操作系統(tǒng)形成和發(fā)展.

1、1.2 操作系統(tǒng)的發(fā)展和形成 1.2.1 人工操作階段 1.2.2 管理程序階段 1.2.3 多道程序設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)的形成 1.2.4 操作系統(tǒng)的分類(lèi)1.2.1 人工操作階段算題過(guò)程v人工把源程序用穿孔機(jī)穿制在卡片或紙帶上v將準(zhǔn)備好的匯編解釋程序或編譯系統(tǒng)裝入計(jì)算機(jī)v匯編程序或編譯系統(tǒng)讀入人工裝在輸入機(jī)上的穿孔卡或穿孔帶v執(zhí)行匯編過(guò)程或編譯過(guò)程，產(chǎn)生目標(biāo)程序，并輸出目標(biāo)卡片迭或紙帶v通過(guò)引導(dǎo)程序把裝在輸入機(jī)上的目標(biāo)程序讀入計(jì)算機(jī)v啟動(dòng)目標(biāo)程序執(zhí)行，從輸入機(jī)上讀入人工裝好的數(shù)據(jù)卡或數(shù)據(jù)帶v產(chǎn)生計(jì)算結(jié)果，執(zhí)行結(jié)果從打印機(jī)上或卡片機(jī)上輸出人工操作階段的缺點(diǎn)v用戶上機(jī)獨(dú)占全機(jī)資源，造成資源利用率不高，

2、系統(tǒng)效率低下v手工操作多，浪費(fèi)處理機(jī)時(shí)間，也極易發(fā)生差錯(cuò)v數(shù)據(jù)的輸入，程序的執(zhí)行、結(jié)果的輸出均聯(lián)機(jī)進(jìn)行，從上機(jī)到下機(jī)的時(shí)間拉得非常長(zhǎng)1.2.2管理程序階段(1) 工作流程如下： 操作員集中一批用戶提交的作業(yè)，由管理程序?qū)⒆鳂I(yè)從紙帶或卡片機(jī)輸入到磁帶上，每當(dāng)一批作業(yè)輸入完成后，管理程序自動(dòng)把磁帶上的第一個(gè)作業(yè)裝入主存，并把控制權(quán)交給作業(yè)。當(dāng)該作業(yè)執(zhí)行完成后，作業(yè)又把控制權(quán)繳回管理程序，管理程序再調(diào)入磁帶上的第二個(gè)作業(yè)到主存執(zhí)行 .管理程序階段(2)管理程序主存組織中 斷 處 理設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng)作 業(yè) 定 序命令和JCL語(yǔ)言解釋器用戶程序區(qū)管理程序階段(3) 管理程序的主要功能:v自動(dòng)控制和處理作業(yè)

3、流 v提供一套操作命令 v提供設(shè)備驅(qū)動(dòng)和I/O控制功能 v提供庫(kù)程序和程序裝配功能 v提供簡(jiǎn)單的文件管理功能 管理程序階段(4) 程序算題過(guò)程 管理程序還有未處理作業(yè)取下一個(gè)作業(yè)步控制卡讀Job卡登記新作業(yè)End作業(yè)卡回收資源撤離作業(yè)執(zhí)行作業(yè)步作業(yè)步正常結(jié)束分析原因 作相應(yīng)處理作業(yè)繼續(xù)執(zhí)行轉(zhuǎn)向某作業(yè)步SSSFFF結(jié)束 1.2.3多道程序設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)形成1. 多道程序設(shè)計(jì)的概念多道程序設(shè)計(jì)的概念v中斷與通道v多道程序設(shè)計(jì)是指允許多個(gè)程序同時(shí)進(jìn)入一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存儲(chǔ)器并啟動(dòng)進(jìn)行計(jì)算的方法 v從宏觀上看:v從微觀上看:v引入多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的目的: 多道程序設(shè)計(jì)例(1)單道算題運(yùn)行時(shí)處理器的使用

