【文章內容簡介】 perating System Page 58 2022/2/14 脫機輸入 /輸出（ OffLine I/O）方式 ?事先將用戶程序或數(shù)據(jù)的紙帶或卡片準入紙帶輸入機，在外圍機的控制下輸入到磁帶上，CPU從磁帶上讀入數(shù)據(jù)；輸出過程正好相反 ?特點 ?減少了 CPU的空閑時間 ?提高 I/O速度 硬件不斷發(fā)展， CPU速度的提高、系統(tǒng)規(guī)模擴大，人機矛盾嚴重，如何解決？ 輸入設備 外圍機 磁盤主機外圍機 輸出設備磁帶 磁帶 磁帶 磁帶 Operating System Page 59 2022/2/14 無操作系統(tǒng)的主要問題 ?主要矛盾 ?計算機處理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪費）； ?用戶獨占全機的所有資源； ?提高效率的途徑 ?專門的操作員，批處理 Operating System Page 60 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 61 2022/2/14 單道批處理系統(tǒng)（ Simple Batch Processing System） ?50年代末 ~ 60年代中（晶體管）：利用磁帶把若干個作業(yè)分類編成作業(yè)執(zhí)行序列，每個批作業(yè)由一個專門的 監(jiān)督程序 （ Monitor）自動依次處理?？墒褂脜R編語言開發(fā) ?批處理中的作業(yè)的組成 ?用戶程序 ?數(shù)據(jù) ?作業(yè)說明書（作業(yè)控制語言） ?批 ?供一次加載的磁帶或磁盤，通常由若干個作業(yè)組裝成，在處理中使用一組相同的系統(tǒng)軟件（系統(tǒng)帶） Operating System Page 62 2022/2/14 單道批處理系統(tǒng)的處理流程 把下一個作業(yè)的源 程序轉換為目標程 序 源程序 有錯嗎？ 否 裝 配 目標程序 還有下 一個作業(yè)？ 是 否 停止 運 行 目標程序 是 開始 Operating System Page 63 2022/2/14 兩種批處理方式 聯(lián)機批處理 ?用戶提交作業(yè)：以紙帶或卡片為介質 ?操作員合成批作業(yè)：結果為磁帶介質 ?批作業(yè)處理：對批作業(yè)中的每個作業(yè)進行相同的處理：從磁帶讀入用戶作業(yè)和編譯鏈接程序，編譯鏈接用戶作業(yè)，生成可執(zhí)行程序；啟動執(zhí)行；執(zhí)行結果輸出 ?這時的問題：慢速的輸入輸出處理仍直接由主機來完成。輸入輸出時， CPU處于等待狀態(tài) Operating System Page 64 2022/2/14 兩種批處理方式 脫機批處理 ?衛(wèi)星機：完成面向用戶的輸入輸出（紙帶或卡片），中間結果暫存在磁帶或磁盤上 ?利用衛(wèi)星機完成輸入輸出功能。主機與衛(wèi)星機可并行工作 ?作業(yè)控制命令由監(jiān)督程序 (monitor)來執(zhí)行，完成如裝入程序、編譯、運行等操作 ?優(yōu)點： 同一批內各作業(yè)的自動依次更替，改善了主機 CPU和 I/O設備的使用效率，提高了吞吐量 ?缺點： 磁帶或磁盤需要人工裝卸，作業(yè)需要人工分類，監(jiān)督程序易遭到用戶程序的破壞（由人工干預才可恢復） Operating System Page 65 2022/2/14 單道批處理系統(tǒng)的特征 ?自動性 ?在順利的情況下，磁帶上的一批作業(yè)能自動地逐個地依次運行，而無需人工干預 ?順序性 ?磁帶上的各道作業(yè)是順序地進入內存，完成順序與進入內存順序相同 ?單道性 ?內存中只有一道程序運行 ?CPU和 I/O設備使用忙閑不均（取決于當前作業(yè)的特性） ?對計算為主的作業(yè)，外設空閑 ?對 I/O為主的作業(yè)， CPU空閑 Operating System Page 66 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 67 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng) (Multiprogramed Batch System) ? 60年代中 ~ 70年代中（集成電路），利用多道批處理提高資源的利用率 ?多道批處理的運行特征 ?