【正文】 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 49 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(yùn)行特征 ? 多道：內(nèi)存中同時(shí)存放幾個(gè)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(wú)序性：多個(gè)作業(yè)完成的先后順序與它們進(jìn)入內(nèi)存的順序之間無(wú)嚴(yán)格對(duì)應(yīng)關(guān)系 ? 調(diào)度性：作業(yè)調(diào)度，從后備隊(duì)列進(jìn)入內(nèi)存；進(jìn)程調(diào)度，分配處理機(jī)運(yùn)行 ?舉例 ? 在當(dāng)前運(yùn)行的作業(yè)需作 I/O處理時(shí)， CPU轉(zhuǎn)而執(zhí)行另一個(gè)作業(yè) CPU、 I/O設(shè)備忙閑不均、內(nèi)存利用率低，如何解決？ Operating System Page 50 2022/2/14 單道與多道程序運(yùn)行情況 t1t2t3t4t5t6t7t8結(jié)束中斷I/ O 完成啟動(dòng) I /OI/ O 中斷請(qǐng)求I/ O 完成啟動(dòng) I/ OI/ O 中斷請(qǐng)求用戶程序監(jiān)督程序I/ O 操作( a ) 單道程序運(yùn)行情況程序 A程序 A I / O 請(qǐng)求 程序 A I / O 完成程序 B程序 B I / O 請(qǐng)求程序 C程序 C I / O 請(qǐng)求程序 D程序 D I / O 請(qǐng)求C I / O 完成 C 再被調(diào)度程序 B I / O 完成程序 A 再被調(diào)度程序 A程序 B程序 C程序 D調(diào)度程序( b ) 四 道 程 序運(yùn) 行 情 況A 完成結(jié)束中斷Operating System Page 51 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng)的特征 ?多道性 ?多道程序駐留內(nèi)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(wú)序性 ?作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存先后順序和完成的先后順序無(wú)對(duì)應(yīng)性 ?調(diào)度性 ?作業(yè)提交給系統(tǒng)需經(jīng)過(guò)兩次調(diào)度 ? 作業(yè)調(diào)度 ? 進(jìn)程調(diào)度 Operating System Page 52 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng)的特點(diǎn) ?優(yōu)點(diǎn) ?資源利用率高： CPU、 I/O設(shè)備和內(nèi)存利用率較高； ?作業(yè)吞吐量大：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)完成的工作總量大 ?缺點(diǎn) ?用戶交互性差：整個(gè)作業(yè)完成后或中間出錯(cuò)時(shí)，才與用戶交互，不利于調(diào)試和修改 ?作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)：短作業(yè)的周轉(zhuǎn)時(shí)間顯著增長(zhǎng) Operating System Page 53 2022/2/14 單道與多道批處理的比較 單道 多道 內(nèi)存使用 每次一個(gè)作業(yè) 每次多個(gè)作業(yè)（充分利用內(nèi)存） 作業(yè)次序 順序，先進(jìn)先出 無(wú)確定次序 Operating System Page 54 2022/2/14 多道批處理系統(tǒng)需要解決的問(wèn)題 ?處理機(jī)管理：如何共享、分配及回收處理機(jī)、提高利用率 ?內(nèi)存管理：如何分配、互不重疊及干擾 ?I/O設(shè)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(jìn)行組織 操作系統(tǒng)是一組控制和管理計(jì)算機(jī)硬件和軟件資源，合理地對(duì)各類作業(yè)進(jìn)調(diào)度，以及方便用戶使用的程序集合 Operating System Page 55 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 56 2022/2/14 分時(shí)系統(tǒng) (TimeSharing System) ?產(chǎn)生原因：用戶需要 ?人 — 機(jī)交互 ?共享主機(jī) ?便于用戶上機(jī)：遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī) ?70年代中期至今 ?把計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源（尤其是 CPU時(shí)間）進(jìn)行時(shí)間上的分割，每個(gè)時(shí)間段稱為一個(gè)時(shí)間片（ time slice），每個(gè)用戶依次輪流使用時(shí)間片 Operating System Page 57 2022/2/14 分時(shí)系統(tǒng) (TimeSharing System) ?分時(shí) 的含義分時(shí)是指 多個(gè)用戶 分享 使用 同一臺(tái)計(jì)算機(jī) ； 多個(gè)程序 分時(shí)共享硬件 和 軟件資源 ?多個(gè)用戶分時(shí)：?jiǎn)蝹€(gè)用戶使用計(jì)算機(jī)的效率低，因而允許多個(gè)應(yīng)用程序同時(shí)在內(nèi)存中，分別服務(wù)于不同的用戶。 background)分時(shí)：后臺(tái)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(dāng)前交互的程序 (輸入焦點(diǎn) )之外，其他程序均作為后臺(tái) ?