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資訊專欄INFORMATION COLUMN

1. 操作系統(tǒng)概述

高璐 / 1725人閱讀

摘要：特征自動性無人工干預(yù)順序性按進(jìn)入內(nèi)存的先后順序執(zhí)行單道性內(nèi)存中只保存一道作業(yè)單道批處理系統(tǒng)的系統(tǒng)資源利用率太低，為了解決這個問題，出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)。操作系統(tǒng)兩個最基本的特種并發(fā)和共享。

操作系統(tǒng)的發(fā)展過程

無操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)

單道批處理系統(tǒng)（50年代，系統(tǒng)資源利用率低）

多道批處理系統(tǒng)（60年代）

分時系統(tǒng)（70年代）

實時系統(tǒng)（80年代）

單道批處理系統(tǒng)

過程：一批作業(yè)以脫機(jī)方式輸入到磁帶上，在監(jiān)督程序的控制下連續(xù)處理。

特征

(1)自動性 無人工干預(yù)

(2)順序性 按進(jìn)入內(nèi)存的先后順序執(zhí)行

(3)單道性 內(nèi)存中只保存一道作業(yè)

單道批處理系統(tǒng)的系統(tǒng)資源利用率太低，為了解決這個問題，出現(xiàn)了多道批處理系統(tǒng)。

多道批處理系統(tǒng)

多道：內(nèi)存中同時存放多個相互獨立的程序

多道技術(shù)是共享的基礎(chǔ)

多道批處理特征

多道性 內(nèi)存中有多道程序，可以并發(fā)執(zhí)行

無序性 完成時間與進(jìn)入內(nèi)存先后無關(guān)

調(diào)度性 作業(yè)從提交（提交指的是送到系統(tǒng)的外存）到完成經(jīng)兩次調(diào)度

(1)作業(yè)調(diào)度 內(nèi)存->外存(選多個)，選多個作業(yè)，分配處理機(jī)

(2)進(jìn)程調(diào)度 分配處理機(jī)（選一個，處理機(jī)其實就是CPU）

計算機(jī)中最重要的兩個資源就是CPU和內(nèi)存

多道批處理的優(yōu)缺點

資源的利用率高（資源主要指的是內(nèi)存，CPU，外存，文件等）

系統(tǒng)吞吐量大

吞吐量：單位時間內(nèi)完成的總工作量

原因：

(1)資源忙

(2)完成或運行不下去時才切換

平均周轉(zhuǎn)時間長

無交互能力

平均周轉(zhuǎn)時間長

作業(yè)周轉(zhuǎn)時間：

從業(yè)從進(jìn)入系統(tǒng)（進(jìn)入外存就叫進(jìn)入系統(tǒng)了）開始到完成并退出系統(tǒng)經(jīng)歷的時間。通常幾小時，甚至幾天。

無交互能力

修改和調(diào)試極不方便

作業(yè)進(jìn)行的過程中不能進(jìn)行調(diào)試，人為干預(yù)。

分時操作系統(tǒng)

定義：

一臺主機(jī)上連接了多個終端，同時允許多個用戶通過自己的終端，以交互方式使用計算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。

生產(chǎn)動力

(1)人機(jī)交互 （邊運行，邊調(diào)試）

(2)共享主機(jī)（設(shè)備昂貴)

(3)便于用戶上機(jī)(在終端上輸入，控制)

分時系統(tǒng)特征

多路性 即同時性，宏觀上同時，微觀上輪流

獨立性 每個用戶感覺自己獨占主機(jī)

及時性 較短時間內(nèi)響應(yīng)（2-3秒）

交互性

實時系統(tǒng)

實時性 及時響應(yīng)外部事件請求

應(yīng)用需求 ：

（1）實時控制：

工業(yè)生產(chǎn)、武器控制、飛機(jī)的自動駕駛

（2）實時信息處理

訂票系統(tǒng)

操作系統(tǒng)的基本特征

并發(fā)性（最重要特征，其他三個特征均基于并發(fā)性）

共享性

虛擬性

異步性

并發(fā)性

并行性 多個事件在同一時刻發(fā)生

并發(fā)性 多個事件在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生

單處理機(jī)系統(tǒng)：宏觀并發(fā)，微觀串行

多處理機(jī)系統(tǒng)：可能有并行

兩種資源共享方式

（1）互斥共享方式 對臨界資源（一次只運行一個進(jìn)程訪問）的訪問，如：

打印機(jī)等硬件；棧，變量，表格等軟件。

（2）同時訪問方式 多個進(jìn)程同時訪問的資源，如：磁盤，重入碼寫的文件。

操作系統(tǒng)兩個最基本的特種：并發(fā)和共享。

虛擬：通過某種技術(shù)把一個物理實體變?yōu)槿舾蓚€邏輯上的對應(yīng)物。

如，虛擬存儲器，虛擬內(nèi)存等。目前虛擬技術(shù)都是通過分時來實現(xiàn)的。

異步性：進(jìn)程以不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。

操作系統(tǒng)的五大功能

資源管理

（1）處理機(jī)管理（硬件）

（2）存儲器管理（硬件）

（3）設(shè)備管理（硬件）

（4）文件管理（軟件）

（5）用戶接口

1）命令接口（聯(lián)機(jī)用戶接口，脫機(jī)用戶接口）

2）程序接口

3）圖形接口

聯(lián)機(jī)用戶接口

適用：幾乎所有計算機(jī)的操作系統(tǒng)中

組成：命令+終端處理程序+命令解釋程序

過程：

用戶在鍵盤上輸入命令；

終端處理程序接收命令并顯示在屏幕上

命令解釋程序解釋并執(zhí)行該命令

聯(lián)機(jī)命令舉例：

UNIX:login;longout

DOS:copy;format

命令解釋程序：操作系統(tǒng)的最高層，如：

MS-DOS:COMMAND.COM(一種命令解釋程序)

UNIX:shell.

脫機(jī)用戶接口

適用：批處理系統(tǒng)。又稱批處理用戶接口

組成：JCL+作業(yè)說明書+命令解釋程序

JCL：作業(yè)控制語言（job control language）

過程：用戶把對作業(yè)的控制用JCL寫在作業(yè)說明書上，命令解釋程序按照作業(yè)說明書解釋并執(zhí)行

程序接口

目的：為用戶程序訪問系統(tǒng)資源而設(shè)置

組成：一組系統(tǒng)調(diào)用

系統(tǒng)調(diào)用：一個系統(tǒng)調(diào)用是一個能完成特定功能的子程序。

操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

操作系統(tǒng)的發(fā)展階段

第一代：無結(jié)構(gòu)OS

第二代：模塊化OS結(jié)構(gòu)

第三代：分層式OS結(jié)構(gòu)

第四代：為內(nèi)核OS結(jié)構(gòu)（20世紀(jì)90年代）

前三代為傳統(tǒng)OS結(jié)構(gòu)

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高璐

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