多道：內存中同時存放幾個作業(yè)，并允許并發(fā)執(zhí)行，從而有效地提高了資源利用率和系統(tǒng)吞吐量 ?無序性：多個作業(yè)完成的先后順序與它們進入內存的順序之間無嚴格對應關系 ?調度性：作業(yè)調度，從后備隊列進入內存；進程調度，分配處理機運行 ?舉例 ?在當前運行的作業(yè)需作 I/O處理時， CPU轉而執(zhí)行另一個作業(yè) CPU、 I/O設備忙閑不均、內存利用率低，如何解決？ Operating System Page 68 2022/2/14 單道與多道程序運行情況 t1t2t3t4t5t6t7t8結束中斷I/ O 完成啟動 I /OI/ O 中斷請求I/ O 完成啟動 I/ OI/ O 中斷請求用戶程序監(jiān)督程序I/ O 操作( a ) 單道程序運行情況程序 A程序 A I / O 請求 程序 A I / O 完成程序 B程序 B I / O 請求程序 C程序 C I / O 請求程序 D程序 D I / O 請求C I / O 完成 C 再被調度程序 B I / O 完成程序 A 再被調度程序 A程序 B程序 C程序 D調度程序( b ) 四 道 程 序運 行 情 況A 完成結束中斷Operating System Page 69 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng)的特征 ?多道性 ?多道程序駐留內存：提高了資源的利用率； ?程序并發(fā)執(zhí)行：提高了系統(tǒng)的吞吐量； ?無序性 ?作業(yè)進入內存先后順序和完成的先后順序無對應性 ?調度性 ?作業(yè)提交給系統(tǒng)需經過兩次調度 ? 作業(yè)調度 ? 進程調度 Operating System Page 70 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng)的特點 ?優(yōu)點 ?資源利用率高： CPU、 I/O設備和內存利用率較高； ?作業(yè) 吞吐量 大：單位時間內完成的工作總量大 ?缺點 ?用戶交互性差：整個作業(yè)完成后或中間出錯時，才與用戶交互，不利于調試和修改 ?作業(yè) 平均周轉時間 長：短作業(yè)的周轉時間顯著增長 Operating System Page 71 2022/2/14 單道與多道批處理的比較 單道 多道 內存使用 每次一個作業(yè) 每次多個作業(yè)（充分利用內存） 作業(yè)次序 順序，先進先出 無確定次序 不嚴格對應 需要 交替占用 多道 多道批處理 嚴格對應 不需要 獨占 一道 單道批處理 程序完成次序與其進入內存次序間的關系 是否需要作業(yè)和進程調度 占用 CPU的情況 內存中駐留程序數(shù)目 Operating System Page 72 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題 ?處理機管理：如何共享、分配及回收處理機、提高利用率 ?內存管理：如何分配、互不重疊及干擾 ?I/O設備管理：如何共享及分配、方便用戶、提高利用率 ?文件管理：如何組織數(shù)據(jù)和程序、便于使用、保證數(shù)據(jù)的安全性及一致性 ?作業(yè)管理：如何根據(jù)作業(yè)類型進行組織 操作系統(tǒng)是一組控制和管理計算機硬件和軟件資源，合理地對各類作業(yè)進調度，以及方便用戶使用的程序集合 Operating System Page 73 2022/2/14 4. 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題 (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) 作業(yè)管理問題。 第三章 處理機調度與死鎖 第四章 存儲器管理 第五章 設備管理 第六章 文件管理 第三章 處理機調度與死鎖 Operating System Page 74 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 75 2022/2/14 分時系統(tǒng) (TimeSharing System) ?產生原因：用戶需要 ?人 — 機交互 ?共享主機 ?便于用戶上機：遠程聯(lián)機 ?70年代中期至今 ?把計算機的系統(tǒng)資源（尤其是 CPU時間）進行時間上的分割，每個時間段稱為一個時間片 （ time slice），每個用戶依次輪流使用時間片 Operating System Page 76 2022/2/14 分時系統(tǒng) (TimeSharing System) ?