操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用課件

第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用

1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程

1.3操作系統(tǒng)的基本特性

1謝謝觀賞2019-9-21第一章操作系統(tǒng)引論1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1謝謝觀1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?謝謝觀賞2019-9-211.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)2謝謝軟盤內(nèi)存打印機(jī)CPU（由運(yùn)算器和控制器組成）輸入程序原始數(shù)據(jù)輸出運(yùn)算結(jié)果指令數(shù)據(jù)線控制信號(hào)線存儲(chǔ)程序并自動(dòng)執(zhí)行鍵盤0輸入設(shè)備外部存儲(chǔ)器輸出設(shè)備000100110000001100001013謝謝觀賞2019-9-21軟盤內(nèi)存打印機(jī)CPU（由運(yùn)算器和控制器組成）輸入程序輸出1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)

1．有效性在早期(20世紀(jì)50～60年代)，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)非常昂貴，操作系統(tǒng)最重要的目標(biāo)無(wú)疑是有效性。事實(shí)上，那時(shí)有效性是推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展最主要的動(dòng)力。正因如此，現(xiàn)在的大多數(shù)操作系統(tǒng)書籍，都著重于介紹如何提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源利用率和系統(tǒng)的吞吐量問題。操作系統(tǒng)的有效性可包含如下兩方面的含意：

4謝謝觀賞2019-9-211.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)4謝謝觀賞2019-9-21

(1)提高系統(tǒng)資源利用率。在未配置OS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，諸如CPU、I/O設(shè)備等各種資源，都會(huì)因它們經(jīng)常處于空閑狀態(tài)而得不到充分利用；內(nèi)存及外存中所存放的數(shù)據(jù)太少或者無(wú)序而浪費(fèi)了大量的存儲(chǔ)空間。配置了OS之后，可使CPU和I/O設(shè)備由于能保持忙碌狀態(tài)而得到有效的利用，且可使內(nèi)存和外存中存放的數(shù)據(jù)因有序而節(jié)省了存儲(chǔ)空間。5謝謝觀賞2019-9-21(1)提高系統(tǒng)資源利用率。在未配置OS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，

(2)提高系統(tǒng)的吞吐量。計(jì)算機(jī)的吞吐量：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的吞吐量是指流入，處理和流出系統(tǒng)的信息的速率。信息能夠多快地輸入內(nèi)存

CPU能夠多快地取指令數(shù)據(jù)能夠多快地從內(nèi)存取出或存入所得結(jié)果能夠多快地從內(nèi)存送給一臺(tái)外圍設(shè)備這些步驟中的每一步都關(guān)系到主存，因此，系統(tǒng)吞吐量主要取決于主存的存取周期。操作系統(tǒng)還可以通過合理地組織計(jì)算機(jī)的工作流程，而進(jìn)一步改善資源的利用率，加速程序的運(yùn)行，縮短程序的運(yùn)行周期，從而提高系統(tǒng)的吞吐量。

6謝謝觀賞2019-9-21(2)提高系統(tǒng)的吞吐量。6謝謝觀賞2019-9-21

2．方便性配置OS后可使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更容易使用。一個(gè)未配置OS的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是極難使用的，因?yàn)橛?jì)算機(jī)硬件只能識(shí)別0和1這樣的機(jī)器代碼。用戶要直接在計(jì)算機(jī)硬件上運(yùn)行自己所編寫的程序，就必須用機(jī)器語(yǔ)言書寫程序；用戶要想輸入數(shù)據(jù)或打印數(shù)據(jù)，也都必須自己用機(jī)器語(yǔ)言書寫相應(yīng)的輸入程序或打印程序。如果我們?cè)谟?jì)算機(jī)硬件上配置了OS，用戶便可通過OS所提供的各種命令來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。比如，用編譯命令可方便地把用戶用高級(jí)語(yǔ)言書寫的程序翻譯成機(jī)器代碼，大大地方便了用戶，從而使計(jì)算機(jī)變得易學(xué)易用。

7謝謝觀賞2019-9-212．方便性7謝謝觀賞2019-9-21

3．可擴(kuò)充性隨著VLSI技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)硬件和體系結(jié)構(gòu)也隨之得到迅速發(fā)展，相應(yīng)地，它們也對(duì)OS提出了更高的功能和性能要求。此外，多處理機(jī)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，特別是Internet的發(fā)展，又對(duì)OS提出了一系列更新的要求。因此，OS必須具有很好的可擴(kuò)充性，方能適應(yīng)計(jì)算機(jī)硬件、體系結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用發(fā)展的要求。這就是說，現(xiàn)代OS應(yīng)采用新的OS結(jié)構(gòu)，如微內(nèi)核結(jié)構(gòu)和客戶服務(wù)器模式，以便于方便地增加新的功能和模塊，并能修改老的功能和模塊。關(guān)于新的OS結(jié)構(gòu)將在本章最后一節(jié)中介紹。

8謝謝觀賞2019-9-213．可擴(kuò)充性8謝謝觀賞2019-9-21

4．開放性自20世紀(jì)80年代以來，由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，特別是Internet的應(yīng)用的日益普及，使計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境已由單機(jī)封閉環(huán)境轉(zhuǎn)向開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。為使來自不同廠家的計(jì)算機(jī)和設(shè)備能通過網(wǎng)絡(luò)加以集成化，并能正確、有效地協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的可移植性和互操作性，要求操作系統(tǒng)必須提供統(tǒng)一的開放環(huán)境，進(jìn)而要求OS具有開放性。開放性是指系統(tǒng)能遵循世界標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，特別是遵循開放系統(tǒng)互連(OSI)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。凡遵循國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)所開發(fā)的硬件和軟件，均能彼此兼容，可方便地實(shí)現(xiàn)互連。開放性已成為20世紀(jì)90年代以后計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)核心問題，也是一個(gè)新推出的系統(tǒng)或軟件能否被廣泛應(yīng)用的至關(guān)重要的因素。

9謝謝觀賞2019-9-214．開放性9謝謝觀賞2019-9-211.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?0謝謝觀賞2019-9-211.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)和作用1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)10謝1.1.2操作系統(tǒng)的作用

1．OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間的接口

OS作為用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間接口的含義是：OS處于用戶與計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)之間，用戶通過OS來使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)?；蛘哒f，用戶在OS幫助下，能夠方便、快捷、安全、可靠地操縱計(jì)算機(jī)硬件和運(yùn)行自己的程序。應(yīng)注意，OS是一個(gè)系統(tǒng)軟件，因而這種接口是軟件接口。圖1-1是OS作為接口的示意圖。由圖可看出，用戶可通過以下三種方式使用計(jì)算機(jī)。

11謝謝觀賞2019-9-211.1.2操作系統(tǒng)的作用11謝謝觀賞2019-9-21圖1-1

OS作為接口的示意圖

12謝謝觀賞2019-9-21圖1-1OS作為接口的示意圖12謝謝觀賞2019-9-2

(1)命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命令接口，以允許用戶通過鍵盤輸入有關(guān)命令來取得操作系統(tǒng)的服務(wù)，并控制用戶程序的運(yùn)行。

(2)系統(tǒng)調(diào)用方式。OS提供了一組系統(tǒng)調(diào)用，用戶可在自己的應(yīng)用程序中通過相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用，來實(shí)現(xiàn)與操作系統(tǒng)的通信，并取得它的服務(wù)。

(3)圖形、窗口方式。這是當(dāng)前使用最為方便、最為廣泛的接口，它允許用戶通過屏幕上的窗口和圖標(biāo)來實(shí)現(xiàn)與操作系統(tǒng)的通信，并取得它的服務(wù)。

13謝謝觀賞2019-9-21(1)命令方式。這是指由OS提供了一組聯(lián)機(jī)命令接口，以

2．OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者在一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都含有各種各樣的硬件和軟件資源。歸納起來可將資源分為四類：處理器存儲(chǔ)器I/O設(shè)備信息(數(shù)據(jù)和程序)。14謝謝觀賞2019-9-212．OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者14謝謝觀賞2019-

2．OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者相應(yīng)地，OS的主要功能也正是針對(duì)這四類資源進(jìn)行有效的管理，即：處理機(jī)管理，用于分配和控制處理機(jī)；存儲(chǔ)器管理，主要負(fù)責(zé)內(nèi)存的分配與回收；

I/O設(shè)備管理，負(fù)責(zé)I/O設(shè)備的分配與操縱；文件管理，負(fù)責(zé)文件的存取、共享和保護(hù)。可見，OS的確是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者。事實(shí)上，當(dāng)今世界上廣為流行的一個(gè)關(guān)于OS作用的觀點(diǎn)，正是把OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源管理者。

15謝謝觀賞2019-9-212．OS作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的管理者15謝謝觀賞2019-

3．OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象對(duì)于一個(gè)完全無(wú)軟件的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(即裸機(jī))，它向用戶提供的是實(shí)際硬件接口(物理接口)，用戶必須對(duì)物理接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)有充分的了解，并利用機(jī)器指令進(jìn)行編程，因此該物理機(jī)器必定是難以使用的。為了方便用戶使用I/O設(shè)備，人們?cè)诼銠C(jī)上覆蓋上一層I/O設(shè)備管理軟件，如圖1-2所示，由它來實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O設(shè)備操作的細(xì)節(jié)，并向上提供一組I/O操作命令，如Read和Write命令，用戶可利用它來進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入或輸出，而無(wú)需關(guān)心I/O是如何實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)用戶所看到的機(jī)器將是一臺(tái)比裸機(jī)功能更強(qiáng)、使用更方便的機(jī)器。這就是說，在裸機(jī)上鋪設(shè)的I/O軟件隱藏了對(duì)I/O設(shè)備操作的具體細(xì)節(jié)，向上提供了一組抽象的I/O設(shè)備。