4、效率7878輸入機(jī)輸入機(jī)處理器處理器磁帶機(jī)磁帶機(jī)130130 150150228228280280 300300378378430430 450450時(shí)時(shí) 間間 多道程序設(shè)計(jì)例(2) 兩道算題運(yùn)行時(shí)處理器的使用效率 7878輸入機(jī)輸入機(jī)處理器處理器磁帶機(jī)磁帶機(jī)1 1130130150150228228280280300300378378430430450450時(shí)時(shí) 間間磁帶機(jī)磁帶機(jī)2 2打印機(jī)打印機(jī)P1P1P2P2P1P1P2P2多道程序設(shè)計(jì)的效果(1)52 /52 /（7878十十5252十十2020） 35% 35%（52+4252+42）/ 150 63/ 150 63 多道程序設(shè)計(jì)的效

5、果(2)v采用多道程序設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)效率，即增長(zhǎng)了單位時(shí)間的算題量，但對(duì)每道程序來(lái)說(shuō)，卻延長(zhǎng)了計(jì)算時(shí)間。v多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐率是以犧牲用戶的響應(yīng)時(shí)間為代價(jià)的。 多道程序設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)形成2 2多道程序設(shè)計(jì)的道數(shù)問(wèn)題v程序等待I/O操作的時(shí)間占其運(yùn)行時(shí)間的比例為p，當(dāng)主存中有n道程序時(shí)，所有程序都等待I/O的概率是pn，那么， CPU利用率=1-pn n稱多道程序的道數(shù)或度數(shù)，可見(jiàn)CPU的利用率是n的函數(shù)多道提高效率的例子v假設(shè)計(jì)算機(jī)有1MB主存，操作系統(tǒng)占用200KB，其余空間允許四道程序共享。v若80%時(shí)間用于I/O等待，則忽略操作系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)時(shí)， CPU利用率=1-(0.

6、8)4=59%。v當(dāng)增加1MB主存后，多道程序可從四道增加到九道， CPU利用率=1-(0.8)9=87%， 第二個(gè)1MB主存可增加五道程序，能提高47%的CPU利用率。多道程序設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)形成多道程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)v提高了CPU的利用率v提高了主存和I/O設(shè)備的利用率v改進(jìn)了系統(tǒng)的吞吐率v充分發(fā)揮了系統(tǒng)的并行性v其主要缺點(diǎn)是: 作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)多道程序設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)形成3 多道程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)與多重處理系統(tǒng) 多重處理系統(tǒng)是指配置了多個(gè)物理CPU，能真正同時(shí)執(zhí)行多道程序的系統(tǒng)。要有效地使用多重處理系統(tǒng)，必須采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)；反過(guò)來(lái)，多道程序設(shè)計(jì)不一定要求有多重處理系統(tǒng)支持。 多道程序設(shè)計(jì)與

7、操作系統(tǒng)形成 實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)必須解決三個(gè)問(wèn)題：v存儲(chǔ)保護(hù)與程序浮動(dòng)；v處理器的管理和調(diào)度；v系統(tǒng)資源的管理和調(diào)度。多道程序設(shè)計(jì)與操作系統(tǒng)形成 操作系統(tǒng)資源管理水平和操作自動(dòng)化程度進(jìn)一步提高，表現(xiàn)在: 1 實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)操作過(guò)程自動(dòng)化。 2 資源管理水平有了提高。 3 提供虛存管理功能。 4 支持分時(shí)操作。 5 文件管理功能有改進(jìn)。 6 多道程序設(shè)計(jì)趨于完善。1.2.4操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類(lèi) 三種基本的操作系統(tǒng)類(lèi)型： 1 批處理操作系統(tǒng) 2 分時(shí)操作系統(tǒng) 3 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)批處理操作系統(tǒng)v何謂“批”?作業(yè)流與批處理v批處理操作系統(tǒng)（Batch OS）v批處理系統(tǒng)的主要特征： 用戶脫機(jī)工作 成批處理作

