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1、操作系统 OperatingSystem三明学院数学与计算机科学系三明学院数学与计算机科学系 吕良智吕良智 2007年年课课 程程 简简 介介&操作系统是现代计算机系统中必不可少操作系统是现代计算机系统中必不可少的系统软件，控制和管理计算机的所有的系统软件，控制和管理计算机的所有资源，为用户提供种种方便，是用户开资源，为用户提供种种方便，是用户开发和使用软件不可缺少的支撑环境。发和使用软件不可缺少的支撑环境。&操作系统课程是计算机专业的一门专业操作系统课程是计算机专业的一门专业主干课程，主要研究操作系统的基本原主干课程，主要研究操作系统的基本原理和实现方法，是计算机专业学生的知理和实现方法，是
2、计算机专业学生的知识结构中重要的组成部分。识结构中重要的组成部分。课课 程程 简简 介介课程名称：课程名称：操作系统（操作系统（Operating SystemOperating System）教教 材：材：操作系统基础教程操作系统基础教程 厦门大学出版社厦门大学出版社教学方式：授课（教学方式：授课（57）+上机实习（上机实习（19）教学手段：多媒体教学教学手段：多媒体教学+黑板板书黑板板书考试类别：考试考试类别：考试参考教材：参考教材：1 1、计算机操作系统计算机操作系统，汤子赢，汤子赢2 2、操作系统设计与实现操作系统设计与实现，王鹏等译，电子工业出版社，王鹏等译，电子工业出版社3 3、现
3、代操作系统现代操作系统，陈向群等译，机械工业出版社，陈向群等译，机械工业出版社4 4、计算机操作系统教程计算机操作系统教程，张尧学、史美林，清华大张尧学、史美林，清华大学出版社学出版社操作系统 OperatingSystem第一章第一章 操操 作作 系系 统统 概概 述述教学目的教学目的&操作系统（操作系统（Operating SystemOperating System，OSOS）在今天的计算机系统中举足轻重的系在今天的计算机系统中举足轻重的系统软件，就是在计算机发展链上从无到统软件，就是在计算机发展链上从无到有、从简单到复杂地逐步发展起来的有、从简单到复杂地逐步发展起来的&因此在学习操作系
4、统这门课之前，我们因此在学习操作系统这门课之前，我们要对操作系统这个学科的发展和整体情要对操作系统这个学科的发展和整体情况作一个了解况作一个了解本章重点本章重点 1 1）熟熟悉悉操操作作系系统统作作用用和和定定义义，了了解解操操作作系系统统的的历史。历史。2 2）了了解解二二类类计计算算机机硬硬件件系系统统结结构构，熟熟悉悉现现代代操作系统的硬件基础操作系统的硬件基础通道和中断通道和中断。3 3）熟熟练练掌掌握握多多道道程程序序设设计计技技术术的的概概念念，掌掌握握批批处处理理系系统统、分分时时系系统统及及实实时时系系统统三三种种操操作作系系统统基基本本类类型型，了了解解微微机机操操作作系系统
5、统、网网络络操操作作系系统和分布式操作系统。统和分布式操作系统。4 4）掌掌握握操操作作系系统统并并发发性性、共共享享性性、虚虚拟拟性性和和异异步步性性等等特特征征，了了解解现现代代操操作作系系统统特特征征，熟熟悉悉操作系统功能操作系统功能。第一章第一章 操作系统概论操作系统概论1.1 什么是操作系统什么是操作系统 1.2 操作系统的发展史操作系统的发展史 1.3 操作系统的功能和主要特征操作系统的功能和主要特征 1.4 操作系统的结构操作系统的结构 1 1、计算机系统的组成、计算机系统的组成 11 什么是操作系统什么是操作系统 系统软件系统软件工具软件：工具软件：软、硬件检测疹断程序软、硬件
6、检测疹断程序应用软件：应用软件：CAD、MIS等自己开发的系统等自己开发的系统计算机计算机系统系统硬件硬件软件软件CPU储存器：内存、外存储存器：内存、外存（软硬盘、磁带机）（软硬盘、磁带机）输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输入设备：键盘、鼠标、扫描仪等输出设备：显示器、打印机、绘图仪输出设备：显示器、打印机、绘图仪操作系统操作系统编译程序、编译程序、DBMS等等2 2、操作系统在计算机系统中的地位、操作系统在计算机系统中的地位 11 什么是操作系统什么是操作系统 紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）软件的共同环境）11 什么是操作