16謝謝觀賞2019-9-213．OS實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)資源的抽象16謝謝觀賞2019-9圖1-2

I/O軟件隱藏了I/O操作實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)

17謝謝觀賞2019-9-21圖1-2I/O軟件隱藏了I/O操作實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)17謝謝觀賞通常把覆蓋了上述軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器。它向用戶(進(jìn)程)提供了一個(gè)對(duì)硬件操作的抽象模型，用戶可利用抽象模型提供的接口使用計(jì)算機(jī)，而無(wú)需了解物理接口實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，從而使用戶更容易地使用計(jì)算機(jī)硬件資源。由該層軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的第一個(gè)層次的抽象。

18謝謝觀賞2019-9-21通常把覆蓋了上述軟件的機(jī)器稱為擴(kuò)充機(jī)器或虛機(jī)器。它向用戶為了方便用戶使用文件系統(tǒng)，人們又在第一層軟件上再覆蓋上一層用于文件的管理軟件，同樣由它來實(shí)現(xiàn)對(duì)文件操作的細(xì)節(jié)，并向上提供一組對(duì)文件進(jìn)行存取操作的命令，用戶可利用這組命令進(jìn)行文件的存取。此時(shí)，用戶所看到的是一臺(tái)功能更強(qiáng)、使用更方便的虛機(jī)器。該層軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)硬件資源操作的第二個(gè)層次的抽象。而當(dāng)人們又在文件管理軟件上再覆蓋一層面向用戶的窗口軟件后，用戶便可在窗口環(huán)境下方便地使用計(jì)算機(jī)，形成一臺(tái)功能更強(qiáng)的虛機(jī)器。

19謝謝觀賞2019-9-21為了方便用戶使用文件系統(tǒng)，人們又在第一層軟件上再覆蓋上一由此可知，OS是鋪設(shè)在計(jì)算機(jī)硬件上的多層系統(tǒng)軟件，它們不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的功能，而且還隱藏了對(duì)硬件操作的細(xì)節(jié)，由它們實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)硬件操作的多個(gè)層次的抽象。值得說明的是，對(duì)一個(gè)硬件在底層進(jìn)行抽象后，在高層還可再次對(duì)該資源進(jìn)行抽象，成為更高層的抽象模型。隨著抽象層次的提高，抽象接口所提供的功能就越來越強(qiáng)，用戶使用起來也更加方便。

20謝謝觀賞2019-9-21由此可知，OS是鋪設(shè)在計(jì)算機(jī)硬件上的多層系統(tǒng)軟件，它們不1.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)1.1.2操作系統(tǒng)的作用1.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?1謝謝觀賞2019-9-211.1.1操作系統(tǒng)的目標(biāo)21謝謝觀賞2019-9-211.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?/p>

1．不斷提高計(jì)算機(jī)資源的利用率在計(jì)算機(jī)發(fā)展的初期，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特別昂貴，人們必須千方百計(jì)地提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種資源的利用率，這就是OS最初發(fā)展的推動(dòng)力。由此形成了能自動(dòng)地對(duì)一批作業(yè)進(jìn)行處理的多道批處理系統(tǒng)。在20世紀(jì)60和70年代，又分別出現(xiàn)了能有效提高I/O設(shè)備和CPU利用率的SPOOLing系統(tǒng)和改善存儲(chǔ)器系統(tǒng)利用率的虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)，以及在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，在服務(wù)器上配置了允許所有網(wǎng)絡(luò)用戶訪問的文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。

22謝謝觀賞2019-9-211.1.3推動(dòng)操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?2謝謝觀賞2019-

2．方便用戶當(dāng)資源利用率不高的問題得到基本解決后，用戶在上機(jī)、調(diào)試程序時(shí)的不方便性便又成為主要矛盾。于是人們又想方設(shè)法改善用戶上機(jī)、調(diào)試程序時(shí)的環(huán)境，這又成為繼續(xù)推動(dòng)OS發(fā)展的主要因素。隨之便形成了允許進(jìn)行人機(jī)交互的分時(shí)系統(tǒng)，或稱為多用戶系統(tǒng)。在20世紀(jì)90年代初出現(xiàn)了受到用戶廣泛歡迎的圖形用戶界面，極大地方便了用戶使用計(jì)算機(jī)，使中小學(xué)生都能很快地學(xué)會(huì)上機(jī)操作，這無(wú)疑會(huì)更加推動(dòng)計(jì)算機(jī)的迅速普及。

23謝謝觀賞2019-9-212．方便用戶23謝謝觀賞2019-9-21

3．器件的不斷更新?lián)Q代微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)著計(jì)算機(jī)器件，特別是微機(jī)芯片的不斷更新，使得計(jì)算機(jī)的性能迅速提高，規(guī)模急劇擴(kuò)大，從而推動(dòng)了OS的功能和性能也迅速增強(qiáng)和提高。例如，當(dāng)微機(jī)芯片由8位發(fā)展到16位、32位，進(jìn)而又發(fā)展到64位時(shí)，相應(yīng)的微機(jī)OS也就由8位發(fā)展到16位和32位，進(jìn)而又發(fā)展到64位，此時(shí)相應(yīng)OS的功能和性能也都有顯著的增強(qiáng)和提高。24謝謝觀賞2019-9-213．器件的不斷更新?lián)Q代24謝謝觀賞2019-9-21在多處理機(jī)快速發(fā)展的同時(shí)，外部設(shè)備也在迅速發(fā)展。例如，早期的磁盤系統(tǒng)十分昂貴，只能配置在大型機(jī)中。隨著磁盤價(jià)格的不斷降低且小型化，很快在中、小型機(jī)以及微型機(jī)上也無(wú)一例外地配置了磁盤系統(tǒng)，而且其容量還遠(yuǎn)比早期配置在大型機(jī)上的大得多?，F(xiàn)在的微機(jī)操作系統(tǒng)(如WindowsXP)能支持種類非常多的外部設(shè)備，除了傳統(tǒng)的外設(shè)外，還可以支持光盤、移動(dòng)硬盤、閃存盤、掃描儀等。

25謝謝觀賞2019-9-21在多處理機(jī)快速發(fā)展的同時(shí)，外部設(shè)備也在迅速發(fā)展。例如，早

4．計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展，也不斷推動(dòng)著OS的發(fā)展并產(chǎn)生新的操作系統(tǒng)類型。例如，當(dāng)計(jì)算機(jī)由單處理機(jī)系統(tǒng)發(fā)展為多處理機(jī)系統(tǒng)時(shí)，相應(yīng)地，操作系統(tǒng)也就由單處理機(jī)OS發(fā)展為多處理機(jī)OS。又如，當(dāng)出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)后，配置在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生，它不僅能有效地管理好網(wǎng)絡(luò)中的共享資源，而且還向用戶提供了許多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

26謝謝觀賞2019-9-214．計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展26謝謝觀賞2019-9-21.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展27謝謝觀賞2019-9-211.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

1．人工操作方式從第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生(1945年)到20世紀(jì)50年代中期的計(jì)算機(jī)，屬于第一代計(jì)算機(jī)。此時(shí)的計(jì)算機(jī)是利用成千上萬(wàn)個(gè)真空管做成的，它的運(yùn)行速度僅為每秒數(shù)千次，但體積卻十分龐大，且功耗也非常高。這時(shí)還未出現(xiàn)OS。計(jì)算機(jī)操作是由用戶(即程序員)采用人工操作方式直接使用計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)，即由程序員將事先已穿孔(對(duì)應(yīng)于程序和數(shù)據(jù))的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片輸入機(jī))，再啟動(dòng)它們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行。當(dāng)程序運(yùn)行完畢并取走計(jì)算結(jié)果之后，才讓下一個(gè)用戶上機(jī)。這種人工操作方式有以下兩方面的缺點(diǎn):28謝謝觀賞2019-9-211.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)28謝謝觀賞2019-9-

(1)用戶獨(dú)占全機(jī)。此時(shí)，計(jì)算機(jī)及其全部資源只能由上機(jī)用戶獨(dú)占。

(2)CPU等待人工操作。當(dāng)用戶進(jìn)行裝帶(卡)、卸帶(卡)等人工操作時(shí)，CPU及內(nèi)存等資源是空閑的?？梢姡斯げ僮鞣绞絿?yán)重降低了計(jì)算機(jī)資源的利用率，此即所謂的人機(jī)矛盾。隨著CPU速度的提高和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，人機(jī)矛盾變得日趨嚴(yán)重。此外，隨著CPU速度的迅速提高而I/O設(shè)備的速度卻提高緩慢，這又使CPU與I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾更加突出。為了緩和此矛盾，曾先后出現(xiàn)了通道技術(shù)、緩沖技術(shù)，但都未能很好地解決上述矛盾，直至后來又引入了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)，才獲得了較為令人滿意的結(jié)果。

29謝謝觀賞2019-9-21(1)用戶獨(dú)占全機(jī)。此時(shí)，計(jì)算機(jī)及其全部資源只能由上機(jī)

