课程性质与教学目的基本要求课程主要内容学分及学时分配参

课程性质与教学目的基本要求课程主要内容学分及学时分配参内容摘要：

— 人机矛盾。 Operating System Page 58 2020/11/4 脱机输入 /输出（ OffLine I/O）方式 事先将用户程序或数据的纸带或卡片准入纸带输入机，在外围机的控制下输入到磁带上，CPU从磁带上读入数据；输出过程正好相反 特点  减少了 CPU的空闲时间  提高 I/O速度 硬件不断发展， CPU速度的提高、系统规模扩大，人机矛盾严重，如何解决。 输入设备 外围机 磁盘主机外围机 输出设备磁带 磁带 磁带 磁带 Operating System Page 59 2020/11/4 无操作系统的主要问题 主要矛盾  计算机处理能力的提高，手工操作的低效率（造成浪费）；  用户独占全机的所有资源； 提高效率的途径  专门的操作员，批处理 Operating System Page 60 2020/11/4 操作系统的发展过程 无操作系统的计算机系统 单道批处理系统 多道批处理系统 分时系统 实时系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 Operating System Page 61 2020/11/4 单道批处理系统（ Simple Batch Processing System） 50年代末 ~ 60年代中（晶体管）：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 （ Monitor）自动依次处理。 可使用汇编语言开发 批处理中的作业的组成 用户程序 数据 作业说明书（作业控制语言） 批 供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在处理中使用一组相同的系统软件（系统带） Operating System Page 62 2020/11/4 单道批处理系统的处理流程 把下一个作业的源 程序转换为目标程 序 源程序 有错吗。 否 装 配 目标程序 还有下 一个作业。 是 否 停止 运 行 目标程序 是 开始 Operating System Page 63 2020/11/4 两种批处理方式 联机批处理 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 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，编译链接用户作业，生成可执行程序；启动执行；执行结果输出 这时的问题：慢速的输入输出处理仍直接由主机来完成。 输入输出时， CPU处于等待状态 Operating System Page 64 2020/11/4 两种批处理方式 脱机批处理 卫星机：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 利用卫星机完成输入输出功能。 主机与卫星机可并行工作 作业控制命令由监督程序 (monitor)来执行，完成如装入程序、编译、运行等操作 优点： 同一批内各作业的自动依次更替，改善了主机 CPU和 I/O设备的使用效率，提高了吞吐量 缺点： 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（由人工干预才可恢复） Operating System Page 65 2020/11/4 单道批处理系统的特征 自动性  在顺利的情况下，磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预 顺序性  磁带上的各道作业是顺序地进入内存，完成顺序与进入内存顺序相同 单道性  内存中只有一道程序运行 CPU和 I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业的特性）  对计算为主的作业，外设空闲  对 I/O为主的作业， CPU空闲 Operating System Page 66 2020/11/4 操作系统的发展过程 无操作系统的计算机系统 单道批处理系统 多道批处理系统 分时系统 实时系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 Operating System Page 67 2020/11/4 多道批处理系统 (Multiprogramed Batch System)  60年代中 ~ 70年代中（集成电路），利用多道批处理提高资源的利用率 多道批处理的运行特征  多道：内存中同时存放几个作业，并允许并发执行，从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量  无序性：多个作业完成的先后顺序与它们进入内存的顺序之间无严格对应关系  调度性：作业调度，从后备队列进入内存；进程调度，分配处理机运行 举例  在当前运行的作业需作 I/O处理时， CPU转而执行另一个作业 CPU、 I/O设备忙闲不均、内存利用率低，如何解决。 Operating System Page 68 2020/11/4 单道与多道程序运行情况 t1t2t3t4t5t6t7t8结束中断I/ O 完成启动 I /OI/ O 中断请求I/ O 完成启动 I/ OI/ O 中断请求用户程序监督程序I/ O 操作( a ) 单道程序运行情况程序 A程序 A I / O 请求 程序 A I / O 完成程序 B程序 B I / O 请求程序 C程序 C I / O 请求程序 D程序 D I / O 请求C I / O 完成 C 再被调度程序 B I / O 完成程序 A 再被调度程序 A程序 B程序 C程序 D调度程序( b ) 四 道 程 序运 行 情 况A 完成结束中断Operating System Page 69 2020/11/4 多道批处理系统的特征 多道性 多道程序驻留内存：提高了资源的利用率； 程序并发执行：提高了系统的吞吐量； 无序性 作业进入内存先后顺序和完成的先后顺序无对应性 调度性 作业提交给系统需经过两次调度  作业调度  进程调度 Operating System Page 70 2020/11/4 多道批处理系统的特点 