操作系统概述（一）

 何为操作系统，操作系统的发展历程

英语：operating system，缩写作 OS

两种定义:

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

       操作系统是管理计算机硬件资源的程序。

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

在计算机用户和计算机硬件之间起媒介作用的一种程序。

.  OS的目标

• 方便性：用户无需了解底层硬件，无需用0、1机器语言操作。（可以说不用手，用工具，进入石器时代了。）
• 有效性：CPU、I/O、存储等的管理专门、合理地被组织管理起来，提高资源的利用率。
• 可扩充性：扩充应用软件；适应硬件和体系结构发展，扩充底层管理功能模块等。
• 开放性：网络环境，遵循开放互联标准。

OS的作用

(1)作为用户与计算机硬件系统之间的接口 * 达成了方便性的目标。*

 (2)OS作为计算机系统资源的管理者* 达成有效性目标 *

(3) OS用作扩充机器

 

二： 操作系统的发展过程

1.1946-50年代中：

电子管时代，计算机速度慢，无操作系统，计算机资源昂贵

  工作方式：

   用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员；

   编程语言：机器语言；

   输入输出：纸带或卡片；

  计算机工作特点：

  用户独占全机，资源利用率极低；

  CPU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；CPU利用率低；

  主要矛盾：

  人机矛盾----人工操作严重降低了计算机资源的利用率

提高效率的途径：

  脱机输入/输出技术。

脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式:

等待人工操作纸带输入数据的不是CPU,而是外围机，一定程度上解决人机矛盾。

2.单道批处理系统(Simple Batch Processing System)

• 作业成批、脱机方式输入到磁带或磁盘上
  • 进一步减少脱机I/O中装卸磁带等耗时操作  
• 系统监督程序(Monitor)控制作业自动过渡，一个接一个的连续处理。

3. 多道批处理系统

 用户作业、外存上排队，称为“后备队列”；

作业调度程序、按一定的算法、从后备队列中选择若干作业 调入内存

入内存的作业、共享CPU和系统中的各种资源，自动批量处理。

“多道”程序有什么好处

  CPU利用率提高：减少了CPU等待时间（正在运行的程序若因为I/O操作暂停，可调度其他程序执行，不必装卸。）

  内存利用率提高：容量尽可能多的被利用

多种I/O设备并发被使用，也提高了利用率

总体à系统吞吐量增加（虽然CPU总是串行的，但一段时间内被运行的作业数相对要多）

多道批处理系统解决的五大问题：

1. 处理机管理问题
2. 内存管理问题
3. I/O设备管理问题
4. 文件管理问题
5. 作业管理问题

4. 分时系统(time-sharing system)

 

实现方法

改变批处理系统的运行方式：

多个用户连接主机

请求的作业发送到主机后，直接进入主机内存以快速响应

系统采用时间片轮转方式处理服务请求

响应时间RT(response time)≈时间片×用户数

       分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

       分时系统是多道程序的逻辑扩充

分时系统的特征：

多路、独立、及时、交互

5. 实时系统(Real-Time System)

       系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。