7、系统什么是操作系统3 3、引入操作系统的目标、引入操作系统的目标&有效性有效性（系统管理人员的观点）：（系统管理人员的观点）：管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程算机的工作流程&方便性方便性（用户的观点）（用户的观点）提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别统的类型和数量差别&可扩充性可扩充性（开放的观点）：（开放的观点）：硬件类型和规模、操作系统本身的功能和管硬件类型和规模、操作系统本身的功能和管理策略、多个系统间的资源共享和互操作。理策略、多个系统间的资源共享和互操作。11 什么是操
8、作系统什么是操作系统4 4、操作系统的作用、操作系统的作用&从资源管理的观点从资源管理的观点OSOS作为资源管理器：作为资源管理器：OSOS的首要任务是管理计算机系统中硬件与软件资的首要任务是管理计算机系统中硬件与软件资源，使其得到充分而有效的利用：源，使其得到充分而有效的利用：1 1）跟跟踪踪资资源源状状态态：时时刻刻掌掌握握计计算算机机系系统统中中资资源源的的使使用用情况。情况。2 2）分分配配资资源源：处处理理对对资资源源的的使使用用请请求求，协协调调冲冲突突，确确定资源分配算法。定资源分配算法。3 3）回回收收资资源源：回回收收用用户户释释放放的的资资源源，以以便便下下次次重重新新分分
9、配。配。4 4）保护资源）保护资源：负责对系统资源的保护，避免受破坏。：负责对系统资源的保护，避免受破坏。11 什么是操作系统什么是操作系统操作系统作为资源管理器的观点是目前人们对操操作系统作为资源管理器的观点是目前人们对操作系统认识的一个主要观点，根据此观点，人们将计作系统认识的一个主要观点，根据此观点，人们将计算机资源划分为四大类：算机资源划分为四大类：1 1）处理机）处理机 2 2）存储器）存储器 3 3）I/OI/O设备设备 4 4）信息（程序与数据）信息（程序与数据）相应可将操作系统分为四类管理器：相应可将操作系统分为四类管理器：1 1）处理机管理）处理机管理 2 2）存储管理）存储
10、管理 3 3）设备管理）设备管理 4 4）信息管理（文件系统）信息管理（文件系统）11 什么是操作系统什么是操作系统&从软件分层、扩允机器的观点从软件分层、扩允机器的观点虚拟机：虚拟机：提供硬件的高层界面提供硬件的高层界面(虚拟机虚拟机),),取消硬件限制取消硬件限制1 1）操作系统提供无限的内存、无限的）操作系统提供无限的内存、无限的CPUCPU2 2）扩充机器，功能更强大，使用更方便）扩充机器，功能更强大，使用更方便【虚拟机】：使用户和程序员在不必涉及和了解硬件【虚拟机】：使用户和程序员在不必涉及和了解硬件工作细节的情况下能方便的使用计算机，而为用户所工作细节的情况下能方便的使用计算机，而
11、为用户所提供的一个等价的扩展计算机，称为虚拟计算机。提供的一个等价的扩展计算机，称为虚拟计算机。11 什么是操作系统什么是操作系统&从服务用户的观点从服务用户的观点OSOS用户与裸机间接口：用户与裸机间接口：操作系统为方便用户使用计算机提供了二级访问操作系统为方便用户使用计算机提供了二级访问接口：接口：1 1）命令接口）命令接口:命令行、菜单式、命令脚本式、图形用命令行、菜单式、命令脚本式、图形用户接口户接口GUIGUI；2 2）调用接口调用接口:形式上类似于过程调用，在应用编程中形式上类似于过程调用，在应用编程中使用。使用。3 3）图形接口：）图形接口：图形用户界面图形用户界面GUIGUI，
12、方便用户使用。方便用户使用。编程更为容易，软件可移植性增强；使用更编程更为容易，软件可移植性增强；使用更为方便。为方便。11 什么是操作系统什么是操作系统5 5、操作系统的定义、操作系统的定义操作系统操作系统是是有效地管理计算机系统中的各有效地管理计算机系统中的各种资源、合理地组织计算机系统中的工作流程、种资源、合理地组织计算机系统中的工作流程、方便用户操作的程序的集合方便用户操作的程序的集合。P2设置操作系统的目的就是设置操作系统的目的就是提高计算机系统提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统的效率，增强系统的处理能力，充分发挥系统的利用率，方便用户使用的利用率，方便用户使用。
13、12 操作系统的发展史操作系统的发展史 操作系统发展的操作系统发展的主要动力是用户的需求主要动力是用户的需求，并随着计算机硬件技术、软件技术的发展而不并随着计算机硬件技术、软件技术的发展而不断发展完善。断发展完善。1 1）提高资源的利用率和系统性能）提高资源的利用率和系统性能：计算机：计算机发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算发展的初期，计算机系统昂贵，用作集中计算 2 2）方便用户：）方便用户：用户上机、调试程序，分散用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和非专业用户。计算时的事务处理和非专业用户。3 3）硬件的发展：）硬件的发展：CPUCPU的位宽度（指令和数据）的位宽度（指令和数据