2．脫機(jī)輸入/輸出方式為了解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，20世紀(jì)50年代末出現(xiàn)了脫機(jī)輸入/輸出(Off-LineI/O)技術(shù)。該技術(shù)是事先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶(或卡片)裝入紙帶輸入機(jī)(或卡片機(jī))，在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，把紙帶(卡片)上的數(shù)據(jù)(程序)輸入到磁帶上。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)，再?gòu)拇艓蠈⑵涓咚俚卣{(diào)入內(nèi)存。

30謝謝觀賞2019-9-212．脫機(jī)輸入/輸出方式30謝謝觀賞2019-9-21圖1-3脫機(jī)I/O示意圖

31謝謝觀賞2019-9-21圖1-3脫機(jī)I/O示意圖31謝謝觀賞2019-9-21類似地，當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，可由CPU直接高速地把數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到磁帶上，然后再在另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出。圖1-3示出了脫機(jī)輸入/輸出過程。由于程序和數(shù)據(jù)的輸入和輸出都是在外圍機(jī)的控制下完成的，或者說，它們是在脫離主機(jī)的情況下進(jìn)行的，故稱為脫機(jī)輸入/輸出方式；反之，在主機(jī)的直接控制下進(jìn)行輸入/輸出的方式稱為聯(lián)機(jī)。32謝謝觀賞2019-9-21類似地，當(dāng)CPU需要輸出時(shí)，可由CPU直接高速地把數(shù)據(jù)從輸入/輸出(On-LineI/O)方式。這種脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)減少了CPU的空閑時(shí)間。裝帶(卡)、卸帶(卡)以及將數(shù)據(jù)從低速I/O設(shè)備送到高速磁帶(或盤)上，都是在脫機(jī)情況下進(jìn)行的，并不占用主機(jī)時(shí)間，從而有效地減少了CPU的空閑時(shí)間，緩和了人機(jī)矛盾。

(2)提高了I/O速度。當(dāng)CPU在運(yùn)行中需要數(shù)據(jù)時(shí)，是直接從高速的磁帶或磁盤上將數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存的，不再是從低速I/O設(shè)備上輸入，極大地提高了I/O速度，從而緩和了CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾，進(jìn)一步減少了CPU的空閑時(shí)間。

33謝謝觀賞2019-9-21輸入/輸出(On-LineI/O)方式。這種脫機(jī)I/O1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展34謝謝觀賞2019-9-211.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)

1．單道批處理系統(tǒng)的處理過程上世紀(jì)50年代中期發(fā)明了晶體管，人們開始用晶體管替代真空管來制作計(jì)算機(jī)，從而出現(xiàn)了第二代計(jì)算機(jī)。它不僅使計(jì)算機(jī)的體積大大減小，功耗顯著降低，同時(shí)可靠性也得到大幅度提高，使計(jì)算機(jī)已具有推廣應(yīng)用的價(jià)值，但計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仍非常昂貴。為了能充分地利用它，應(yīng)盡量讓該系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行，以減少空閑時(shí)間。為此，通常是把一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)督程序(Monitor)，在它的控制下使這批作業(yè)能一個(gè)接一個(gè)地連續(xù)處理。

35謝謝觀賞2019-9-211.2.2單道批處理系統(tǒng)35謝謝觀賞2019-9-21其自動(dòng)處理過程是：首先，由監(jiān)督程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝入內(nèi)存，并把運(yùn)行控制權(quán)交給該作業(yè)。當(dāng)該作業(yè)處理完成時(shí)，又把控制權(quán)交還給監(jiān)督程序，再由監(jiān)督程序把磁帶(盤)上的第二個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就這樣自動(dòng)地一個(gè)作業(yè)一個(gè)作業(yè)地進(jìn)行處理，直至磁帶(盤)上的所有作業(yè)全部完成，這樣便形成了早期的批處理系統(tǒng)。由于系統(tǒng)對(duì)作業(yè)的處理都是成批地進(jìn)行的，且在內(nèi)存中始終只保持一道作業(yè)，故稱此系統(tǒng)為單道批處理系統(tǒng)(SimpleBatchProcessingSystem)。圖1-4示出了單道批處理系統(tǒng)的處理流程。

36謝謝觀賞2019-9-21其自動(dòng)處理過程是：首先，由監(jiān)督程序?qū)⒋艓系牡谝粋€(gè)作業(yè)裝圖1-4單道批處理系統(tǒng)的處理流程

37謝謝觀賞2019-9-21圖1-4單道批處理系統(tǒng)的處理流程37謝謝觀賞2019-

2．單道批處理系統(tǒng)的特征單道批處理系統(tǒng)是最早出現(xiàn)的一種OS。嚴(yán)格地說，它只能算作是OS的前身而并非是現(xiàn)在人們所理解的OS。盡管如此，該系統(tǒng)比起人工操作方式的系統(tǒng)已有很大進(jìn)步。該系統(tǒng)的主要特征如下：

(1)自動(dòng)性。在順利情況下，在磁帶上的一批作業(yè)能自動(dòng)地逐個(gè)地依次運(yùn)行，而無(wú)需人工干預(yù)。38謝謝觀賞2019-9-212．單道批處理系統(tǒng)的特征38謝謝觀賞2019-9-21

(2)順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，各道作業(yè)的完成順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序，在正常情況下應(yīng)完全相同，亦即先調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。

(3)單道性。內(nèi)存中僅有一道程序運(yùn)行，即監(jiān)督程序每次從磁帶上只調(diào)入一道程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行，當(dāng)該程序完成或發(fā)生異常情況時(shí)，才換入其后繼程序進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行。

39謝謝觀賞2019-9-21(2)順序性。磁帶上的各道作業(yè)是順序地進(jìn)入內(nèi)存，各道作1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展40謝謝觀賞2019-9-211.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)

1．多道程序設(shè)計(jì)的基本概念在單道批處理系統(tǒng)中，內(nèi)存中僅有一道作業(yè)，它無(wú)法充分利用系統(tǒng)中的所有資源，致使系統(tǒng)性能較差。為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，在20世紀(jì)60年代中期又引入了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此而形成了多道批處理系統(tǒng)(MultiprogrammedBatchProcessingSystem)。在該系統(tǒng)中，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列，稱為“后備隊(duì)列”；然后，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從后備隊(duì)列中選擇若干個(gè)作業(yè)調(diào)入內(nèi)存，使它們共享CPU和系統(tǒng)中的各種資源。具體地說，在OS中引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)可帶來以下好處：

41謝謝觀賞2019-9-211.2.3多道批處理系統(tǒng)41謝謝觀賞2019-9-21

(1)提高CPU的利用率。當(dāng)內(nèi)存中僅有一道程序時(shí)，每逢該程序在運(yùn)行中發(fā)出I/O請(qǐng)求后，CPU空閑，必須在其I/O完成后CPU才繼續(xù)運(yùn)行；尤其因I/O設(shè)備的低速性，更使CPU的利用率顯著降低。圖1-5(a)示出了單道程序的運(yùn)行情況，從圖中可以看出：在t2～t3、t6～t7時(shí)間間隔內(nèi)CPU空閑。在引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)后，由于同時(shí)在內(nèi)存中裝有若干道程序，并使它們交替地運(yùn)行，這樣，當(dāng)正在運(yùn)行的程序因I/O而暫停執(zhí)行時(shí)，系統(tǒng)可調(diào)度另一道程序運(yùn)行，從而保持了CPU處于忙碌狀態(tài)。圖1-5(b)示出了四道程序時(shí)的運(yùn)行情況。

42謝謝觀賞2019-9-21(1)提高CPU的利用率。當(dāng)內(nèi)存中僅有一道程序時(shí)，每逢圖1-5單道和多道程序運(yùn)行情況

43謝謝觀賞2019-9-21圖1-5單道和多道程序運(yùn)行情況43謝謝觀賞2019-9-

(2)可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。為了能運(yùn)行較大的作業(yè)，通常內(nèi)存都具有較大容量，但由于80%以上的作業(yè)都屬于中小型，因此在單道程序環(huán)境下，也必定造成內(nèi)存的浪費(fèi)。類似地，對(duì)于系統(tǒng)中所配置的多種類型的I/O設(shè)備，在單道程序環(huán)境下也不能充分利用。如果允許在內(nèi)存中裝入多道程序，并允許它們并發(fā)執(zhí)行，則無(wú)疑會(huì)大大提高內(nèi)存和I/O設(shè)備的利用率。

(3)增加系統(tǒng)吞吐量。在保持CPU、I/O設(shè)備不斷忙碌的同時(shí)，也必然會(huì)大幅度地提高系統(tǒng)的吞吐量，從而降低作業(yè)加工所需的費(fèi)用。

44謝謝觀賞2019-9-21(2)可提高內(nèi)存和I/O設(shè)備利用率。為了能運(yùn)行較大的作

2．多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)雖然早在20世紀(jì)60年代就已出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)，但至今它仍是三大基本操作系統(tǒng)類型之一。在大多數(shù)大、中、小型機(jī)中都配置了它，說明它具有其它類型OS所不具有的優(yōu)點(diǎn)。多道批處理系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)如下：

(1)資源利用率高。由于在內(nèi)存中駐留了多道程序，它們共享資源，可保持資源處于忙碌狀態(tài)，從而使各種資源得以充分利用。

45謝謝觀賞2019-9-212．多道批處理系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)45謝謝觀賞2019-9-21

(2)系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所完成的總工作量。能提高系統(tǒng)吞吐量的主要原因可歸結(jié)為：第一，CPU和其它資源保持“忙碌”狀態(tài)；

