操做系統概述（一）

 何爲操做系統，操做系統的發展歷程

英語：operating system，縮寫做 OS

兩種定義:

u  Operating system is a program that manages the computer hardware.

       操做系統是管理計算機硬件資源的程序。

u  A program that acts as an intermediary between a user of a computer and the computer hardware.

在計算機用戶和計算機硬件之間起媒介做用的一種程序。

 

.  OS的目標

• 方便性：用戶無需瞭解底層硬件，無需用0、1機器語言操做。（能夠說不用手，用工具，進入石器時代了。）
• 有效性：CPU、I/O、存儲等的管理專門、合理地被組織管理起來，提升資源的利用率。
• 可擴充性：擴充應用軟件；適應硬件和體系結構發展，擴充底層管理功能模塊等。
• 開放性：網絡環境，遵循開放互聯標準。

 

OS的做用

(1)做爲用戶與計算機硬件系統之間的接口 * 達成了方便性的目標。*

 (2)OS做爲計算機系統資源的管理者* 達成有效性目標 *

(3) OS用做擴充機器

 

二： 操做系統的發展過程

1.1946-50年代中：

電子管時代，計算機速度慢，無操做系統，計算機資源昂貴

  工做方式：

   用戶：既是程序員又是操做員；用戶是計算機專業人員；

   編程語言：機器語言；

   輸入輸出：紙帶或卡片；

  計算機工做特色：

  用戶獨佔全機，資源利用率極低；

  CPU等待用戶，計算前，手工裝入紙帶或卡片；計算完成後，手工卸取紙帶或卡片；CPU利用率低；

  主要矛盾：

  人機矛盾----人工操做嚴重下降了計算機資源的利用率

提升效率的途徑：

  脫機輸入/輸出技術。

脫機輸入/輸出(Off-Line I/O)方式:

等待人工操做紙帶輸入數據的不是CPU,而是外圍機，必定程度上解決人機矛盾。

2.單道批處理系統(Simple Batch Processing System)

• 做業成批、脫機方式輸入到磁帶或磁盤上
  • 進一步減小脫機I/O中裝卸磁帶等耗時操做  
• 系統監督程序(Monitor)控制做業自動過渡，一個接一個的連續處理。

3. 多道批處理系統

 用戶做業、外存上排隊，稱爲「後備隊列」；

做業調度程序、按必定的算法、從後備隊列中選擇若干做業 調入內存

入內存的做業、共享CPU和系統中的各類資源，自動批量處理。

「多道」程序有什麼好處

  CPU利用率提升：減小了CPU等待時間（正在運行的程序若由於I/O操做暫停，可調度其餘程序執行，沒必要裝卸。）

  內存利用率提升：容量儘量多的被利用

多種I/O設備併發被使用，也提升了利用率

整體à系統吞吐量增長（雖然CPU老是串行的，但一段時間內被運行的做業數相對要多）

多道批處理系統解決的五大問題：

1. 處理機管理問題
2. 內存管理問題
3. I/O設備管理問題
4. 文件管理問題
5. 做業管理問題

 

 

4. 分時系統(time-sharing system)

 

實現方法

改變批處理系統的運行方式：

多個用戶鏈接主機

請求的做業發送到主機後，直接進入主機內存以快速響應

系統採用時間片輪轉方式處理服務請求

響應時間RT(response time)≈時間片×用戶數

       分時系統是指在一臺主機上鍊接了多個帶有顯示器和鍵盤的終端，同時容許多個用戶經過本身的終端，以交互方式使用計算機，共享主機中的資源。

       分時系統是多道程序的邏輯擴充

分時系統的特徵：

多路、獨立、及時、交互

5. 實時系統(Real-Time System)

       系統能及時(或即時)響應外部事件的請求，在規定的時間內完成對該事件的處理，並控制全部實時任務協調一致地運行。