操作系统引论2

1、2 ） 为了解决多道程序在计算机内部能协调、为了解决多道程序在计算机内部能协调、同步、正确地运行所面临的一系列复杂问题，同步、正确地运行所面临的一系列复杂问题，就产生了一系列解决这些问题的程序，久而就产生了一系列解决这些问题的程序，久而久之，在这些程序的基础上就产生了真正的久之，在这些程序的基础上就产生了真正的操作系统。操作系统。采用多道程序设计技术提高了计算机工采用多道程序设计技术提高了计算机工作的效率，即增加了单位时间的算题量，作的效率，即增加了单位时间的算题量，但对每道程序来说，却但对每道程序来说，却延长了计算时间延长了计算时间。？1小时小时3018分钟分钟 例如，甲、乙两道程序，独占计

2、算机单道运例如，甲、乙两道程序，独占计算机单道运行时每道花行时每道花1个小时，若此时处理器利用率为个小时，若此时处理器利用率为30，粗略地说，甲，粗略地说，甲(或乙或乙)程序执行时所需要程序执行时所需要的处理器时间为：的处理器时间为：l假定按多道程序设计方法运行，处理器的利假定按多道程序设计方法运行，处理器的利用率达用率达50，即处理器使用时间总共为：，即处理器使用时间总共为：36/0.5=72（分钟）（分钟）(12080)12033l甲、乙两道程序，如果单道运行，花甲、乙两道程序，如果单道运行，花6060分钟就分钟就可得到结果。可得到结果。l多道运行时，却要花多道运行时，却要花80分钟才有结

3、果，延长分钟才有结果，延长了了20分钟，即延长了分钟，即延长了33的时间：的时间：（80-60）/60=33%多道程序设计技术提高资源利用率和系统多道程序设计技术提高资源利用率和系统吞吐率是以牺牲用户的响应时间为代价的吞吐率是以牺牲用户的响应时间为代价的多道程序设计时的多道程序设计时的程序程序选择选择与与程序道数程序道数多多少不是任意的少不是任意的 要考虑资源的均衡使用要考虑资源的均衡使用 内存储器的容量和用户的响应时间等因素内存储器的容量和用户的响应时间等因素也影响多道程序道数的多寡也影响多道程序道数的多寡 如两道程序都要用打印机，若系统只有一如两道程序都要用打印机，若系统只有一台，就算它们

4、同时被接受进入计算机内存运台，就算它们同时被接受进入计算机内存运行，也未必能提高效率行，也未必能提高效率 多重处理系统是指配置了多个物理多重处理系统是指配置了多个物理CPU，能真正实现同一时刻执行多道程，能真正实现同一时刻执行多道程序的系统。序的系统。要有效地使用多重处理系统，必须采用多要有效地使用多重处理系统，必须采用多道程序设计技术；反过来，多道程序设计道程序设计技术；反过来，多道程序设计不一定要求有多重处理系统支持不一定要求有多重处理系统支持 为了解决多道程序在计算机内部能协调、为了解决多道程序在计算机内部能协调、同步、正确地运行所面临的一系列复杂问同步、正确地运行所面临的一系列复杂问题

5、，就产生了一系列解决这些问题的程序，题，就产生了一系列解决这些问题的程序，久而久之，在这些程序的基础上就产生了久而久之，在这些程序的基础上就产生了真正的操作系统。真正的操作系统。批处理操作系统批处理操作系统(1)用户把要处理的应用问题编成程序，连同用户把要处理的应用问题编成程序，连同数据和作业说明书一起交给操作员；数据和作业说明书一起交给操作员；操作员集中一批用户作业（程序、数据、操作员集中一批用户作业（程序、数据、作业说明书），以脱机的方式输入到计算作业说明书），以脱机的方式输入到计算机中，由机中，由操作系统操作系统来来统一调度统一调度和和自动控制自动控制作业的执行。作业的执行。批处理操作系

6、统（批处理操作系统（Batch Operating System）：批量化处理作业）：批量化处理作业批处理操作系统(2)批处理系统的主要特征：批处理系统的主要特征： 成批、自动地处理作业成批、自动地处理作业 多道程序并发运行多道程序并发运行 用户不能与自己的作业交互用户不能与自己的作业交互 作业周转时间长作业周转时间长分时操作系统(1) 允许多个联机用户同时使用一允许多个联机用户同时使用一台计算机系统进行处理的操作系台计算机系统进行处理的操作系统 称 分 时 操 作 系 统统 称 分 时 操 作 系 统 （ T i m e Sharing Operating System）分时操作系统的控制分