14、）、快速外存、新硬件、新技术的出现等。、快速外存、新硬件、新技术的出现等。4 4）计算机体系结构的不断发展）计算机体系结构的不断发展。12 OS的发展史的发展史手工手工&1 1、手工操作、手工操作 （194619465050年代，电子管时代）年代，电子管时代）【特点】：【特点】：计算机资源昂贵计算机资源昂贵 ，没有操作系统，没有操作系统【工作方式】：【工作方式】：用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员；用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员；编程语言：为机器语言；编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片；输入输出：纸带或卡片；【计算机的工作特点】：【计算机的工作特点】：用
15、户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低；用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低；CPUCPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工卸取纸带或卡片；后，手工卸取纸带或卡片；CPUCPU利用率低；利用率低；【主要矛盾】：【主要矛盾】：机时浪费机时浪费资源利用率低资源利用率低用户独占全机的所有资源；用户独占全机的所有资源；12 OS的发展史的发展史手工手工2 2 脱机工作方式脱机工作方式输入设备输入设备卫星机卫星机磁带磁带输出设备输出设备卫星机卫星机磁带磁带主机主机12 OS的发展史的发展史单道单道&2 2、单道批处
16、理系统、单道批处理系统（50 50年代末年代末 6060年代中，晶体管）年代中，晶体管）【特点】：【特点】：利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业由一个专门的监督程序（作业由一个专门的监督程序（MonitorMonitor）自动依次处理。可使自动依次处理。可使用汇编语言开发。用汇编语言开发。【批处理中的作业的组成】：【批处理中的作业的组成】：用户程序用户程序数据数据作业说明书（作业控制语言）作业说明书（作业控制语言）【批】：【批】：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处
17、理中使用一组相同的系统软件（系统带）处理中使用一组相同的系统软件（系统带）12 OS的发展史的发展史单道单道 批处理方式可分为联机批处理和脱机批处理。批处理方式可分为联机批处理和脱机批处理。1 1）联机批处理）联机批处理用户提交作业：以纸带或卡片为介质；用户提交作业：以纸带或卡片为介质；操作员合成批作业：结果为磁带介质；操作员合成批作业：结果为磁带介质；批作业处理：对批作业中的每个作业进行相同的批作业处理：对批作业中的每个作业进行相同的处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序，编处理：从磁带读入用户作业和编译链接程序，编译链接用户作业，生成可执行程序；启动执行；译链接用户作业，生成可执行程序；启
18、动执行；执行结果输出。执行结果输出。【存在的问题】：【存在的问题】：慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。输慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。输入输出时，入输出时，CPUCPU处于等待状态。处于等待状态。12 OS的发展史的发展史单道单道2 2）脱机批处理）脱机批处理读卡机读卡机打印机打印机输入带输入带运行日志运行日志主机主机卫星机卫星机执行带执行带系统库系统库输出带输出带12 OS的发展史的发展史单道单道2 2）脱机批处理）脱机批处理 利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机利用卫星机完成输入输出功能。主机与卫星机可并行工作。可并行工作。卫星机：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片）卫星机