第二，僅當(dāng)作業(yè)完成時(shí)或運(yùn)行不下去時(shí)才進(jìn)行切換，系統(tǒng)開銷小。

46謝謝觀賞2019-9-21(2)系統(tǒng)吞吐量大。系統(tǒng)吞吐量是指系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)所完

(3)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間是指從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)開始，直至其完成并退出系統(tǒng)為止所經(jīng)歷的時(shí)間。在批處理系統(tǒng)中，由于作業(yè)要排隊(duì)，依次進(jìn)行處理，因而作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，通常需幾個(gè)小時(shí)，甚至幾天。

(4)無(wú)交互能力。用戶一旦把作業(yè)提交給系統(tǒng)后，直至作業(yè)完成，用戶都不能與自己的作業(yè)進(jìn)行交互，這對(duì)修改和調(diào)試程序是極不方便的。

47謝謝觀賞2019-9-21(3)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)。作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間是指從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)

3．多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題多道批處理系統(tǒng)是一種有效、但十分復(fù)雜的系統(tǒng)。為使系統(tǒng)中的多道程序間能協(xié)調(diào)地運(yùn)行，必須解決下述一系列問題。

(1)處理機(jī)管理問題。在多道程序之間，應(yīng)如何分配被它們共享的處理機(jī)，使CPU既能滿足各程序運(yùn)行的需要，又能提高處理機(jī)的利用率，以及一旦把處理機(jī)分配給某程序后，又應(yīng)在何時(shí)收回等一系列問題，屬于處理機(jī)管理問題。

48謝謝觀賞2019-9-213．多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題48謝謝觀賞2019-9

(2)內(nèi)存管理問題。應(yīng)如何為每道程序分配必要的內(nèi)存空間，使它們“各得其所”且不致因相互重疊而丟失信息，以及應(yīng)如何防止因某道程序出現(xiàn)異常情況而破壞其它程序等問題，就是內(nèi)存管理問題。

(3)I/O設(shè)備管理問題。系統(tǒng)中可能具有多種類型的I/O設(shè)備供多道程序所共享，應(yīng)如何分配這些I/O設(shè)備，如何做到既方便用戶對(duì)設(shè)備的使用，又能提高設(shè)備的利用率，這就是I/O設(shè)備管理問題。

49謝謝觀賞2019-9-21(2)內(nèi)存管理問題。應(yīng)如何為每道程序分配必要的內(nèi)存空間

(4)文件管理問題。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都存放著大量的程序和數(shù)據(jù)(以文件形式存在)，應(yīng)如何組織這些程序和數(shù)據(jù)，才能使它們既便于用戶使用，又能保證數(shù)據(jù)的安全性和一致性，這些屬于文件管理問題。

(5)作業(yè)管理問題。對(duì)于系統(tǒng)中的各種應(yīng)用程序，其中有的屬于計(jì)算型，即以計(jì)算為主的程序；有的屬于I/O型，即以I/O為主的程序；又有些作業(yè)既重要又緊迫；而有的作業(yè)則要求系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)，這時(shí)應(yīng)如何組織這些作業(yè)，這便是作業(yè)管理問題。

50謝謝觀賞2019-9-21(4)文件管理問題。在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常都存放著大1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展51謝謝觀賞2019-9-211.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)

1．分時(shí)系統(tǒng)的產(chǎn)生分時(shí)系統(tǒng)(TimeSharingSystem)與多道批處理系統(tǒng)之間有著截然不同的性能差別，它能很好地將一臺(tái)計(jì)算機(jī)提供給多個(gè)用戶同時(shí)使用，提高計(jì)算機(jī)的利用率。它被經(jīng)常應(yīng)用于查詢系統(tǒng)中，滿足許多查詢用戶的需要。用戶的需求具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)人-機(jī)交互。每當(dāng)程序員寫好一個(gè)新程序時(shí)，都需要上機(jī)進(jìn)行調(diào)試。由于新編程序難免有些錯(cuò)誤或不當(dāng)之處需要修改，因而希望能像早期使用計(jì)算機(jī)時(shí)一樣對(duì)它進(jìn)行直接控制，并能以邊運(yùn)行邊修改的方式，對(duì)程序中的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，亦即，希望能進(jìn)行人-機(jī)交互。

52謝謝觀賞2019-9-211.2.4分時(shí)系統(tǒng)52謝謝觀賞2019-9-21

(2)共享主機(jī)。在20世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)非常昂貴，不可能像現(xiàn)在這樣每人獨(dú)占一臺(tái)微機(jī)，而只能是由多個(gè)用戶共享一臺(tái)計(jì)算機(jī)，但用戶在使用機(jī)器時(shí)應(yīng)能夠像自己獨(dú)占計(jì)算機(jī)一樣，不僅可以隨時(shí)與計(jì)算機(jī)交互，而且應(yīng)感覺不到其他用戶也在使用該計(jì)算機(jī)。

(3)便于用戶上機(jī)。在多道批處理系統(tǒng)中，用戶上機(jī)前必須把自己的作業(yè)郵寄或親自送到機(jī)房。這對(duì)于用戶尤其是遠(yuǎn)地用戶來說是十分不便的。用戶希望能通過自己的終端直接將作業(yè)傳送到機(jī)器上進(jìn)行處理，并能對(duì)自己的作業(yè)進(jìn)行控制。

53謝謝觀賞2019-9-21(2)共享主機(jī)。在20世紀(jì)60年代計(jì)算機(jī)非常昂貴，不可

2．分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題

(1)及時(shí)接收。要及時(shí)接收用戶鍵入的命令或數(shù)據(jù)并不困難，為此，只需在系統(tǒng)中配置一個(gè)多路卡。例如，當(dāng)要在主機(jī)上連接8個(gè)終端時(shí)，須配置一個(gè)8用戶的多路卡。多路卡的作用是使主機(jī)能同時(shí)接收各用戶從終端上輸入的數(shù)據(jù)。此外，還須為每個(gè)終端配置一個(gè)緩沖區(qū)，用來暫存用戶鍵入的命令(或數(shù)據(jù))。

54謝謝觀賞2019-9-212．分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題54謝謝觀賞2019-9-2

(2)及時(shí)處理。人機(jī)交互的關(guān)鍵，是使用戶鍵入命令后能及時(shí)地控制自己作業(yè)的運(yùn)行，或修改自己的作業(yè)。為此，各個(gè)用戶的作業(yè)都必須在內(nèi)存中，且應(yīng)能頻繁地獲得處理機(jī)而運(yùn)行；否則，用戶鍵入的命令將無(wú)法作用到自己的作業(yè)上。前面介紹的批處理系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的。因?yàn)橥ǔ４蠖鄶?shù)作業(yè)都還駐留在外存上，即使是已調(diào)入內(nèi)存的作業(yè)，也經(jīng)常要經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的等待后方能運(yùn)行，因而使用戶鍵入的命令很難及時(shí)作用到自己的作業(yè)上。

55謝謝觀賞2019-9-21(2)及時(shí)處理。人機(jī)交互的關(guān)鍵，是使用戶鍵入命令后能及由此可見，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，必須徹底地改變?cè)瓉砼幚硐到y(tǒng)的運(yùn)行方式。首先，用戶作業(yè)不能先進(jìn)入磁盤，然后再調(diào)入內(nèi)存。因?yàn)樽鳂I(yè)在磁盤上不能運(yùn)行，當(dāng)然用戶也無(wú)法與機(jī)器交互，因此，作業(yè)應(yīng)直接進(jìn)入內(nèi)存。其次，不允許一個(gè)作業(yè)長(zhǎng)期占用處理機(jī)，直至它運(yùn)行結(jié)束或出現(xiàn)I/O請(qǐng)求后，方才調(diào)度其它作業(yè)運(yùn)行。為此，應(yīng)該規(guī)定每個(gè)作業(yè)只運(yùn)行一個(gè)很短的時(shí)間(例如0.1秒鐘，通常把這段時(shí)間稱為時(shí)間片)，然后便暫停該作業(yè)的運(yùn)行，并立即調(diào)度下一個(gè)程序運(yùn)行。如果在不長(zhǎng)的時(shí)間(如3秒)內(nèi)能使所有的用戶作業(yè)都執(zhí)行一次(一個(gè)時(shí)間片的時(shí)間)，便可使每個(gè)用戶都能及時(shí)地與自己的作業(yè)交互，從而可使用戶的請(qǐng)求得到及時(shí)響應(yīng)。

56謝謝觀賞2019-9-21由此可見，為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，必須徹底地改變?cè)瓉砼幚硐到y(tǒng)的

3．分時(shí)系統(tǒng)的特征分時(shí)系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)相比，具有非常明顯的不同特征，由上所述可以歸納成以下四個(gè)特點(diǎn)：

(1)多路性。允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)接多臺(tái)聯(lián)機(jī)終端，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上，是多個(gè)用戶同時(shí)工作，共享系統(tǒng)資源；而微觀上，則是每個(gè)用戶作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片。多路性即同時(shí)性，它提高了資源利用率，降低了使用費(fèi)用，從而促進(jìn)了計(jì)算機(jī)更廣泛的應(yīng)用。

57謝謝觀賞2019-9-213．分時(shí)系統(tǒng)的特征57謝謝觀賞2019-9-21

(2)獨(dú)立性。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不干擾。因此，用戶所感覺到的，就像是他一人獨(dú)占主機(jī)。

