1. 操作系统概述

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（50年代，系统资源利用率低）
• 多道批处理系统（60年代）
• 分时系统（70年代）
• 实时系统（80年代）

单道批处理系统

• 过程：一批作业以脱机方式输入到磁带上，在监督程序的控制下连续处理。
• 特征

(1)自动性 无人工干预

(2)顺序性 按进入内存的先后顺序执行

(3)单道性 内存中只保存一道作业

单道批处理系统的系统资源利用率太低，为了解决这个问题，出现了多道批处理系统。

多道批处理系统

• 多道：内存中同时存放多个相互独立的程序
• 多道技术是共享的基础

多道批处理特征

• 多道性 内存中有多道程序，可以并发执行
• 无序性 完成时间与进入内存先后无关
• 调度性 作业从提交（提交指的是送到系统的外存）到完成经两次调度

(1)作业调度 内存->外存(选多个)，选多个作业，分配处理机

(2)进程调度 分配处理机（选一个，处理机其实就是CPU）

计算机中最重要的两个资源就是CPU和内存

多道批处理的优缺点

• 资源的利用率高（资源主要指的是内存，CPU，外存，文件等）
• 系统吞吐量大

吞吐量：单位时间内完成的总工作量

原因：

(1)资源忙

(2)完成或运行不下去时才切换

• 平均周转时间长
• 无交互能力
• 平均周转时间长

作业周转时间：

从业从进入系统（进入外存就叫进入系统了）开始到完成并退出系统经历的时间。通常几小时，甚至几天。

• 无交互能力

修改和调试极不方便

作业进行的过程中不能进行调试，人为干预。

分时操作系统

定义：

一台主机上连接了多个终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。

• 生产动力

(1)人机交互 （边运行，边调试）

(2)共享主机（设备昂贵)

(3)便于用户上机(在终端上输入，控制)

分时系统特征

• 多路性 即同时性，宏观上同时，微观上轮流
• 独立性 每个用户感觉自己独占主机
• 及时性 较短时间内响应（2-3秒）
• 交互性

实时系统

• 实时性 及时响应外部事件请求
• 应用需求 ：

（1）实时控制：

工业生产、武器控制、飞机的自动驾驶

（2）实时信息处理

订票系统

操作系统的基本特征

• 并发性（最重要特征，其他三个特征均基于并发性）
• 共享性
• 虚拟性
• 异步性

并发性

• 并行性 多个事件在同一时刻发生
• 并发性 多个事件在同一时间间隔内发生

单处理机系统：宏观并发，微观串行

多处理机系统：可能有并行

两种资源共享方式

• （1）互斥共享方式 对临界资源（一次只运行一个进程访问）的访问，如：

打印机等硬件；栈，变量，表格等软件。

• （2）同时访问方式 多个进程同时访问的资源，如：磁盘，重入码写的文件。

操作系统两个最基本的特种：并发和共享。

• 虚拟：通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。

如，虚拟存储器，虚拟内存等。目前虚拟技术都是通过分时来实现的。

• 异步性：进程以不可预知的速度向前推进。

操作系统的五大功能

• 资源管理

（1）处理机管理（硬件）

（2）存储器管理（硬件）

（3）设备管理（硬件）

（4）文件管理（软件）

• （5）用户接口

1）命令接口（联机用户接口，脱机用户接口）

2）程序接口

3）图形接口

联机用户接口

• 适用：几乎所有计算机的操作系统中
• 组成：命令+终端处理程序+命令解释程序
• 过程：

用户在键盘上输入命令；

终端处理程序接收命令并显示在屏幕上

命令解释程序解释并执行该命令

联机命令举例：

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

命令解释程序：操作系统的最高层，如：

MS-DOS:COMMAND.COM(一种命令解释程序)

UNIX:shell.

脱机用户接口

• 适用：批处理系统。又称批处理用户接口
• 组成：JCL+作业说明书+命令解释程序
• JCL：作业控制语言（job control language）
• 过程：用户把对作业的控制用JCL写在作业说明书上，命令解释程序按照作业说明书解释并执行

程序接口

• 目的：为用户程序访问系统资源而设置
• 组成：一组系统调用
• 系统调用：一个系统调用是一个能完成特定功能的子程序。

操作系统的结构设计

• 操作系统的发展阶段

第一代：无结构OS

第二代：模块化OS结构

第三代：分层式OS结构

第四代：为内核OS结构（20世纪90年代）

前三代为传统OS结构