19、：完成面向用户的输入输出（纸带或卡片），中间结果暂存在磁带或磁盘上。，中间结果暂存在磁带或磁盘上。作业控制命令由监督程序作业控制命令由监督程序(monitor)monitor)来执行，完来执行，完成如装入程序、编译、运行等操作。成如装入程序、编译、运行等操作。【优点】：【优点】：同一批内各作业的自动依次更替，改善了同一批内各作业的自动依次更替，改善了主机主机CPUCPU和和I/OI/O设备的使用效率，提高了吞吐量。设备的使用效率，提高了吞吐量。【缺点】：【缺点】：磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工分类，监督程序易遭到用户程序的破坏（由人工干分类，监督程序易
20、遭到用户程序的破坏（由人工干预才可恢复）。预才可恢复）。12 OS的发展史的发展史单道单道【单道批处理的特征】：【单道批处理的特征】：自动性自动性:磁带上一批作业能自动逐个依次运行磁带上一批作业能自动逐个依次运行对对I/OI/O为主的作业，为主的作业，CPUCPU空闲；空闲；顺序性顺序性:作业顺序进入内存作业顺序进入内存,执行与完成的顺序和执行与完成的顺序和调入的顺序完全相同。调入的顺序完全相同。单道性单道性:内存中仅有一道程序内存中仅有一道程序,只有该程序完成或只有该程序完成或发生异常时发生异常时,才调入后继程序进入内存运行才调入后继程序进入内存运行【单道批处理的主要问题】：【单道批处理的主
21、要问题】：一个用户独占全部资源一个用户独占全部资源CPUCPU负责计算，也负责传负责计算，也负责传输输,CPUCPU与外设速度不匹配。与外设速度不匹配。CPUCPU与与I/OI/O串行资源利用率仍然很低。串行资源利用率仍然很低。12 OS的发展史的发展史多道多道&3、多道批处理系统多道批处理系统（6060年代末年代末7070年代中，集成电路）年代中，集成电路）单道：单道：用户程序用户程序监督程序监督程序I/O操作操作I/O请求请求启动启动I/OI/O完成完成I/O请求请求多道：多道：程序程序A程序程序B程序程序C调度程序调度程序A:I/O请求请求A:I/OB:I/O请求请求B:I/OC:I/O
22、A:完成完成tt1）多道程序设计原理）多道程序设计原理 【多道程序设计原理】：【多道程序设计原理】：在计算机内存中同时存放在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行，穿插地运行，共享共享CPUCPU和外设等资源和外设等资源。采用多道程序采用多道程序设计技术的批处理系统称为多道批处理系统设计技术的批处理系统称为多道批处理系统。2）多道程序设计的实现）多道程序设计的实现 存储保护与重定位存储保护与重定位。在多道程序设计环境中，几。在多道程序设计环境中，几道程序共享同一内存，硬件必须提供必要的手段道程序共享同一内存，硬
23、件必须提供必要的手段保证各道程序之间不互相侵犯。保证各道程序之间不互相侵犯。处理机管理和调度。处理机管理和调度。多道程序共享同一个处理机，多道程序共享同一个处理机，因此存在处理机的调度问题。因此存在处理机的调度问题。资源的管理和调度。资源的管理和调度。多道程序共享资源，同样存多道程序共享资源，同样存在着资源的分配问题。在着资源的分配问题。12 OS的发展史的发展史多道多道12 OS的发展史的发展史多道多道3）多道程序设计的特征）多道程序设计的特征多道。多道。同时存在两道或两道以上的程序处于执行的同时存在两道或两道以上的程序处于执行的开始点和结束点中间。开始点和结束点中间。宏观并行。宏观并行。都
24、处于运行状态，但都未运行完；都处于运行状态，但都未运行完；微观串行。微观串行。各作业交替使用各作业交替使用CPUCPU。无序性。无序性。有可能出现先进内存的后完成有可能出现先进内存的后完成4）多道批处理系统的优缺点：）多道批处理系统的优缺点：资源利用率高资源利用率高：CPUCPU和内存利用率较高；和内存利用率较高；作业吞吐量大作业吞吐量大：单位时间内完成工作总量大；：单位时间内完成工作总量大；用户交互性差：用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时，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；才与用户交互，不利于调试和修改；作业平均周转时间长：作业平均周转时间长：短作业的短作业的