(3)及時(shí)性。用戶的請(qǐng)求能在很短的時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)。此時(shí)間間隔是以人們所能接受的等待時(shí)間來確定的，通常僅為1～3秒鐘。

(4)交互性。用戶可通過終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話。其廣泛性表現(xiàn)在：用戶可以請(qǐng)求系統(tǒng)提供多方面的服務(wù)，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理和資源共享等。

58謝謝觀賞2019-9-21(2)獨(dú)立性。每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作，互不1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展59謝謝觀賞2019-9-211.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)所謂“實(shí)時(shí)”，是表示“及時(shí)”，而實(shí)時(shí)系統(tǒng)(RealTimeSystem)是指系統(tǒng)能及時(shí)(或即時(shí))響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。

1．應(yīng)用需求雖然多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)已能獲得較為令人滿意的資源利用率和響應(yīng)時(shí)間，從而使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，但它們?nèi)匀徊荒軡M足以下某些應(yīng)用領(lǐng)域的需要。

60謝謝觀賞2019-9-211.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)60謝謝觀賞2019-9-21

(1)實(shí)時(shí)控制。當(dāng)把計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程的控制，以形成以計(jì)算機(jī)為中心的控制系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)要求能實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理，進(jìn)而自動(dòng)地控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使某些(個(gè))參數(shù)(如溫度、壓力、方位等)能按預(yù)定的規(guī)律變化，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和提高產(chǎn)量。類似地，也可將計(jì)算機(jī)用于對(duì)武器的控制，如火炮的自動(dòng)控制系統(tǒng)、飛機(jī)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，以及導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)等。此外，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，已制作出各種類型的芯片，并可將這些芯片嵌入到各種儀器和設(shè)備中，用來對(duì)設(shè)備的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，這就構(gòu)成了所謂的智能儀器和設(shè)備。在這些設(shè)備中也需要配置某種類型的、能進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)。通常把用于進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

61謝謝觀賞2019-9-21(1)實(shí)時(shí)控制。當(dāng)把計(jì)算機(jī)用于生產(chǎn)過程的控制，以形成以

(2)實(shí)時(shí)信息處理。通常，人們把用于對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)稱為實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一臺(tái)或多臺(tái)主機(jī)通過通信線路連接到成百上千個(gè)遠(yuǎn)程終端上，計(jì)算機(jī)接收從遠(yuǎn)程終端上發(fā)來的服務(wù)請(qǐng)求，根據(jù)用戶提出的請(qǐng)求對(duì)信息進(jìn)行檢索和處理，并在很短的時(shí)間內(nèi)為用戶做出正確的響應(yīng)。典型的實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)有早期的飛機(jī)或火車的訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)等。

62謝謝觀賞2019-9-21(2)實(shí)時(shí)信息處理。通常，人們把用于對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理

2．實(shí)時(shí)任務(wù)

1)按任務(wù)執(zhí)行時(shí)是否呈現(xiàn)周期性來劃分

(1)周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。外部設(shè)備周期性地發(fā)出激勵(lì)信號(hào)給計(jì)算機(jī)，要求它按指定周期循環(huán)執(zhí)行，以便周期性地控制某外部設(shè)備。

(2)非周期性實(shí)時(shí)任務(wù)。外部設(shè)備所發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)并無(wú)明顯的周期性，但都必須聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間(Deadline)。它又可分為開始截止時(shí)間(某任務(wù)在某時(shí)間以前必須開始執(zhí)行)和完成截止時(shí)間(某任務(wù)在某時(shí)間以前必須完成)兩部分。

63謝謝觀賞2019-9-212．實(shí)時(shí)任務(wù)63謝謝觀賞2019-9-21

2)根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分

(1)硬實(shí)時(shí)任務(wù)(Hardreal-timeTask)。系統(tǒng)必須滿足任務(wù)對(duì)截止時(shí)間的要求，否則可能出現(xiàn)難以預(yù)測(cè)的結(jié)果。

(2)軟實(shí)時(shí)任務(wù)(Softreal-timeTask)。它也聯(lián)系著一個(gè)截止時(shí)間，但并不嚴(yán)格，若偶爾錯(cuò)過了任務(wù)的截止時(shí)間，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響也不會(huì)太大。

64謝謝觀賞2019-9-212)根據(jù)對(duì)截止時(shí)間的要求來劃分64謝謝觀賞2019-9

3．實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較

(1)多路性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)也按分時(shí)原則為多個(gè)終端用戶服務(wù)。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的多路性則主要表現(xiàn)在系統(tǒng)周期性地對(duì)多路現(xiàn)場(chǎng)信息進(jìn)行采集，以及對(duì)多個(gè)對(duì)象或多個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。而分時(shí)系統(tǒng)中的多路性則與用戶情況有關(guān)，時(shí)多時(shí)少。

(2)獨(dú)立性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)中的每個(gè)終端用戶在向?qū)崟r(shí)系統(tǒng)提出服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，是彼此獨(dú)立地操作，互不干擾；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，對(duì)信息的采集和對(duì)對(duì)象的控制也都是彼此互不干擾。

65謝謝觀賞2019-9-213．實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)特征的比較65謝謝觀賞2019-9

(3)及時(shí)性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)類似，都是以人所能接受的等待時(shí)間來確定的；而實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的及時(shí)性，則是以控制對(duì)象所要求的開始截止時(shí)間或完成截止時(shí)間來確定的，一般為秒級(jí)到毫秒級(jí)，甚至有的要低于100微秒。

(4)交互性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)雖然也具有交互性，但這里人與系統(tǒng)的交互僅限于訪問系統(tǒng)中某些特定的專用服務(wù)程序。它不像分時(shí)系統(tǒng)那樣能向終端用戶提供數(shù)據(jù)處理和資源共享等服務(wù)。

66謝謝觀賞2019-9-21(3)及時(shí)性。實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求與分時(shí)系統(tǒng)

(5)可靠性。分時(shí)系統(tǒng)雖然也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)則要求系統(tǒng)具有高度的可靠性。因?yàn)槿魏尾铄e(cuò)都可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至是無(wú)法預(yù)料的災(zāi)難性后果，所以在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，往往都采取了多級(jí)容錯(cuò)措施來保障系統(tǒng)的安全性及數(shù)據(jù)的安全性。

67謝謝觀賞2019-9-21(5)可靠性。分時(shí)系統(tǒng)雖然也要求系統(tǒng)可靠，但相比之下，1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.2單道批處理系統(tǒng)1.2.3多道批處理系統(tǒng)1.2.4分時(shí)系統(tǒng)1.2.5實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展68謝謝觀賞2019-9-211.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程1.2.1無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展

1．單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，只允許一個(gè)用戶上機(jī)，且只允許用戶程序作為一個(gè)任務(wù)運(yùn)行。這是最簡(jiǎn)單的微機(jī)操作系統(tǒng)，主要配置在8位和16位微機(jī)上。最有代表性的單用戶單任務(wù)微機(jī)操作系統(tǒng)是CP/M和MS-DOS。

69謝謝觀賞2019-9-211.2.6微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展69謝謝觀賞2019-9-

1)CP/M

1974年第一代通用8位微處理機(jī)芯片Intel8080出現(xiàn)后的第二年，DigitalResearch公司就開發(fā)出帶有軟盤系統(tǒng)的8位微機(jī)操作系統(tǒng)。1977年DigitalResearch公司對(duì)CP/M進(jìn)行了重寫，使其可配置在以Intel8080、8085、Z80等8位芯片為基礎(chǔ)的多種微機(jī)上。1979年又推出帶有硬盤管理功能的CP/M2.2版本。由于CP/M具有較好的體系結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)性強(qiáng)，且具有可移植性以及易學(xué)易用等優(yōu)點(diǎn)，使之在8位微機(jī)中占據(jù)了統(tǒng)治地位。

70謝謝觀賞2019-9-211)CP/M70謝謝觀賞2019-9-21

2)MS-DOS

1981年IBM公司首次推出了IBM-PC個(gè)人計(jì)算機(jī)(16位微機(jī))，在微機(jī)中采用了微軟公司開發(fā)的MS-DOS(DiskOperatingSystem)操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)在CP/M的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大的擴(kuò)充，使其在功能上有很大的增強(qiáng)。1983年IBM推出PC/AT(配有Intel80286芯片)，相應(yīng)地，微軟又開發(fā)出MS-DOS2.0版本，它不僅能支持硬盤設(shè)備，還采用了樹形目錄結(jié)構(gòu)的文件系統(tǒng)。1987年又宣布了MS-DOS3.3版本。從MS-DOS1.0到3.3為止的DOS版本都屬于單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)，內(nèi)存被限制在640KB。從1989年到1993年又先后推出了多個(gè)MS-DOS版本，它們都可以配置在Intel80386、80486等32位微機(jī)上。從20世紀(jì)80年代到90年代初，由于MS-DOS性能優(yōu)越而受到當(dāng)時(shí)用戶的廣泛歡迎，成為事實(shí)上的16位單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。

