

• 批作业中的作业组成：

  用户程序 + 数据 + 作业说明书（作业控制语言）

供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组组成，在处理中使用一组相同的系统软件。

​ 把一批作业以脱机方式输入到磁带上，并在系统的监督程序（操作系统）的控制下使这批作业能一个接一个地连续处理。

中断： 指CPU在收到外部中断信号后，停止原来的工作，转去处理该中断事件，完毕后返回到原来断点继续工作。

中断处理过程： 中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断电的现场并继续原有任务）

**特征： **

• 自动性：磁带上一批作业自动逐个依次运行

• 顺序性： 进入内存，执行与完成的顺序完全相同

• 单道性： 内存中仅有一道程序，只有该程序完成或发生异常时，才调入后继程序进入内存运行。

  弊端:

  ​ 一个作业独占全部资源，CPU负责计算和传输，CPU与外设速度不匹配，CPU与I/O串行资源利用率仍然很低。

多道批处理系统

并行：在任意一个时刻可以同时执行

并发：在一个时间段内，处于运行状态。交替使用CPU

多道： 内存中同时存放几个作业

并发运行： 都处于运行状态，但都未运行完。

微观上串行运行： 各作业交替使用CPU；

准备运行的多个作业，必须在内存中，这需要内存管理；

多个作业都准备运行，在单CPU中，CPU必须决定运行哪一个，这需要某种调度算法。

利用CPU空挡时间进行程序交替运行，保存CPU处于忙碌状态。

优点：

• 资源利用率高： CPU和内存利用率较高；
• 系统吞吐量大： 单位时间内完成的工作总量大；

缺点：

• 无交互能力：整个作业完成后或中间出错时，才与用户交互，不利于调试和修改；
• 作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著增长。

特征：

• 多道性： 内存同时驻留多道程序允许并发执行。
• 无序性： 作业完成顺序与进入内存顺序无对应关系
• 调度性： 作业从提交到完成经两步调度。 作业调度、进程调度。

需要解决的问题：

​ 处理机争用、内存分配和保护、I/O设备分配、文件组织和管理、作业管理、用户与系统的接口。

典型应用

1964年IBM宣布推出OS/360计算机系统，是第一个采用小规模集成电路的主流机型。

操作系统是一组能够高效地控制和管理计算机硬件和软件资源、公平合理地对各类作业进行调度、以及方便用户使用计算机的程序集合。

内存中有多个用户程序，CPU利用率提高，但与用户无交互。

分时系统

人 - 机交互；共享主机。

“ 分时 ” ：指多个用户分时使用同一台计算机；多个程序分时共享硬件和软件资源。

把计算机的系统资源（尤其是CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片，每个用户依次轮流使用时间片30ms

通常按时间片分配，各个程序在CPU上执行的轮换时间。

分时系统实现的关键问题：

• 及时接收： 多个I/O端口，配置多路卡
• 及时处理（响应）：作业直接进入内存；采用（时间片）轮转运行方式

分时系统的特点：

• 多路性：同时连接多台终端
• 独立性：终端间互不影响
• 及时性：在人们能接受的时间内响应
• 交互性：方便的人机对话。

具有 ” 前台 “ 和 ” 后台 “ 的多道分时系统

​ 内存中同时存放多道作业，道数和位置都不固定。某些道为 ”前台区“ 存放

按时间片调度的前台作业流，其余道为 ” 后台 区 ” 存放批处理作业流；

​ 前台优先，只有当前台调进调出或前台无可运行的作业时才运行后台作业。

​ 既有分时系统多台中断共享主机交互性好，又有多道批处理系统资源利用率高的优点。

典型代表

MULTICS

UNIX

实时系统

“ 实时 ”

周期性实时任务

非周期性实时任务

硬实时任务

软实时任务

实时系统特点：

• 多路性： 多路信息采集，多对象控制
• 独立性： 信息采集和对象控制是相互独立的
• 及时性： 有较严格的时间限制，响应时间短
• 交互性： 主要与管理员进行简单的交互
• 可靠性： 多级容错

微OS的发展

章节测试

1. 批处理系统的主要确定是 失去了交互性

2. 从总体上说，采用多道程序设计技术可以 增加 单位时间的作业量， 但对每一个作业，从作业开始到全部完成所需的时间比单道执行所需的时间可能要 延长

3. 在分时系统中，时间片一定，用户数越多， 响应时间越长。

4. 引入多道程序的目的是 充分利用CPU，减少CPU的等待时间

5. 批处理操作系统提高了计算机的工作效率， 但 在作业执行时用户不能直接干预

6. 在多道程序设计的计算机系统中， CPU 可以被多个程序交替占用

7. CPU状态分为系统态和用户态， 从用户态转换到系统态的唯一途径是 系统调用

8. 在下列性质中， 哪一个不是分时系统的特征。 （ C ）

   A. 交互性

   B. 多路性

   C. 成批性

   D. 独立性

9. DOS 没有多道程序设计的特点

10. 当操作系统退出执行， 让用户执行时， 系统会 从管态变为目态

11. 系统调用是由操作系统提供的内部调用， 它 只能通过用户程序间接使用

12. 随着 VLSI(超大规模集成电路) 的发展，计算机硬件得到了迅速的发展，对操作系统提出了更高的要求。

13. 计算机在接受用户请求后处理数据以及在数据处理结束时，将结果送到终端显示器。例如， 导弹控制系统应选择安装 实时操作系统

14. 实时操作系统追求的目标为 快速响应

15. 允许多个用户以交互使用计算机的操作系统是 分时系统

16. 多道程序设计是指 有多个程序同时进入主存并发运行