25、周转时间（从周转时间（从作业提交到完成的这段时间）作业提交到完成的这段时间）显著增长；显著增长；单道和多道批处理的比较单道和多道批处理的比较 多道程序系统和多处理系统多道程序系统和多处理系统(Multi-Processing Multi-Processing System)System)的区别：前者指多个程序同时在内存中交替的区别：前者指多个程序同时在内存中交替运行，后者指多个处理器。运行，后者指多个处理器。单道多道内存使用每次一个作业每次多个作业（充分利用内存）作业次序顺序，先进先出无确定次序多道批处理系统的资源利用多道批处理系统的资源利用 多道批处理系统的资源利用效率特征是基于多道批处理系
26、统的资源利用效率特征是基于各作业对系统资源的需求差异得到的。各作业对系统资源的需求差异得到的。例如例如：有：有3 3个作业个作业A A、B B、C C，分别为计算、检索和分别为计算、检索和打印作业，单道运行时间分别为打印作业，单道运行时间分别为5 5分、分、1515分和分和1010分钟。分钟。它们可并行在它们可并行在1515分钟内完成分钟内完成3 3个作业。各资源的利用个作业。各资源的利用效率为：效率为：CPU打印机磁带单道17%33%50%多道33%66%100%5）多道批处理系统的核心技术）多道批处理系统的核心技术：作业调度：作业调度：作业的现场保存和恢复作业的现场保存和恢复资源共享：资源
27、共享：资源的竞争和同步资源的竞争和同步互斥机制互斥机制内存使用：内存使用：提高内存使用效率（为当前由提高内存使用效率（为当前由CPUCPU执执行的程序提供足够的内存）行的程序提供足够的内存）覆盖覆盖(overlay)overlay)，交换交换(swap)swap)和虚拟存储和虚拟存储(virtual memory)virtual memory)内存保护：内存保护：系统存储区和各应用程序存储区不系统存储区和各应用程序存储区不可冲突，即存储保护可冲突，即存储保护文件非顺序存放、随机存取。文件非顺序存放、随机存取。出现了：出现了：作业管理、处理机管理、存储管理、作业管理、处理机管理、存储管理、设备管
28、理、文件系统管理设备管理、文件系统管理(file system)file system)12 OS的发展史的发展史多道多道多道批处理的作业处理流程多道批处理的作业处理流程 提提交交后后备备完完成成运行运行就绪就绪阻塞阻塞调度调度I/OI/O完成完成执行执行时间片到时间片到I/OI/O请求请求SPOOLinSPOOLing g程程 序序作业调度作业调度程程 序序进程调度进程调度程程 序序交通控交通控制制程程 序序 （9797年高级程序员试题年高级程序员试题2 2）在有一台处理机）在有一台处理机CPUCPU和两台输入输出设备和两台输入输出设备IO1IO1和和IO2IO2，且能够实现抢先式且能够实现
29、抢先式多任务并行工作的多道程序环境内，投入运行优行多任务并行工作的多道程序环境内，投入运行优行级由高到低的级由高到低的P P、P2P2、P3 P3 三个作业。它们使用设三个作业。它们使用设备的先后顺序和占用设备时间分别是：备的先后顺序和占用设备时间分别是：作业作业P P1 1:IO2(30ms),CPU(10ms),IO1(30ms),CPU(10ms)IO2(30ms),CPU(10ms),IO1(30ms),CPU(10ms)作业作业P2:P2:IO1(20ms),CPU(20ms),IO2(40ms)IO1(20ms),CPU(20ms),IO2(40ms)作业作业P3:P3:CPU(3
30、0ms),IO1(20ms)CPU(30ms),IO1(20ms)在控制程序介入时间可以忽略不计的假设下，在控制程序介入时间可以忽略不计的假设下，作业作业P P1 1、P P2 2、P P3 3 从投入到完成所用的时间分别是多从投入到完成所用的时间分别是多少？三个作业从投入运行到全部完成，少？三个作业从投入运行到全部完成，CPUCPU、IO1IO1和和IO2IO2的利用率分别是多少？的利用率分别是多少？例题例题1.1【问题知识点】：【问题知识点】：1 1）作业调度的方式：）作业调度的方式：CPUCPU有二种调度的方式：有二种调度的方式：非抢占方式非抢占方式和和抢占方式抢占方式，由题义决定为抢先
31、式。由题义决定为抢先式。输入输出设备非抢占方式调度输入输出设备非抢占方式调度；2 2）选择调度作业原则：）选择调度作业原则：优先权优先权；资源资源（CPUCPU、I/OI/O设备、内存等）设备、内存等）满足要求满足要求；3 3）调度时机：完成一阶段）调度时机：完成一阶段CPUCPU计算或计算或I/OI/O。4 4）各设备的）各设备的利用率利用率指指该设备的使用时间同作业进程该设备的使用时间同作业进程组全部完成所占用最长时间的比率组全部完成所占用最长时间的比率。例题例题1.1课堂练习课堂练习1.1 操作系统是一种操作系统是一种 A A，在操作系统中采在操作系统中采用多道程序设计方式能提高用多道程