71謝謝觀賞2019-9-212)MS-DOS71謝謝觀賞2019-9-21

2．單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，只允許一個(gè)用戶上機(jī)，但允許用戶把程序分為若干個(gè)任務(wù)，使它們并發(fā)執(zhí)行，從而有效地改善了系統(tǒng)的性能。目前在32位微機(jī)上配置的操作系統(tǒng)基本上都是單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代表性的是由微軟公司推出的Windows。1985年和1987年微軟公司先后推出了Windows1.0和Windows2.0版本操作系統(tǒng)，由于當(dāng)時(shí)的硬件平臺(tái)還只是16位微機(jī)，對(duì)1.0和2.0版本不能很好的支持。1990年微軟公司又發(fā)布了Windows3.0版本，隨后又宣布了Windows3.1版本，它們主要是針對(duì)386和486等32位微機(jī)開發(fā)的，較之以前的操作系統(tǒng)有著重大的改進(jìn)，引入了友善的圖形用戶界面，支持多任務(wù)和擴(kuò)展內(nèi)存的功能，使計(jì)算機(jī)更好使用，從而成為386和486等微機(jī)的主流操作系統(tǒng)。

72謝謝觀賞2019-9-212．單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)72謝謝觀賞2019-9-21

1995年微軟公司推出了Windows95，它較之以前的Windows3.1有許多重大改進(jìn)，采用了全32位的處理技術(shù)，并兼容以前的16位應(yīng)用程序，在該系統(tǒng)中還集成了支持Internet的網(wǎng)絡(luò)功能。1998年微軟公司又推出了Windows95的改進(jìn)版Windows98，它已是最后一個(gè)仍然兼容以前的16位應(yīng)用程序的Windows，其最主要的改進(jìn)是把微軟公司自己開發(fā)的Internet瀏覽器整合到系統(tǒng)中，大大方便了用戶上網(wǎng)瀏覽，另一個(gè)特點(diǎn)是增加了對(duì)多媒體的支持。2001年微軟又發(fā)布了32位版本的WindowsXP，同時(shí)提供了家用和商業(yè)工作站兩種版本，它是當(dāng)前使用最廣泛的個(gè)人操作系統(tǒng)。2001年還發(fā)布了64位版本的WindowsXP。

73謝謝觀賞2019-9-211995年微軟公司推出了Windows95，它較之以前微機(jī)操作系統(tǒng)—Windows系列Windows2.0Windows3.0Windows3.1WindowsNT3.1Windows3.2Windows1.0Windows95Windows98WindowsMEWindows2000WindowsXPWindows2003WindowsNT4.0WindowsVista19851987199019921993199419951996199820002000200120032005/html/2005/0813/1467.htm74謝謝觀賞2019-9-21微機(jī)操作系統(tǒng)—Windows系列Windows2.0Win微機(jī)操作系統(tǒng)—Windows系列75謝謝觀賞2019-9-21微機(jī)操作系統(tǒng)—Windows系列75謝謝觀賞2019-9-2

3．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)的含義是，允許多個(gè)用戶通過各自的終端使用同一臺(tái)機(jī)器，共享主機(jī)系統(tǒng)中的各種資源，而每個(gè)用戶程序又可進(jìn)一步分為幾個(gè)任務(wù)，使它們能并發(fā)執(zhí)行，從而可進(jìn)一步提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量。在大、中和小型機(jī)中所配置的大多是多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，而在32位微機(jī)上也有不少是配置的多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)，其中最有代表性的是UNIXOS。

76謝謝觀賞2019-9-213．多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)76謝謝觀賞2019-9-21

UNIXOS是美國(guó)電報(bào)電話公司的Bell實(shí)驗(yàn)室在1969～1970年期間開發(fā)的，1979年推出來的UNIXV.7已被廣泛應(yīng)用于多種中、小型機(jī)上。隨著微機(jī)性能的提高，人們又將UNIX移植到微機(jī)上。在1980年前后，將UNIX第7版本移植到Motorola公司的MC680xx微機(jī)上，后來又將UNIXV7.0版本進(jìn)行簡(jiǎn)化后移植到Intel8080上，把它稱為Xenix?，F(xiàn)在最有影響的兩個(gè)能運(yùn)行在微機(jī)上的UNIX操作系統(tǒng)的變型是SolarisOS和LinuxOS。

77謝謝觀賞2019-9-21UNIXOS是美國(guó)電報(bào)電話公司的Bell實(shí)驗(yàn)室在196微機(jī)操作系統(tǒng)—Unix系列設(shè)計(jì)目標(biāo)

向大的用戶團(tuán)體提供對(duì)計(jì)算機(jī)的同時(shí)訪問。支持強(qiáng)大的計(jì)算能力與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在需要時(shí)，用戶能夠容易地共享他們的數(shù)據(jù)。Ken

ThompsonAT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室1983年的Turing獎(jiǎng)Dennis

M.

Ritchie78謝謝觀賞2019-9-21微機(jī)操作系統(tǒng)—Unix系列設(shè)計(jì)目標(biāo)向大的用戶團(tuán)體提供對(duì)計(jì)算

(1)SolarisOS：SUN公司于1982年推出的SUNOS1.0是一個(gè)運(yùn)行在Motorola680x0平臺(tái)上的UNIXOS。在1988年宣布的SUNOS4.0把運(yùn)行平臺(tái)從早期的Motorola680x0平臺(tái)遷移到SPARC平臺(tái)，并開始支持Intel公司的Intel80x86；1992年SUN發(fā)布了Solaris2.0。從1998年開始，Sun公司推出64位操作系統(tǒng)Solaris2.7和2.8，這幾款操作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)特性、互操作性、兼容性以及易于配置和管理方面均有很大的提高。

79謝謝觀賞2019-9-21(1)SolarisOS：SUN公司于1982年

(2)LinuxOS：Linux是UNIX的一個(gè)重要變種，最初是由芬蘭學(xué)生LinusTorvalds針對(duì)Intel80386開發(fā)的。1991年在Internet網(wǎng)上發(fā)布第一個(gè)Linux版本，由于源代碼公開，因此有很多人通過Internet與之合作，使Linux的性能迅速提高，其應(yīng)用范圍也日益擴(kuò)大。相應(yīng)地，源代碼也急劇膨脹，此時(shí)它已是具有全面功能的UNIX系統(tǒng)，大量在UNIX上運(yùn)行的軟件(包括1000多種實(shí)用工具軟件和大量的網(wǎng)絡(luò)軟件)被移植到Linux上，而且可以在主要的微機(jī)上運(yùn)行，如Intel80x86Pentium等。

80謝謝觀賞2019-9-21(2)LinuxOS：Linux是UNIX的一個(gè)微機(jī)操作系統(tǒng)—Linux系列Linux與Unix

Linux與UNIX操作系統(tǒng)類似；不是UNIX操作系統(tǒng)的變種，在開發(fā)初期其內(nèi)核代碼是仿效UNIX的；幾乎所有UNIX的工具與外殼都可以運(yùn)行在Linux上。LinusTorvalds1991年開始，1994年Linux1.081謝謝觀賞2019-9-21微機(jī)操作系統(tǒng)—Linux系列Linux與UnixLinu1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性1.3.2共享性1.3.3虛擬技術(shù)1.3.4異步性82謝謝觀賞2019-9-211.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性82謝謝觀賞21.3.1并發(fā)性

1．并行與并發(fā)并行性和并發(fā)性(Concurrence)是既相似又有區(qū)別的兩個(gè)概念：并行性：是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)刻發(fā)生；并發(fā)性：是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。在多道程序環(huán)境下，并發(fā)性是指在一段時(shí)間內(nèi)宏觀上有多個(gè)程序在同時(shí)運(yùn)行，但在單處理機(jī)系統(tǒng)中，每一時(shí)刻卻僅能有一道程序執(zhí)行，故微觀上這些程序只能是分時(shí)地交替執(zhí)行。倘若在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有多個(gè)處理機(jī)，則這些可以并發(fā)執(zhí)行的程序便可被分配到多個(gè)處理機(jī)上，實(shí)現(xiàn)并行執(zhí)行，即利用每個(gè)處理機(jī)來處理一個(gè)可并發(fā)執(zhí)行的程序，這樣，多個(gè)程序便可同時(shí)執(zhí)行。

83謝謝觀賞2019-9-211.3.1并發(fā)性83謝謝觀賞2019-9-21

2．引入進(jìn)程應(yīng)當(dāng)指出，通常的程序是靜態(tài)實(shí)體(PassiveEntity)，在多道程序系統(tǒng)中，它們是不能獨(dú)立運(yùn)行的，更不能和其它程序并發(fā)執(zhí)行。在操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的，就是為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行。例如，在一個(gè)未引入進(jìn)程的系統(tǒng)中，在屬于同一個(gè)應(yīng)用程序的計(jì)算程序和I/O程序之間，兩者只能是順序執(zhí)行，即只有在計(jì)算程序執(zhí)行告一段落后，才允許I/O程序執(zhí)行；反之，在程序執(zhí)行I/O操作時(shí)，計(jì)算程序也不能執(zhí)行，這意味著處理機(jī)處于空閑狀態(tài)

。但在引入進(jìn)程后，若分別為計(jì)算程序和I/O程序各建立一個(gè)進(jìn)程，則這兩個(gè)進(jìn)程便可并發(fā)執(zhí)行。

84謝謝觀賞2019-9-212．引入進(jìn)程84謝謝觀賞2019-9-21由于在系統(tǒng)中具備使計(jì)算程序和I/O程序同時(shí)運(yùn)行的硬件條件，因而可將系統(tǒng)中的CPU和I/O設(shè)備同時(shí)開動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)并行工作，從而有效地提高了系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量，并改善了系統(tǒng)的性能。引入進(jìn)程的好處遠(yuǎn)不止于此，事實(shí)上可以在內(nèi)存中存放多個(gè)用戶程序，分別為它們建立進(jìn)程后，這些進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，亦即實(shí)現(xiàn)前面所說的多道程序運(yùn)行。這樣便能極大地提高系統(tǒng)資源的利用率，增加系統(tǒng)的吞吐量。