按時(shí)間片 (time slice)分配：各個(gè)程序在 CPU上執(zhí)行的輪換時(shí)間 Operating System Page 58 2022/2/14 分時(shí)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題 ?如何使用戶能與自已的作業(yè)進(jìn)行交互是分時(shí)系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題 ?及時(shí)接收 ?及時(shí)處理 ?為了實(shí)現(xiàn)交互，用戶作業(yè)必須及時(shí)進(jìn)入內(nèi)存；不允許一個(gè)作業(yè)長(zhǎng)期占用處理機(jī)，須按時(shí)間片分配 分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法： ?單道分時(shí)系統(tǒng) ?具有 “ 前臺(tái) ” 和 “ 后臺(tái) ” 的分時(shí)系統(tǒng) ?多道分時(shí)系統(tǒng) Operating System Page 59 2022/2/14 分時(shí)系統(tǒng)的特征 ?多路性 ? 共享系統(tǒng)資源，提高了資源利用率。促進(jìn)了計(jì)算機(jī)的普遍應(yīng)用，提高資源利用率：遠(yuǎn)地用戶通過(guò)終端（較便宜）聯(lián)機(jī)使用 ?獨(dú)立性 ? 每個(gè)用戶一臺(tái)終端，互不干擾，感覺(jué)像一個(gè)人獨(dú)占計(jì)算機(jī) ?及時(shí)性 ? 用戶請(qǐng)求應(yīng)盡快得到響應(yīng) ?交互性 ? 用戶可通過(guò)終端與系統(tǒng)進(jìn)行廣泛的人機(jī)對(duì)話，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、資源共享等 ? 系統(tǒng)能及時(shí)對(duì)用戶的操作進(jìn)行響應(yīng)，顯著提高調(diào)試和修改程序的效率：縮短了周轉(zhuǎn)時(shí)間 Operating System Page 60 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)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(wù)？ Operating System Page 61 2022/2/14 實(shí)時(shí)系統(tǒng) (RealTime System) ?用于工業(yè)過(guò)程控制、軍事實(shí)時(shí)控制、金融等領(lǐng)域，包括： ?實(shí)時(shí)控制：當(dāng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的控制形成以計(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，從而自動(dòng)地控制相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使某些參數(shù)（如濕度、壓力、液位）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。可適用于計(jì)算、事務(wù)處理等多種領(lǐng)域，能運(yùn)行在多種硬件平臺(tái)上，如 UNIX系統(tǒng)、 Windows NT等。 Operating System Page 67 2022/2/14 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?在各種計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)上，按網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件 ?包括網(wǎng)絡(luò)管理、通信、安全、資源共享和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 ?目標(biāo) ：是相互通信及資源共享 Operating System Page 68 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 69 2022/2/14 分布式操作系統(tǒng) ?基于兩種環(huán)境 ?多處理器系統(tǒng) ?多計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的更高級(jí)的形式 ?保持了網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的全部功能 Operating System Page 70 2022/2/14 分布式操作系統(tǒng) ?特征 ?是一個(gè)統(tǒng)一的操作系統(tǒng) ?資源進(jìn)一步共享 ?透明性：資源共享與分布對(duì)用戶是透明的 ?自治性：處于分布式系統(tǒng)的多個(gè)主機(jī)處于平等地位，無(wú)主從關(guān)系 ?處理能力增強(qiáng)、速度更快、可靠性增強(qiáng) Operating System Page 71 2022/2/14 分布式操作系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)和分布式的區(qū)別 ?分布式具有各個(gè)計(jì)算機(jī)間相互通訊，無(wú)主從關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)有主從關(guān)系 ?分布式系統(tǒng)資源為所有用戶共享；而網(wǎng)絡(luò)有限制地共享 ?分布式系統(tǒng)中若干個(gè)計(jì)算機(jī)可相互協(xié)作共同完成一項(xiàng)任務(wù) Operating System Page 72 2022/2/14 操作系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程 ?無(wú)操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ?單道批處理系統(tǒng) ?多道批處理系統(tǒng) ?分時(shí)系統(tǒng) ?實(shí)時(shí)系統(tǒng) ?