32、序设计方式能提高CPUCPU和外部设备和外部设备的的 B B。一般来说，为了实现多道程序设计，一般来说，为了实现多道程序设计，计算机需要有计算机需要有 C C。A:(1)A:(1)通用软件；通用软件；(2)(2)系统软件；系统软件；(3)(3)应用软件；应用软件；(4)(4)软件包。软件包。B:(1)B:(1)利用效率；利用效率；(2)(2)可靠性；可靠性；(3)(3)稳定性；稳定性；(4)(4)兼容性。兼容性。C C：(1)(1)更大的内存；更大的内存；(2)(2)更快的外部设备；更快的外部设备；(3)(3)更快的更快的CPUCPU；(4)(4)更先进的终端；更先进的终端；答案：答案：A(2
33、),B(1),C(1)A(2),B(1),C(1)12 OS的发展史的发展史分时分时&4 4、分时操作系统、分时操作系统 （70年代中期至今，大规模集成电路）年代中期至今，大规模集成电路）【分分时时】：两两个个或或两两个个以以上上的的事事件件按按时时间间划划分分轮轮流流的的使使用计算机系统的某一资源。用计算机系统的某一资源。【分分时时系系统统】：多多个个用用户户分分时时（分分时时的的时时间间单单位位称称为为时时间间片片，通通常常为为几几十十毫毫秒秒）的的使使用用同同一一计计算算机机的的系系统统称称为为分时系统。主要采用为为分时系统。主要采用时钟时钟和和中断技术中断技术。1 1）分时系统实现方法
34、：）分时系统实现方法：系统配置系统配置多路卡多路卡及时接受及时接受各终端输入命令和数据。各终端输入命令和数据。及时处理，及时处理，不允许某作业长期占用处理机不允许某作业长期占用处理机,将响将响应周期分为很短的时间片应周期分为很短的时间片,在该周期内每个作业轮在该周期内每个作业轮流执行一次流执行一次(占一个时间片占一个时间片)。每个作业可以及时。每个作业可以及时接收用户的命令和数据接收用户的命令和数据,并能及时得到处理。并能及时得到处理。分时系统的结构示意图分时系统的结构示意图12 OS的发展史的发展史分时分时 2 2）分时系统的特点：）分时系统的特点：同时性或多路性：同时性或多路性：多用户同时
35、操作、使用计算机多用户同时操作、使用计算机独占性：独占性：各终端用户感觉到自己独占了计算机；各终端用户感觉到自己独占了计算机；及时性：及时性：用户的请求能在较短时间内相应；用户的请求能在较短时间内相应；交互性：交互性：用户能计算机进行人用户能计算机进行人机对话。机对话。3 3）调进和调出）调进和调出（Roll-in/Roll-outRoll-in/Roll-out）调进调进/调出是实现分时系统的一种主要方式，包括：调出是实现分时系统的一种主要方式，包括：主存主存后援存储器方式：后援存储器方式：简单分时系统所采用，简单分时系统所采用，特点内存只存放一个当前执行作业，其他外存上。特点内存只存放一个
36、当前执行作业，其他外存上。多流调入调出方式：多流调入调出方式：基于多道程序技术，特点主基于多道程序技术，特点主存中同时存在一个当前执行作业和多个后备作业。存中同时存在一个当前执行作业和多个后备作业。12 OS的发展史的发展史分时分时 4 4）分时系统的响应时间）分时系统的响应时间 响应时间响应时间为为用户发出一条指令到系统处理完这条用户发出一条指令到系统处理完这条指令并做出回答所需要的时间指令并做出回答所需要的时间。是。是衡量分时系统性衡量分时系统性能好坏的一条重要标志，但具体的相应时间与系统能好坏的一条重要标志，但具体的相应时间与系统的用户个数及时间片大小有关。的用户个数及时间片大小有关。响
37、应时间响应时间T T与时间片与时间片q q和用户个数和用户个数n n之间的关系为之间的关系为T=n q 。【注意】：【注意】：分时系统在轮转处理多个终端用户的请分时系统在轮转处理多个终端用户的请求时，在调入求时，在调入/调出上增加了许多时间消耗，其中调出上增加了许多时间消耗，其中主主要是主存与后援存储器之间的信息交换时间要是主存与后援存储器之间的信息交换时间。因此。因此为改善的响应时间需要一方面加快主存与后援存储为改善的响应时间需要一方面加快主存与后援存储器之间的对换速度，令一方面减少对换的信息量器之间的对换速度，令一方面减少对换的信息量。现在的许多操作系统都具有分时处理的功能，在分时系现在的