7、时操作系统的控制 分时操作系统(2)分时操作系统具有以下特性：分时操作系统具有以下特性： 同时性：同时性： 独占性：独占性： 及时性：及时性： 交互性：交互性：分时操作系统(3) 三种具体的实现方式：三种具体的实现方式：1）单道分时系统）单道分时系统 1962年，第一个分时系统年，第一个分时系统CTSS，运行，运行在在IBM 7094机上，支持机上，支持32个交互式用户个交互式用户同时工作。同时工作。用户用户外存外存内存内存输输 入入作业作业0作业作业1轮流轮流某作业运某作业运行一个时行一个时间片间片 虽然实现了人机虽然实现了人机交互，但作业在内交互，但作业在内外存之间频繁地调外存之间频繁地调

8、入、调出，入、调出，CPU经经常处于空闲状态，常处于空闲状态，系统性能不好。系统性能不好。分时操作系统(4)2）具有）具有“前台前台”和和“后台后台”的分时系统的分时系统 内存被固定地划分为内存被固定地划分为“前台前台”和和“后台后台”两两部分，部分，“前台前台”存放按时间片存放按时间片“调进调进”与与“调出调出”的作业流，的作业流，“后台后台”存放批处理作业。仅当前台存放批处理作业。仅当前台区已无作业调进区已无作业调进/出时，才运行出时，才运行“后台区后台区”作业。作业。好处好处：前台区作业能与用户及时进行人机交互，前台区作业能与用户及时进行人机交互，便于调试、修改，调好的程序转向后台区的批

9、处便于调试、修改，调好的程序转向后台区的批处理系统自动运行。理系统自动运行。对后台区的作业如能按一定原则优化组合对后台区的作业如能按一定原则优化组合后进行作业调度，能提高系统效率。后进行作业调度，能提高系统效率。分时操作系统(5)3）多道分时系统）多道分时系统 如果用户的作业较小的话，内存便可多如果用户的作业较小的话，内存便可多装入几道作业，由系统将已具备运行条件装入几道作业，由系统将已具备运行条件的作业排成一个队列，使它们依次获得一的作业排成一个队列，使它们依次获得一个时间片来运行个时间片来运行由于切换和运行都在内存，较为灵活方由于切换和运行都在内存，较为灵活方便，不必调入便，不必调入/调出

10、，故具有较好的性能调出，故具有较好的性能实时操作系统(1)Real Time Operating System：指当外界事件或数据产生时，能指当外界事件或数据产生时，能迅速迅速接收接收并以足够快的速度予以并以足够快的速度予以处理处理，处理的结果，处理的结果又能又能在规定时间内在规定时间内去控制相应的生产过程去控制相应的生产过程或给出相应的服务信息的操作系统。或给出相应的服务信息的操作系统。实时操作系统(2)两种典型的实时系统两种典型的实时系统过程控制系统过程控制系统( (如化学反应堆的控制如化学反应堆的控制) )信息查询系统信息查询系统( (如飞机订票系统如飞机订票系统) ) 实时操作系统的特

11、点：实时操作系统的特点：1）许多实时系统是）许多实时系统是“专用系统专用系统”，它们为，它们为专门的应用而设计；专门的应用而设计； 无论是批处理系统，还是分时系统，系无论是批处理系统，还是分时系统，系统本身并没有要完成的作业，只是起着管统本身并没有要完成的作业，只是起着管理调度系统资源，向用户提供服务的作理调度系统资源，向用户提供服务的作用用通用系统通用系统；实时操作系统(3)2）实时系统用于控制实时过程，要求对外）实时系统用于控制实时过程，要求对外部事件的响应部事件的响应十分迅速、及时十分迅速、及时，一般开始，一般开始至截止时间为秒级、毫秒级、微秒级等至截止时间为秒级、毫秒级、微秒级等3）可

12、靠性可靠性 批处理系统与分时系统虽然也要求系统可批处理系统与分时系统虽然也要求系统可靠，但相比之下，实时系统则要求系统高度靠，但相比之下，实时系统则要求系统高度可靠，稍有差错就会造成巨大损失，往往都可靠，稍有差错就会造成巨大损失，往往都采用双机系统采用双机系统实时操作系统(4) 实际的系统往往兼有多道批处理、分时和实际的系统往往兼有多道批处理、分时和实时三者、或其中两者的功能实时三者、或其中两者的功能微机操作系统(1)分类l 单用户单任务OS：如DOSl 单用户多任务OS：如Windows 98、Windows 2000l 多用户多任务OS：如Unix并行操作系统(1)计算机的应用每前进一步都