網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) ?分布式操作系統(tǒng) ?嵌入式操作系統(tǒng) Operating System Page 73 2022/2/14 嵌入式操作系統(tǒng) ?嵌入式系統(tǒng) ?在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，完成 特定功能 的軟硬件系統(tǒng) ?它們是一個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中的一部分，這個(gè)大設(shè)備、裝置或系統(tǒng)可以不是“計(jì)算機(jī)” ?由于它們被嵌入在各種設(shè)備、裝置或系統(tǒng)中，因此稱為嵌入式系統(tǒng) Operating System Page 74 2022/2/14 嵌入式操作系統(tǒng) ?EOS（ Embedded Operating System）在嵌入式系統(tǒng)中的 OS ?是運(yùn)行在嵌入式智能芯片環(huán)境中 ?對(duì)整個(gè)智能芯片以及它所操作、控制的各種部件裝置等等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、調(diào)度、指揮和控制的系統(tǒng)軟件 ?國(guó)際上有名的嵌入式操作系統(tǒng)有 Windows CE 、Palm OS 、 Linux 、 VxWorks 、 pSOS、 QNX、 OS9 、 LynxOS等，已進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)的國(guó)外產(chǎn)品有WindRiver、 Microsoft、 QNX和 Nuclear等 ?我國(guó)起步較晚，此類產(chǎn)品主要是基于自主版權(quán)的Linux操作系統(tǒng)，其中以中軟 Linux、紅旗 Linux、東方 Linux為代表。操作系統(tǒng)是一個(gè)并發(fā)系統(tǒng)，各進(jìn)程間的并發(fā)，系統(tǒng)與應(yīng)用間的并發(fā)。 ?并行 (parallel)是指在 同一時(shí)刻 發(fā)生 ?在多道程序處理時(shí)， 宏觀 上并發(fā)， 微觀 上交替執(zhí)行（ 在單處理器情況下 ） ?程序的靜態(tài)實(shí)體是可執(zhí)行文件，而動(dòng)態(tài)實(shí)體是進(jìn)程（或稱作任務(wù)），并發(fā)指的是進(jìn)程（或線程） 注意區(qū)分并發(fā)和并行?。? Operating System Page 80 2022/2/14 操作系統(tǒng)的基本特征 ?并發(fā)（ Concurrence） ?共享（ Sharing） ?虛擬（ Virtual） ?異步性（ Asynchronism） Operating System Page 81 2022/2/14 共享 (Sharing) ?是指系統(tǒng)中的資源可供內(nèi)存中 多個(gè)并發(fā) 執(zhí)行的進(jìn)程（線程） 共同使用 。 ?同時(shí)訪問(wèn) （如可重入代碼，磁盤文件） ? 同時(shí)是宏觀上的，在微觀上進(jìn)程可能是交替地對(duì)資源進(jìn)行訪問(wèn) ?并發(fā)和共享是操作系統(tǒng)的 兩個(gè)最基本的特征 。處理機(jī)調(diào)度的單位可為 進(jìn)程 或 線程 ?進(jìn)程控制 ?創(chuàng)建、撤消、掛起、改變 運(yùn)行優(yōu)先級(jí)等－－主動(dòng)改變 進(jìn)程的狀態(tài) ；在現(xiàn)代 OS中，進(jìn)行控制還應(yīng)具有為一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建和撤消 線程 的功能 ?進(jìn)程同步 ?協(xié)調(diào)并發(fā)進(jìn)程之間的推進(jìn)步驟，以協(xié)調(diào)資源共享；－－交換信息能力弱 ?互斥方式 諸進(jìn)程訪問(wèn)臨界資源時(shí)采用這種方式 ?同步方式 在相互合作完成任務(wù)的進(jìn)程之間由同步機(jī)構(gòu)對(duì)執(zhí)行次序加以協(xié)調(diào) Operating System Page 89 2022/2/14 處理機(jī)管理 — 續(xù) ?進(jìn)程通信 ? 負(fù)責(zé)進(jìn)程之間 傳送數(shù)據(jù) ，以協(xié)調(diào)進(jìn)程間的協(xié)作；－－交換信息能力強(qiáng)，也可以用來(lái)協(xié)調(diào)進(jìn)程之間的推進(jìn) ? 如，輸入進(jìn)程、計(jì)算進(jìn)程、打印進(jìn)程之間的通信 ?進(jìn)程調(diào)度 ? 作業(yè)和進(jìn)程的 運(yùn)行切換 ，以充分利用處理機(jī)資源和提高系統(tǒng)性能；－－未必是進(jìn)程控制操作所引起（可能是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)、 I/O操作） ? 作業(yè)調(diào)度從外存 調(diào)入內(nèi)存 ? 進(jìn)程調(diào)度是從內(nèi)存中的進(jìn)程就緒隊(duì)列中選一個(gè) 分配處理機(jī) ? 在多線程 OS中，要考慮線程調(diào)度 ? 考慮同一類型內(nèi)的公平性、高效率（吞吐量大）、作業(yè)或進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時(shí)間等 Operating System Page 90 2022/2/14 操作系統(tǒng)的主要功能 ?處理機(jī)管理 ?存儲(chǔ)器管理 ?設(shè)備管理 ?文件管理 ?用戶接口 Operating System Page 91 2022/2/14 存儲(chǔ)器管理 ?管理目標(biāo) ? 提高 利用率 、 方便 用戶使用、提供足夠的 存儲(chǔ)空間 、方便進(jìn)程 并發(fā) 運(yùn)行 ?內(nèi)存分配 ? 為每道程序分配空間：靜態(tài)分配、動(dòng)態(tài)分配 ? 提高利用率 ? 允許正在運(yùn)行程序申請(qǐng)附加空間