38、许多操作系统都具有分时处理的功能，在分时系统的基础上，操作系统的发展开始分化，如实时系统、通用统的基础上，操作系统的发展开始分化，如实时系统、通用系统、个人系统等。系统、个人系统等。课堂练习课堂练习1.2 分分时时系系统统中中，为为使使多多个个用用户户能能够够同同时时与与系系统统交交互互，最最关关键键的的问问题题是是 A A，当当用用户户数数目目为为100100时时，为为保保证证响响应应不不超超过过2 2秒秒；此此时时的的时时间片最大应为间片最大应为 B B。A A：(1)(1)计算机具有足够的运行速度；计算机具有足够的运行速度；(2)(2)内存容量应足够大；内存容量应足够大；(3)(3)系统
39、能及时地接收多个用户输入；系统能及时地接收多个用户输入；(4)(4)能在一短的时间内，使所有用户程序都能运行；能在一短的时间内，使所有用户程序都能运行；(5)(5)能快速进行内外存对换。能快速进行内外存对换。B B：(1)10ms(1)10ms；(2)20ms (2)20ms；(3)50ms (3)50ms；(4)100ms (4)100ms；(5)200ms (5)200ms。答案：答案：A(4),B(2)A(4),B(2)12 OS的发展史的发展史实时实时&5 5、实时操作系统、实时操作系统 实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时要求的领域
40、，其实时要求的领域，其主要特征是实时性和可靠性主要特征是实时性和可靠性。1 1）实时系统的分类：）实时系统的分类：实时控制：实时控制：要求与被控制的变化速度相比，其反要求与被控制的变化速度相比，其反应速度足够快；工作安全可；需要人工干预时，应速度足够快；工作安全可；需要人工干预时，操作简便。如生产过程控制，宇航自动控制等。操作简便。如生产过程控制，宇航自动控制等。实时信息处理系统：实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延要求计算机能够在容许的延迟时间内，相应外部的事件请求，完成对该事件迟时间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理，并控制所有的实时设备和实时任务协调的处理，并控制所有的实时
41、设备和实时任务协调运行。如飞机订票系统运行。如飞机订票系统,期货、股票交易系统等。期货、股票交易系统等。12 OS的发展史的发展史实时实时 2 2）实时系统的特征：）实时系统的特征：实时系统具有专用性、种类多、用途各异等特实时系统具有专用性、种类多、用途各异等特点，其一个基本特征是点，其一个基本特征是事件驱动事件驱动，即接收到某些外，即接收到某些外部信息后，由系统选择某一程序去执行，完成相应部信息后，由系统选择某一程序去执行，完成相应的实时任务。的实时任务。实时时钟管理实时时钟管理。向系统提供日期、时刻以及定时。向系统提供日期、时刻以及定时任务（每间隔一固定时间循环执行）和延迟任务任务（每间隔
42、一固定时间循环执行）和延迟任务（推迟一段时间后执行）进行控制的信号。（推迟一段时间后执行）进行控制的信号。中断管理。中断管理。实时系统必须有效和高速的完成各种实时系统必须有效和高速的完成各种中断处理。中断处理。系统容错管理。系统容错管理。高可靠性一直是实时系统的设计高可靠性一直是实时系统的设计目标。目标。12 OS的发展史的发展史实时实时多重任务管理多重任务管理。实时系统的物理过程并发性的特。实时系统的物理过程并发性的特点，因此实时系统应具备多重任务处理的能力，点，因此实时系统应具备多重任务处理的能力，且强调任务调度与转换的高效性。且强调任务调度与转换的高效性。系统生成能力系统生成能力。实时系
43、统一般大多是专用性的系。实时系统一般大多是专用性的系统，其种类与规模相差较大，因此，要求实时操统，其种类与规模相差较大，因此，要求实时操作系统应具有较强的生成能力，以便根据需要裁作系统应具有较强的生成能力，以便根据需要裁剪或补贴系统功能，使之与应用系统相适应。剪或补贴系统功能，使之与应用系统相适应。目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理功能，又称作通用操作系统功能，又称作通用操作系统。可适用于计算、事务。可适用于计算、事务处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，如处理等多种领域，能运行在多种硬件平台上，如 UNIXUNIX系统、系统、Windows
44、 NTWindows NT等。等。通用化、小型化通用化、小型化分时系统与实时系统的比较分时系统与实时系统的比较 1 1）系统的设计目标不同）系统的设计目标不同。分时系统是提供一种随时。分时系统是提供一种随时可供多个用户使用的通用型很强的操作系统，而实可供多个用户使用的通用型很强的操作系统，而实时操作系统大多数是具有特殊用途的专用系统。时操作系统大多数是具有特殊用途的专用系统。2 2）互性的强弱）互性的强弱。分时具有较强的对话与交互能力，。分时具有较强的对话与交互能力，而实时系统交互性很弱。而实时系统交互性很弱。3 3）响应时间的长短）响应时间的长短。分时只要能满足一般用户能接。分时只要能满足一
