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计算机操作系统-03
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计算机操作系统-03

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