85謝謝觀賞2019-9-21由于在系統(tǒng)中具備使計(jì)算程序和I/O程序同時(shí)運(yùn)行的硬件條件為使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須分別為每個(gè)程序建立進(jìn)程(Process)。簡(jiǎn)單說來，進(jìn)程是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。多個(gè)進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行和交換信息。一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行時(shí)需要一定的資源，如CPU、存儲(chǔ)空間及I/O設(shè)備等。

86謝謝觀賞2019-9-21為使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行，系統(tǒng)必須分別為每個(gè)程序建立進(jìn)程(進(jìn)程管理#include<stdio.h>main()

{

inti,j,k;i=4;j=5;k=i+j;printf("%d",k);}單道程序技術(shù)多道程序技術(shù)87謝謝觀賞2019-9-21進(jìn)程管理#include<stdio.h>單道程序技術(shù)多道進(jìn)程管理進(jìn)程管理的具體任務(wù)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和為進(jìn)程分配CPU，即進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度,從而協(xié)調(diào)多道程序之間的關(guān)系，使CPU這一資源得到最充分的利用。什么是進(jìn)程？進(jìn)程是一個(gè)具有獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)。88謝謝觀賞2019-9-21進(jìn)程管理進(jìn)程管理的具體任務(wù)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和為進(jìn)程分配CPU，

3．引入線程通常在一個(gè)進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源。在引入線程的OS中，通常都是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。由于線程比進(jìn)程更小，基本上不擁有系統(tǒng)資源，故對(duì)它的調(diào)度所付出的開銷就會(huì)小得多，能更高效地提高系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)程序間并發(fā)執(zhí)行的程度。因而近年來推出的通用操作系統(tǒng)都引入了線程，以便進(jìn)一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性，并把它視作現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)重要標(biāo)致。

89謝謝觀賞2019-9-213．引入線程89謝謝觀賞2019-9-21進(jìn)程管理什么是線程？線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體,是CPU調(diào)度和分配的基本單位。主存主存進(jìn)程線程1線程2線程390謝謝觀賞2019-9-21進(jìn)程管理什么是線程？線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體,是CPU調(diào)度和分1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性1.3.2共享性1.3.3虛擬技術(shù)1.3.4異步性91謝謝觀賞2019-9-211.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性91謝謝觀賞21.3.2共享性

1．互斥共享方式系統(tǒng)中的某些資源，如打印機(jī)、磁帶機(jī)，雖然它們可以提供給多個(gè)進(jìn)程(線程)使用，但為使所打印或記錄的結(jié)果不致造成混淆，應(yīng)規(guī)定在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程(線程)訪問該資源。為此，系統(tǒng)中應(yīng)建立一種機(jī)制，以保證對(duì)這類資源的互斥訪問。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程A要訪問某資源時(shí)，必須先提出請(qǐng)求。如果此時(shí)該資源空閑，系統(tǒng)便可將之分配給請(qǐng)求進(jìn)程A使用。此后若再有其它進(jìn)程也要訪問該資源時(shí)(只要A未用完)，則必須等待。僅當(dāng)A進(jìn)程訪問完并釋放該資源后，才允許另一進(jìn)程對(duì)該資源進(jìn)行訪問。92謝謝觀賞2019-9-211.3.2共享性92謝謝觀賞2019-9-21我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的資源稱為臨界資源或獨(dú)占資源。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的大多數(shù)物理設(shè)備，以及某些軟件中所用的棧、變量和表格，都屬于臨界資源，它們要求被互斥地共享。為此，在系統(tǒng)中必需配置某種機(jī)制來保證諸進(jìn)程互斥地使用獨(dú)占資源。

93謝謝觀賞2019-9-21我們把這種資源共享方式稱為互斥式共享，而把在一段時(shí)間內(nèi)只

2．同時(shí)訪問方式系統(tǒng)中還有另一類資源，允許在一段時(shí)間內(nèi)由多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”對(duì)它們進(jìn)行訪問。這里所謂的“同時(shí)”，在單處理機(jī)環(huán)境下往往是宏觀上的，而在微觀上，這些進(jìn)程可能是交替地對(duì)該資源進(jìn)行訪問。典型的可供多個(gè)進(jìn)程“同時(shí)”訪問的資源是磁盤設(shè)備，一些用重入碼編寫的文件也可以被“同時(shí)”共享，即若干個(gè)用戶同時(shí)訪問該文件。并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的兩個(gè)最基本的特征，它們又是互為存在的條件。一方面，資源共享是以程序(進(jìn)程)的并發(fā)執(zhí)行為條件的，若系統(tǒng)不允許程序并發(fā)執(zhí)行，自然不存在資源共享問題；另一方面，若系統(tǒng)不能對(duì)資源共享實(shí)施有效管理，協(xié)調(diào)好諸進(jìn)程對(duì)共享資源的訪問，也必然影響到程序并發(fā)執(zhí)行的程度，甚至根本無(wú)法并發(fā)執(zhí)行。

94謝謝觀賞2019-9-212．同時(shí)訪問方式94謝謝觀賞2019-9-211.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性1.3.2共享性1.3.3虛擬技術(shù)1.3.4異步性95謝謝觀賞2019-9-211.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性95謝謝觀賞21.3.3虛擬技術(shù)

1．時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用，亦即分時(shí)使用方式，它最早用于電信業(yè)中。為了提高信道的利用率，人們利用時(shí)分復(fù)用方式，將一條物理信道虛擬為多條邏輯信道，將每條信道供一對(duì)用戶通話。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，廣泛利用該技術(shù)來實(shí)現(xiàn)虛擬處理機(jī)、虛擬設(shè)備等，以提高資源的利用率。

96謝謝觀賞2019-9-211.3.3虛擬技術(shù)96謝謝觀賞2019-9-21

1)虛擬處理機(jī)技術(shù)在虛擬處理機(jī)技術(shù)中，利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，為每道程序建立一個(gè)進(jìn)程，讓多道程序并發(fā)地執(zhí)行，以此來分時(shí)使用一臺(tái)處理機(jī)。此時(shí)，雖然系統(tǒng)中只有一臺(tái)處理機(jī)，但它卻能同時(shí)為多個(gè)用戶服務(wù)，使每個(gè)終端用戶都認(rèn)為是有一個(gè)處理機(jī)在專門為他服務(wù)。亦即，利用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，把一臺(tái)物理上的處理機(jī)虛擬為多臺(tái)邏輯上的處理機(jī)，在每臺(tái)邏輯處理機(jī)上運(yùn)行一道程序。我們把用戶所感覺到的處理機(jī)稱為虛擬處理器。

97謝謝觀賞2019-9-211)虛擬處理機(jī)技術(shù)97謝謝觀賞2019-9-21

2)虛擬設(shè)備技術(shù)我們還可以通過虛擬設(shè)備技術(shù)，將一臺(tái)物理I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備，并允許每個(gè)用戶占用一臺(tái)邏輯上的I/O設(shè)備，這樣便可使原來僅允許在一段時(shí)間內(nèi)由一個(gè)用戶訪問的設(shè)備(即臨界資源)，變?yōu)樵谝欢螘r(shí)間內(nèi)允許多個(gè)用戶同時(shí)訪問的共享設(shè)備。例如，原來的打印機(jī)屬于臨界資源，而通過虛擬設(shè)備技術(shù)，可以把它變?yōu)槎嗯_(tái)邏輯上的打印機(jī)，供多個(gè)用戶“同時(shí)”打印。

98謝謝觀賞2019-9-212)虛擬設(shè)備技術(shù)98謝謝觀賞2019-9-21

2．空分復(fù)用技術(shù)早在上世紀(jì)初，電信業(yè)中就使用頻分復(fù)用技術(shù)來提高信道的利用率。它是將一個(gè)頻率范圍非常寬的信道，劃分成多個(gè)頻率范圍較窄的信道，其中的任何一個(gè)頻帶都只供一對(duì)用戶通話。早期的頻分復(fù)用只能將一條物理信道劃分為十幾條到幾十條話路，后來又很快發(fā)展成上萬(wàn)條話路，每條話路也只供一對(duì)用戶通話。之后，在計(jì)算機(jī)中也使用了空分復(fù)用技術(shù)來提高存儲(chǔ)空間的利用率。

99謝謝觀賞2019-9-212．空分復(fù)用技術(shù)99謝謝觀賞2019-9-21

1)虛擬磁盤技術(shù)通常在一臺(tái)機(jī)器上只配置一臺(tái)硬盤。我們可以通過虛擬磁盤技術(shù)將一臺(tái)硬盤虛擬為多臺(tái)虛擬磁盤，這樣使用起來既方便又安全。虛擬磁盤技術(shù)也是采用了空分復(fù)用方式，即它將硬盤劃分為若干個(gè)卷，例如1、2、3、4四個(gè)卷，再通過安裝程序?qū)⑺鼈兎謩e安裝在C、D、E、F四個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器上，這樣，機(jī)器上便有了四個(gè)虛擬磁盤。當(dāng)用戶要訪問D盤中的內(nèi)容時(shí)，系統(tǒng)便會(huì)訪問卷2中的內(nèi)容。