8、業(yè) 多道程序運(yùn)行 作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng) 分時(shí)操作系統(tǒng)v為什么要有分時(shí)操作系統(tǒng)? v分時(shí)操作系統(tǒng) （Time Sharing Operating System）v分時(shí)系統(tǒng)的特征同時(shí)性獨(dú)立性及時(shí)性交互性分時(shí)與批處理操作系統(tǒng)的區(qū)別v目標(biāo)不同 v適應(yīng)作業(yè)的性質(zhì)不同 v資源使用率不同 v作業(yè)控制方式不同 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(1) 三種典型的實(shí)時(shí)系統(tǒng):v過(guò)程控制系統(tǒng)(生產(chǎn)過(guò)程控制)v信息查詢系統(tǒng)(情報(bào)檢索)v事務(wù)處理系統(tǒng)(銀行業(yè)務(wù))實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(2)v實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Real Time OS) 處理流程： 數(shù)據(jù)采集 加工處理： 操作控制： 反饋處理：操作系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展 操作系統(tǒng)發(fā)展的主要?jiǎng)恿Γ?1 器件快速更新?lián)Q代。

9、 2 計(jì)算體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展。 3 提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源利用率的需要。 4 讓用戶使用計(jì)算機(jī)越來(lái)越方便的需要。 5 滿足用戶新要求，提供給用戶新服務(wù)。 微機(jī)操作系統(tǒng) 新一代微機(jī)操作系統(tǒng)v具有以下功能：GUI、多用戶和多任務(wù)、虛擬存儲(chǔ)管理、網(wǎng)絡(luò)通信支持、數(shù)據(jù)庫(kù)支持、多媒體支持、應(yīng)用編程支持APIv具有以下特點(diǎn)： （1）開(kāi)放性 （2）通用性 （3）高性能 （4）采用微內(nèi)核結(jié)構(gòu) 并行操作系統(tǒng)v計(jì)算機(jī)的應(yīng)用每前進(jìn)一步都要求增加計(jì)算機(jī)的處理能力。為達(dá)到極高性能，除提高元器件速度外，必須改進(jìn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這主要采用增加同一時(shí)間間隔內(nèi)的操作數(shù)量，通過(guò)并行處理技術(shù)，研究并行計(jì)算機(jī)。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)v網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（N

10、etwork Operating System）v網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能： 1 網(wǎng)絡(luò)通信 2 資源管理 3 網(wǎng)絡(luò)管理 4 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)分布式操作系統(tǒng)v分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由多臺(tái)分散的計(jì)算機(jī)經(jīng)互連網(wǎng)絡(luò)連接而成互連網(wǎng)絡(luò)連接而成, , 具備四項(xiàng)基本功能具備四項(xiàng)基本功能1 1 進(jìn)程通信進(jìn)程通信2 2 資源共享資源共享3 3 并行計(jì)算并行計(jì)算 4 4 網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管理v分布式操作系統(tǒng)與單機(jī)集中式操作系統(tǒng)的分布式操作系統(tǒng)與單機(jī)集中式操作系統(tǒng)的主要區(qū)別在于主要區(qū)別在于: :1. 1. 資源管理資源管理2.2. 進(jìn)程通信：進(jìn)程通信： 3.3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：嵌入式操作系統(tǒng)

11、(1) 3C：計(jì)算機(jī)是貫穿社會(huì)信息化的核心技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)和通信是社會(huì)信息化賴以存在的基礎(chǔ)設(shè)施，電子消費(fèi)產(chǎn)品是人與社會(huì)信息化的主要接口。v嵌入式(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境帶來(lái)了對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件 (embedded software)的要求嵌入式操作系統(tǒng)(2)v嵌入式OS指運(yùn)行在嵌入式(計(jì)算機(jī))環(huán)境中，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)及所有操作的各種部件、裝置等資源進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)、處理、指揮和控制的系統(tǒng)軟件v嵌入式OS具有通常操作系統(tǒng)的功能，包括：與硬件相關(guān)的底層軟件、操作系統(tǒng)核心功能，功能強(qiáng)大的還提供圖形界面、通信協(xié)議、小型瀏覽器等設(shè)施嵌入式操作系統(tǒng)特征v微型化：v可定制： v實(shí)時(shí)性： v可靠性： v易移植性： v開(kāi)發(fā)環(huán)境： 嵌入式操作系統(tǒng)實(shí)例(1)vVxWorks是美國(guó)Wind River公司開(kāi)發(fā)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，可靠性高、性能卓越、界面友好，廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中，在美國(guó)的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)、愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈，和火星探測(cè)器(97年4月在火星表