45、般用户能接收的等待时间即可，而实时系统的相应时间要求严收的等待时间即可，而实时系统的相应时间要求严格。格。4 4）另外其均具备另外其均具备多路性多路性、独立性独立性、及时性及时性、交互性交互性、可靠性，可靠性，只是分时系统相似的特征外对系统的只是分时系统相似的特征外对系统的及时及时性和可靠性性和可靠性要求更高要求更高。12 OS的发展史的发展史网络网络&6 6、网络操作系统、网络操作系统（NOS,Network Operating SystemNOS,Network Operating System）网络操作系统是在通常网络操作系统是在通常操作系统功能操作系统功能的基础上提的基础上提供供网络通
46、信和网络服务功能网络通信和网络服务功能的操作系统。的操作系统。12 OS的发展史的发展史网络网络【计算机网络基本概念】：【计算机网络基本概念】：1 1）计计算算机机网网络络：计计算算机机网网络络是是计计算算机机技技术术与与通通信信技技术术相结合的产物相结合的产物,是互连起来的计算机的集合是互连起来的计算机的集合.2 2）计计算算机机网网络络产产生生的的背背景景：微微电电子子技技术术的的发发展展与与进进步步；计算机的应用社会化；通信技术的进步和普及。计算机的应用社会化；通信技术的进步和普及。3 3）特征：）特征：资源共享性；独立自主性资源共享性；独立自主性4 4）微微机机网网络络：微微型型机机技
47、技术术的的巨巨大大进进展展,微微机机网网络络也也随随之之崛崛起起，并并获获得得高高速速的的发发展展，巳巳成成为为计计算算机机网网络络中中最最活跃的一个分枝。活跃的一个分枝。12 OS的发展史的发展史网络网络【网络的构成】：【网络的构成】：1 1）主主机机(HOST)HOST)：主主机机是是组组成成网网络络的的独独立立自自主主的的计计算算机机系系统统，用用于于运运行行用用户户程程序序(即即应应用用程程序序)。2)2)子子 网网（通通 信信 子子 网网):是是将将入入网网主主机机连连接接起起来来的的实实体体。子子网网的的任任务务是是在在入入网网主主机机之之间间传传递递信信息息,以提供通信服务以提供
48、通信服务.3 3）协议（协议（protocolprotocol）：）：网网络计算机在互相通信时为络计算机在互相通信时为能正确进行并相互理解通能正确进行并相互理解通信内容需遵循的约定。如信内容需遵循的约定。如TCP/IPTCP/IP等。等。12 OS的发展史的发展史网络网络【网络操作系统【网络操作系统 】:在通常的操作系统中增加了实现在通常的操作系统中增加了实现网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理网络低层协议（一般到传送层）功能和网络设备管理功能的操作系统。如功能的操作系统。如UNIXUNIX、LINUX,WINDOWS NTLINUX,WINDOWS NT都是都是网络操作系统。网络操
49、作系统。【网络【网络OSOS功能】功能】:高效、可靠的网络通信高效、可靠的网络通信对网络中共享资源（在对网络中共享资源（在LANLAN中有硬盘、打印机等）中有硬盘、打印机等）有效的管理有效的管理提供电子邮件、文件传输、共享硬盘、打印机等提供电子邮件、文件传输、共享硬盘、打印机等服务服务网络安全管理网络安全管理提供互操作能力提供互操作能力 12 OS的发展史的发展史分布分布&7 7、分布式操作系统、分布式操作系统（Distributed Operating System）1 1）分分布布式式计计算算机机系系统统是是以以计计算算机机网网络络为为基基础础的的计计算算机机系系统统，包包含含多多台台处处
50、理理机机，每每台台处处理理机机完完成成系系统统中中指指定定的的一一部部分分功功能能。从从硬硬件件上上讲讲，它它与与计计算算机机局局域域网网没没有任何区别，关键是软件。有任何区别，关键是软件。【特征】：【特征】：以计算机网络为以计算机网络为基础；基础；处理上的分布，即功能和任务的分布。处理上的分布，即功能和任务的分布。所有系统所有系统任务任务可在系统中可在系统中任何处理机任何处理机上运行，自动实现全上运行，自动实现全系统范围内的系统范围内的任务分配任务分配并并自动调度自动调度各处理机的工各处理机的工作负载。作负载。坚强性坚强性 高可靠性高可靠性 2 2）分布式操作系统）分布式操作系统 分布式和集