100謝謝觀賞2019-9-211)虛擬磁盤技術(shù)100謝謝觀賞2019-9-21

2)虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)在單道程序環(huán)境下，處理機(jī)會(huì)有很多空閑時(shí)間，內(nèi)存也會(huì)有很多空閑空間，顯然，這會(huì)使處理機(jī)和內(nèi)存的效率低下。如果說時(shí)分復(fù)用技術(shù)是利用處理機(jī)的空閑時(shí)間來運(yùn)行其它的程序，使處理機(jī)的利用率得以提高，那么空分復(fù)用則是利用存儲(chǔ)器的空閑空間來存放其它的程序，以提高內(nèi)存的利用率。101謝謝觀賞2019-9-212)虛擬存儲(chǔ)器技術(shù)101謝謝觀賞2019-9-21但是，單純的空分復(fù)用存儲(chǔ)器只能提高內(nèi)存的利用率，并不能實(shí)現(xiàn)在邏輯上擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量的功能，必須引入虛擬存儲(chǔ)技術(shù)才能達(dá)到此目地。而虛擬存儲(chǔ)技術(shù)在本質(zhì)上就是使內(nèi)存分時(shí)復(fù)用。它可以使一道程序通過時(shí)分復(fù)用方式，在遠(yuǎn)小于它的內(nèi)存空間中運(yùn)行。

例如，一個(gè)100MB的應(yīng)用程序可以運(yùn)行在20MB的內(nèi)存空間。下一節(jié)將要介紹的用于實(shí)現(xiàn)內(nèi)存擴(kuò)充的“請(qǐng)求調(diào)入功能”和“置換功能”就是用于每次只把用戶程序的一部分調(diào)入內(nèi)存運(yùn)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了用戶程序的各個(gè)部分分時(shí)進(jìn)入內(nèi)存運(yùn)行的功能。

102謝謝觀賞2019-9-21但是，單純的空分復(fù)用存儲(chǔ)器只能提高內(nèi)存的利用率，并不能實(shí)應(yīng)當(dāng)著重指出：如果虛擬的實(shí)現(xiàn)是通過時(shí)分復(fù)用的方法來實(shí)現(xiàn)的，即對(duì)某一物理設(shè)備進(jìn)行分時(shí)使用，設(shè)N是某物理設(shè)備所對(duì)應(yīng)的虛擬的邏輯設(shè)備數(shù)，則每臺(tái)虛擬設(shè)備的平均速度必然等于或低于物理設(shè)備速度的1/N。類似地，如果是利用空分復(fù)用方法來實(shí)現(xiàn)虛擬，此時(shí)一臺(tái)虛擬設(shè)備平均占用的空間必然也等于或低于物理設(shè)備所擁有空間的1/N。

103謝謝觀賞2019-9-21應(yīng)當(dāng)著重指出：如果虛擬的實(shí)現(xiàn)是通過時(shí)分復(fù)用的方法來實(shí)現(xiàn)的1.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性1.3.2共享性1.3.3虛擬技術(shù)1.3.4異步性104謝謝觀賞2019-9-211.3操作系統(tǒng)的基本特性1.3.1并發(fā)性104謝謝觀賞1.3.4異步性在多道程序環(huán)境下允許多個(gè)進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，但只有進(jìn)程在獲得所需的資源后方能執(zhí)行。在單處理機(jī)環(huán)境下，由于系統(tǒng)中只有一臺(tái)處理機(jī)，因而每次只允許一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行，其余進(jìn)程只能等待。當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程提出某種資源要求時(shí)，如打印請(qǐng)求，而此時(shí)打印機(jī)正在為其它某進(jìn)程打印，由于打印機(jī)屬于臨界資源，因此正在執(zhí)行的進(jìn)程必須等待，且放棄處理機(jī)，直到打印機(jī)空閑，并再次把處理機(jī)分配給該進(jìn)程時(shí)，該進(jìn)程方能繼續(xù)執(zhí)行。可見，由于資源等因素的限制，使進(jìn)程的執(zhí)行通常都不是“一氣呵成”，而是以“停停走走”的方式運(yùn)行。

105謝謝觀賞2019-9-211.3.4異步性105謝謝觀賞2019-9-21內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程在何時(shí)能獲得處理機(jī)運(yùn)行，何時(shí)又因提出某種資源請(qǐng)求而暫停，以及進(jìn)程以怎樣的速度向前推進(jìn)，每道程序總共需多少時(shí)間才能完成，等等，這些都是不可預(yù)知的。由于各用戶程序性能的不同，比如，有的側(cè)重于計(jì)算而較少需要I/O，而有的程序其計(jì)算少而I/O多，這樣，很可能是先進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)后完成，而后進(jìn)入內(nèi)存的作業(yè)先完成。或者說，進(jìn)程是以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，此即進(jìn)程的異步性(Asynchronism)。盡管如此，但只要在操作系統(tǒng)中配置有完善的進(jìn)程同步機(jī)制，且運(yùn)行環(huán)境相同，作業(yè)經(jīng)多次運(yùn)行都會(huì)獲得完全相同的結(jié)果。因此，異步運(yùn)行方式是允許的，而且是操作系統(tǒng)的一個(gè)重要特征。

106謝謝觀賞2019-9-21內(nèi)存中的每個(gè)進(jìn)程在何時(shí)能獲得處理機(jī)運(yùn)行，何時(shí)又因提出某種1.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能1.4.2存儲(chǔ)器管理功能1.4.3設(shè)備管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系統(tǒng)與用戶之間的接口107謝謝觀賞2019-9-211.4操作系統(tǒng)的主要功能1.4.1處理機(jī)管理功能107謝1.4.1處理機(jī)管理功能在傳統(tǒng)的多道程序系統(tǒng)中，處理機(jī)的分配和運(yùn)行都是以進(jìn)程為基本單位，因而對(duì)處理機(jī)的管理可歸結(jié)為對(duì)進(jìn)程的管理；在引入了線程的OS中，也包含對(duì)線程的管理。處理機(jī)管理的主要功能是：創(chuàng)建和撤消進(jìn)程(線程)；對(duì)諸進(jìn)程(線程)的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)；實(shí)現(xiàn)進(jìn)程(線程)之間的信息交換；以及按照一定的算法把處理機(jī)分配給進(jìn)程(線程)。

108謝謝觀賞2019-9-211.4.1處理機(jī)管理功能108謝謝觀賞2019-9-21

1．進(jìn)程控制在傳統(tǒng)的多道程序環(huán)境下，要使作業(yè)運(yùn)行，必須先為它創(chuàng)建一個(gè)或幾個(gè)進(jìn)程，并為之分配必要的資源。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束時(shí)，立即撤消該進(jìn)程，以便能及時(shí)回收該進(jìn)程所占用的各類資源。進(jìn)程控制的主要功能是：為作業(yè)創(chuàng)建進(jìn)程；撤消已結(jié)束的進(jìn)程；控制進(jìn)程在運(yùn)行過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在現(xiàn)代OS中，進(jìn)程控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建若干個(gè)線程的功能和撤消(終止)已完成任務(wù)的線程的功能。

109謝謝觀賞2019-9-211．進(jìn)程控制109謝謝觀賞2019-9-21

2．進(jìn)程同步前已述及，進(jìn)程是以異步方式運(yùn)行的，并以人們不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。為使多個(gè)進(jìn)程能有條不紊地運(yùn)行，系統(tǒng)中必須設(shè)置進(jìn)程同步機(jī)制。進(jìn)程同步的主要任務(wù)是為多個(gè)進(jìn)程(含線程)的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)。有兩種協(xié)調(diào)方式：

(1)進(jìn)程互斥方式。這是指諸進(jìn)程(線程)在對(duì)臨界資源進(jìn)行訪問時(shí)，應(yīng)采用互斥方式；

(2)進(jìn)程同步方式。這是指在相互合作去完成共同任務(wù)的諸進(jìn)程(線程)間，由同步機(jī)構(gòu)對(duì)它們的執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào)。

110謝謝觀賞2019-9-212．進(jìn)程同步110謝謝觀賞2019-9-21

3．進(jìn)程通信在多道程序環(huán)境下，為了加速應(yīng)用程序的運(yùn)行，應(yīng)在系統(tǒng)中建立多個(gè)進(jìn)程，并且再為一個(gè)進(jìn)程建立若干個(gè)線程，由這些進(jìn)程(線程)相互合作去完成一個(gè)共同的任務(wù)。而在這些進(jìn)程(線程)之間，又往往需要交換信息。例如，有三個(gè)相互合作的進(jìn)程，它們是輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程和打印進(jìn)程。輸入進(jìn)程負(fù)責(zé)將所輸入的數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算進(jìn)程；計(jì)算進(jìn)程利用輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果傳送給打印進(jìn)程；最后，由打印進(jìn)程把計(jì)算結(jié)果打印出來。進(jìn)程通信的任務(wù)就是用來實(shí)現(xiàn)在相互合作的進(jìn)程之間的信息交換。

111謝謝觀賞2019-9-213．進(jìn)程通信111謝謝觀賞2019-9-21

4．調(diào)度在后備隊(duì)列上等待的每個(gè)作業(yè)都需經(jīng)過調(diào)度才能執(zhí)行。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，包括作業(yè)調(diào)度和進(jìn)程調(diào)度兩步。

(1)作業(yè)調(diào)度。作業(yè)調(diào)度的基本任務(wù)是從后備隊(duì)列中按照一定的算法，選擇出若干個(gè)作業(yè)，為它們分配運(yùn)行所需的資源(首先是分配內(nèi)