分時 的含義分時是指 多個用戶 分享 使用 同一臺計算機 ； 多個程序 分時共享硬件 和 軟件資源 ?多個用戶分時：單個用戶使用計算機的效率低，因而允許多個應用程序同時在內存中，分別服務于不同的用戶。有用戶輸入時由 CPU執(zhí)行，處理完一次用戶輸入后程序暫停，等待下一次用戶輸入－－時走時停 ?前臺和后臺程序 (foreground amp。 background)分時：后臺程序不占用終端輸入輸出，不與用戶交互－－現(xiàn)在的圖形用戶界面 (GUI)，除當前交互的程序 (輸入焦點 )之外，其他程序均作為后臺 ?按時間片 (time slice)分配：各個程序在 CPU上執(zhí)行的輪換時間 Operating System Page 77 2022/2/14 分時系統(tǒng)中的關鍵問題 ?如何使用戶能與自已的作業(yè)進行交互是分時系統(tǒng)的關鍵問題 ?及時接收 ?及時處理 ?為了實現(xiàn)交互，用戶作業(yè)必須及時進入內存；不允許一個作業(yè)長期占用處理機，須按時間片分配 分時系統(tǒng)實現(xiàn)方法： ?單道分時系統(tǒng) ?具有 “ 前臺 ” 和 “ 后臺 ” 的分時系統(tǒng) ?多道分時系統(tǒng) ：作業(yè)直接進入內存 ：多路卡 單道分時 +單道批處理 Operating System Page 78 2022/2/14 分時系統(tǒng)的特征 ?多路性 ? 共享系統(tǒng)資源，提高了資源利用率。節(jié)省維護開支，可靠性高。促進了計算機的普遍應用，提高資源利用率：遠地用戶通過終端（較便宜）聯(lián)機使用 ?獨立性 ? 每個用戶一臺終端，互不干擾，感覺像一個人獨占計算機 ?及時性 ? 用戶請求應盡快得到響應 ?交互性 ? 用戶可通過終端與系統(tǒng)進行廣泛的人機對話，請求系統(tǒng)提供多方面的服務，如文件編輯、數(shù)據(jù)處理、資源共享等 ? 系統(tǒng)能及時對用戶的操作進行響應，顯著提高調試和修改程序的效率：縮短了周轉時間 Operating System Page 79 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過程 ?無操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時系統(tǒng) ?實時系統(tǒng) ?網(wǎng)絡操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) 如何解決緊急任務？ Operating System Page 80 2022/2/14 實時系統(tǒng) (RealTime System) ?用于工業(yè)過程控制、軍事實時控制、金融等領域，包括： ?實時控制：當計算機應用于生產過程的控制形成以計算機為中心的控制系統(tǒng)時，系統(tǒng)要求能實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并對所采集的數(shù)據(jù)進行及時處理，從而自動地控制相應的執(zhí)行機構，使某些參數(shù)（如濕度、壓力、液位）能按預定的規(guī)律變化，以保證產品的質量和提高產量。 ?實時信息處理：能及時接收從遠程終端發(fā)來的服務請求 ， 對信息進行檢索和處理 ， 并在很短時間內作出回答 ?主要設計目標： 響應時間短； 實時時鐘管理；連續(xù)人機對話；過載防護；高度可靠性和安全 Operating System Page 81 2022/2/14 實時系統(tǒng) (RealTime System) ?任務的類型 ?周期性實時任務 ?非周期性實時任務：截止時間 (deadline)，開始截止時間（最晚開始時間）和完成截止時間（最晚完成時間） ?對截止時間的要求 ?硬實時任務（ hard realtime task）：必須滿足截止時間要求 ?軟實時任務（ soft realtime task） ?通常 把兼有分時、實時和批處理三者或其中兩者的操作系統(tǒng)， 稱作 通用操作系統(tǒng) ?？蛇m用于計算、事務處理等多種領域，能運行在多種硬件平臺上，如 UNIX系統(tǒng)、 Windows NT等。－－通用化、小型化 Operating System Page 82 2022/