操作系統的發展過程

• 無操作系統的計算機系統
• 單道批處理系統（50年代，系統資源利用率低）
• 多道批處理系統（60年代）
• 分時系統（70年代）
• 實時系統（80年代）

單道批處理系統

• 過程：一批作業以脫機方式輸入到磁帶上，在監督程序的控制下連續處理。
• 特征

(1)自動性 無人工干預

(2)順序性 按進入內存的先后順序執行

(3)單道性 內存中只保存一道作業

單道批處理系統的系統資源利用率太低，為了解決這個問題，出現了多道批處理系統。

多道批處理系統

• 多道：內存中同時存放多個相互獨立的程序
• 多道技術是共享的基礎

多道批處理特征

• 多道性 內存中有多道程序，可以并發執行
• 無序性 完成時間與進入內存先后無關
• 調度性 作業從提交（提交指的是送到系統的外存）到完成經兩次調度

(1)作業調度 內存->外存(選多個)，選多個作業，分配處理機

(2)進程調度 分配處理機（選一個，處理機其實就是CPU）

計算機中最重要的兩個資源就是CPU和內存

多道批處理的優缺點

• 資源的利用率高（資源主要指的是內存，CPU，外存，文件等）
• 系統吞吐量大

吞吐量：單位時間內完成的總工作量

原因：

(1)資源忙

(2)完成或運行不下去時才切換

• 平均周轉時間長
• 無交互能力
• 平均周轉時間長

作業周轉時間：

從業從進入系統（進入外存就叫進入系統了）開始到完成并退出系統經歷的時間。通常幾小時，甚至幾天。

• 無交互能力

修改和調試極不方便

作業進行的過程中不能進行調試，人為干預。

分時操作系統

定義：

一臺主機上連接了多個終端，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，共享主機中的資源。

• 生產動力

(1)人機交互 （邊運行，邊調試）

(2)共享主機（設備昂貴)

(3)便于用戶上機(在終端上輸入，控制)

分時系統特征

• 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
• 及時性 較短時間內響應（2-3秒）
• 交互性

實時系統

• 實時性 及時響應外部事件請求
• 應用需求 ：

（1）實時控制：

工業生產、武器控制、飛機的自動駕駛

（2）實時信息處理

訂票系統

操作系統的基本特征

• 并發性（最重要特征，其他三個特征均基于并發性）
• 共享性
• 虛擬性
• 異步性

并發性

• 并行性 多個事件在同一時刻發生
• 并發性 多個事件在同一時間間隔內發生

單處理機系統：宏觀并發，微觀串行

多處理機系統：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（一次只運行一個進程訪問）的訪問，如：

打印機等硬件；棧，變量，表格等軟件。

• （2）同時訪問方式 多個進程同時訪問的資源，如：磁盤，重入碼寫的文件。

操作系統兩個最基本的特種：并發和共享。

• 虛擬：通過某種技術把一個物理實體變為若干個邏輯上的對應物。

如，虛擬存儲器，虛擬內存等。目前虛擬技術都是通過分時來實現的。

• 異步性：進程以不可預知的速度向前推進。

操作系統的五大功能

• 資源管理

（1）處理機管理（硬件）

（2）存儲器管理（硬件）

（3）設備管理（硬件）

（4）文件管理（軟件）

• （5）用戶接口

1）命令接口（聯機用戶接口，脫機用戶接口）

2）程序接口

3）圖形接口

聯機用戶接口

• 適用：幾乎所有計算機的操作系統中
• 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行該命令

聯機命令舉例：

• UNIX:login;longout
• DOS:copy;format

命令解釋程序：操作系統的最高層，如：

MS-DOS:COMMAND.COM(一種命令解釋程序)

UNIX:shell.

脫機用戶接口

• 適用：批處理系統。又稱批處理用戶接口
• 組成：JCL+作業說明書+命令解釋程序
• JCL：作業控制語言（job control language）
• 過程：用戶把對作業的控制用JCL寫在作業說明書上，命令解釋程序按照作業說明書解釋并執行

程序接口

• 目的：為用戶程序訪問系統資源而設置
• 組成：一組系統調用
• 系統調用：一個系統調用是一個能完成特定功能的子程序。

操作系統的結構設計

• 操作系統的發展階段

第一代：無結構OS

第二代：模塊化OS結構

第三代：分層式OS結構

第四代：為內核OS結構（20世紀90年代）

前三代為傳統OS結構