优点 资源利用率高： CPU、 I/O设备和内存利用率较高； 作业 吞吐量 大：单位时间内完成的工作总量大 缺点 用户交互性差：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 作业 平均周转时间 长：短作业的周转时间显著增长 Operating System Page 71 2020/11/4 单道与多道批处理的比较 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 不严格对应 需要 交替占用 多道 多道批处理 严格对应 不需要 独占 一道 单道批处理 程序完成次序与其进入内存次序间的关系 是否需要作业和进程调度 占用 CPU的情况 内存中驻留程序数目 Operating System Page 72 2020/11/4 多道批处理系统需要解决的问题 处理机管理：如何共享、分配及回收处理机、提高利用率 内存管理：如何分配、互不重叠及干扰 I/O设备管理：如何共享及分配、方便用户、提高利用率 文件管理：如何组织数据和程序、便于使用、保证数据的安全性及一致性 作业管理：如何根据作业类型进行组织 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进调度，以及方便用户使用的程序集合 Operating System Page 73 2020/11/4 4. 多道批处理系统需要解决的问题 (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。 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 设备管理 第六章 文件管理 第三章 处理机调度与死锁 Operating System Page 74 2020/11/4 操作系统的发展过程 无操作系统的计算机系统 单道批处理系统 多道批处理系统 分时系统 实时系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 Operating System Page 75 2020/11/4 分时系统 (TimeSharing System) 产生原因：用户需要 人 — 机交互 共享主机 便于用户上机：远程联机 70年代中期至今 把计算机的系统资源（尤其是 CPU时间）进行时间上的分割，每个时间段称为一个时间片 （ time slice），每个用户依次轮流使用时间片 Operating System Page 76 2020/11/4 分时系统 (TimeSharing System) 分时 的含义分时是指 多个用户 分享 使用 同一台计算机 ； 多个程序 分时共享硬件 和 软件资源 多个用户分时：单个用户使用计算机的效率低，因而允许多个应用程序同时在内存中，分别服务于不同的用户。 有用户输入时由 CPU执行，处理完一次用户输入后程序暂停，等待下一次用户输入－－时走时停 前台和后台程序 (foreground amp。 background)分时：后台程序不占用终端输入输出，不与用户交互－－现在的图形用户界面 (GUI)，除当前交互的程序 (输入焦点 )之外，其他程序均作为后台 按时间片 (time slice)分配：各个程序在 CPU上执行的轮换时间 Operating System Page 77 2020/11/4 分时系统中的关键问题 如何使用户能与自已的作业进行交互是分时系统的关键问题 及时接收 及时处理 为了实现交互，用户作业必须及时进入内存；不允许一个作业长期占用处理机，须按时间片分配 分时系统实现方法： 单道分时系统 具有 “ 前台 ” 和 “ 后台 ” 的分时系统 多道分时系统 ：作业直接进入内存 ：多路卡 单道分时 +单道批处理 Operating System Page 78 2020/11/4 分时系统的特征 多路性  共享系统资源，提高了资源利用率。 节省维护开支，可靠性高。 促进了计算机的普遍应用，提高资源利用率：远地用户通过终端（较便宜）联机使用 独立性  每个用户一台终端，互不干扰，感觉像一个人独占计算机 及时性  用户请求应尽快得到响应 交互性  用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话，请求系统提供多方面的服务，如文件编辑、数据处理、资源共享等  系统能及时对用户的操作进行响应，显著提高调试和修改程序的效率：缩短了周转时间 Operating System Page 79 2020/11/4 操作系统的发展过程 无操作系统的计算机系统 单道批处理系统 多道批处理系统 分时系统 实时系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 如何解决紧急任务。 Operating System Page 80 2020/11/4 实时系统 (RealTime System) 用于工业过程控制、军事实时控制、金融等领域，包括： 实时控制：当计算机应用于生产过程的控制形成以计算机为中心的控制系统时，系统要求能实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化，以保证产品的质量和提高产量。 实时信息处理：能及时接收从远程终端发来的服务请求 ， 对信息进行检索和处理 ， 并在很短时间内作出回答 主要设计目标： 响应时间短； 实时时钟管理；连续人机对话；过载防护；高度可靠性和安全 Operating System Page 81 2020/11/4 实时系统 (RealTime System) 任务的类型  周期性实时任务  非周期性实时任务：截止时间 (deadline)，开始截止时间（最晚开始时间）和完成截止时间（最晚完成时间） 对截止时间的要求  硬实时任务（ hard realtime task）：必须满足截止时间要求  软实时任务（ soft realtime task） 通常 把兼有分时、实时和批处理三者或其中两者的操作系统， 称作 通用操作系统。 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 UNIX系统、 Windows NT等。 －－通用化、小型化。