13、要求增加计算机的处理能力。为达到极高性能，除提高元提高元器件速度外，必须改进计算机系统结构器件速度外，必须改进计算机系统结构，这主要采用增加处理机数量，通过并行处理（Parallel processing）技术来实现。为了发挥并行计算机的性能，需要有并行并行算法、并行语言算法、并行语言等许多软件的配合，由此产生了并行操作系统。并行操作系统(2) 目前已经研究出来的并行操作系统有： V-Kernel，美国Stanford大学 Meglos, 美国Bell实验室 MACH，美国卡内基梅隆大学网络操作系统(1)能够控制计算机在网络中方便地传送信息和共享资源，并能为网络用户提供各种所需服务的操作系统，

14、称网网络操作系统络操作系统（Network Operating System）。网络操作系统 (2) 1）网络通信网络通信 2）资源管理资源管理 3）网络管理：流量、性能 4）网络服务：邮件服务、文件传输分布式操作系统(1) 分布式计算机系统由多台分散的计算机分布式计算机系统由多台分散的计算机经互连网络连接而成，经互连网络连接而成，满足条件： 系统中任意两台计算机可以通过系统的安全通信机制来交换信息； 系统中的资源为所有用户共享，用户只要考虑系统中是否有所需资源，而无需考虑资源在哪台计算机上； 分布式操作系统(2) 系统中的若干台机器可互相协作完成同一个任务，即一个程序可以分布于几台计算机上并

15、行运行。 分布式操作系统(3)1) 进程通信：2) 资源共享：3) 并行计算并行计算： 4) 网络管理：分布式操作系统(4) 已经研制出来的分布式操作系统有：已经研制出来的分布式操作系统有：l Cm *(美国卡内基梅隆大学美国卡内基梅隆大学) ，l X树系统树系统(美国加州大学伯克利分校美国加州大学伯克利分校) ，l Arachne(美国威斯康星大学美国威斯康星大学) ，l Chorus(法国国家信息与自动化研究所法国国家信息与自动化研究所) ，l Plan9(美国美国Bell实验室实验室) ，l Amoeba(荷兰自由大学荷兰自由大学) ，l Guide(法国法国Bull研究中心研究中心)

16、，l Clouds(美国乔治亚理工学院美国乔治亚理工学院) ，l CMDS(英国剑桥大学英国剑桥大学) 。分布式操作系统(5) 分布式系统研究和开发的主要方向： 分布式系统结构分布式系统结构：非共享/共享通路结构； 分布式操作系统分布式操作系统：资源管理、同步机制、死锁检测与解除等等； 分布式程序设计分布式程序设计：语言开发； 分布式数据库分布式数据库： 设计开发新的分布式数据库； 分布式应用分布式应用：研究各种分布式并行算法，研究其在各个领域的应用；嵌入式操作系统什么是嵌入式操作系统什么是嵌入式操作系统? ?指运行在嵌入式(计算机)环境中，对整个系统及所有操作的各种部件、装置等资源进行统一协

17、调、处理、指挥和控制的系统软件。嵌入式操作系统嵌入式操作系统具有通常操作系统的功具有通常操作系统的功能，包括：与硬件相关的底层软件、操能，包括：与硬件相关的底层软件、操作系统核心功能（文件系统、存储管理、作系统核心功能（文件系统、存储管理、设备管理、进程管理、处理器管理和中设备管理、进程管理、处理器管理和中断处理）、功能强大的还提供图形界面、断处理）、功能强大的还提供图形界面、通信协议、小型浏览器等设施。通信协议、小型浏览器等设施。嵌入式嵌入式(计算机计算机)系统系统的硬件不再以物理上独的硬件不再以物理上独立的装置或设备形式出现，而是大部分甚至立的装置或设备形式出现，而是大部分甚至全部都隐藏和

18、嵌入到各种应用系统中，对功全部都隐藏和嵌入到各种应用系统中，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。的专用计算机系统。嵌入式系统一般由：嵌入式系统一般由：嵌入式微处理器嵌入式微处理器、外围外围硬件设备硬件设备、嵌入式操作系统嵌入式操作系统以及以及用户的应用用户的应用程序程序等四个部分组成，用于实现对其他设备等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。的控制、监视或管理等功能。嵌入式系统如：掌上嵌入式系统如：掌上 PDA、电视机顶盒、电视机顶盒、手机、数字电视、微波炉、数字相机、空手机、数字电视、微波炉、数字相机、空调、自动售货机、工业