操作系统的类型.ppt

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计算机操作系统,1.2操作系统的基本类型,操作系统的形成发展动力1、不断提高资源利用率的需要；2、方便用户；3、器件的不断更新换代；电子管、.;8位、.4、计算机体系结构的不断发展。

单处理机OS、多处理机OS、网络OS,计算机操作系统,无操作系统时代,一、人工操作方式（ManualOperating）1945年50年代中期，使用纸带、卡片。

用户独占系统资源,人机串行，CPU等待人工操作,特点（缺点）：

主机,计算机操作系统,二、脱机输入输出方式（Off-LineI/O）,50年代末，发明了晶体管。

晶体管计算机,主机,卫星机,卫星机,优点：

提高CPU利用率,提高了输入输出速度,计算机操作系统,三、监督程序（Monitor）,50年代末至60年代初，存储容量大幅度增长，出现了FORTRAN、COBOL等高级程序设计语言及相应的编译程序。

监督程序：

能对计算机硬件和软件进行管理与调度的软件。

美国IBM360系列计算机配置了监督程序。

作业：

用户的一次上机行为，也称任务。

作业步：

作业的一部分。

作业控制语言：

用于说明作业如何执行的语言。

作业控制说明书：

用作业控制语言编写的作业执行程序。

作业控制程序：

在控制某道作业运行时，解释执行作业说明书中的语句，实现对作业的控制。

计算机操作系统,典型的卡片作业举例：

计算机操作系统,普通指令：

用户程序都可包含的指令。

特权指令：

只有监督程序才可包含的指令。

方式/态：

指处理机能执行什么类型指令的状态。

有两种执行方式：

特权方式和普通方式。

系统调用（广义指令）：

由监督程序提供给用户调用的系统功能。

借助中断机制来实现。

系统调用的优点：

提供新界面，呈现的是一台功能强的处理机；系统更加安全。

系统空间：

监督程序所占内存（0-K）。

用户空间：

供用户程序使用的内存（K+1-N）。

存储保护：

界地址寄存器存放分界地址。

计算机操作系统,早期批处理系统中的监督程序工作流程：

1.判断输入设备上是否有待输入作业,没有则停止；2.从设备上输入一个作业；3.控制作业运行：

a.取作业说明书中一条语句,解析执行,如果是“作业终止”语句,则删除该作业,转1；b.如果是一条执行性语句,则在主存中建立相应程序运行环境,传递好参数,转去执行该程序（变到用户态运行）；c.在用户态程序运行过程中,如发生中断事件（如系统调用/定时器中断）,立即转监督程序,待中断事件处理结束后,用户态程序继续执行。

d.用户态程序结束后,转a取下一作业控制语句。

计算机操作系统,监督程序工作的特点：

单道性；顺序性；自动性监督程序的优点：

减少了人工干预，减少了准备时间，提高了CPU的利用率。

监督程序的缺点：

当输入输出时，CPU空闲；CPU与I/O设备之间串行工作；不能交互式工作,计算机操作系统,1.2.1多道批处理系统,背景：

60年代中，前提：

中断技术、通道的出现通道：

专门用于负责输入输出的硬件装置（简单的输入输出处理机，IOP）。

多道程序设计：

内存中存放多道作业、同时运行、共享资源。

（多道批处理系统）思想：

用户提交的作业先在外存排成一个队列（后备队列），由作业调度程序按照一定的策略从中选择若干作业调入内存，共享系统中的各种资源。

计算机操作系统,作业状态转换示意图,后备状态,提交状态,CPU,P1P2P3,运行,I/O,作业调度,进程调度,完成状态,外存盘交换区,外存就绪,外存阻塞,计算机操作系统,单道/多道程序运行示意图,用户程序监督程序I/O操作作业A作业B监督程序磁带I/O磁盘I/O,t,t,计算机操作系统,多道批处理系统的优缺点,优点：

（1）提高CPU的利用率

（2）提高内存和I/O设备的利用率（3）提高系统的吞吐量（单位时间内完成作业执行的数量）缺点：

（1）平均周转时间长；周转时间：

作业从进入系统到结束并退出系统所经历的时间。

（2）无交互能力。

多道批处理系统的特征：

并发；共享,计算机操作系统,多道批处理系统需解决的问题,（6）系统安全保护机制：

设置管态/目态；特权指令/非特权指令,

（1）处理机分配、回收；,

（2）存储保护机制；,（3）合理的I/O设备分配机制；,（4）作业管理：

根据具体情况，选择合理的作业调度算法；短作业优先、I/O型与CPU型搭配、.,（5）完善的文件管理功能，提供有效、快速的信息检索、存储机制；,计算机操作系统,作业状态转换示意图,后备状态,提交状态,CPU,P1P2P3,运行,I/O,作业调度,进程调度,完成状态,外存盘交换区,外存就绪,外存阻塞,计算机操作系统,1.2.2分时操作系统,1分时系统的概念背景：

批处理系统无法实现人机交互。

分时系统：

一台主机与多个终端相连，允许多个用户通过终端同时以交互的方式使用计算机系统，共享资源，这种系统使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统。

计算机操作系统,实现思想:

系统采用了分时技术。

把CPU时间进行分割成一定大小的时间段，称时间片；每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的CPU时间；如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作，亦需把CPU让给其他用户。

计算机操作系统,主机,终端,计算机操作系统,2.实现方法,

（1）简单分时系统内存中只允许一道作业运行，系统采用调入-调出的方式来实现，I/O开销大，系统性能差。

（2）具有前后台的分时系统内存分为“前台区”和“后台区”，前台存放分时作业；后台存放批处理作业。

仅当前台无作业处理时，才运行后台作业。

（3）多道分时系统多道程序在内存中同时执行；目前多采用。

计算机操作系统,3.实现分时系统须解决两个问题：

（1）及时接收：

能及时地接收来自终端用户的命令。

（2）及时响应:

响应时间要短。

响应时间：

指从用户输入命令后到系统将处理结果提交给用户（如在屏幕上显示结果）所经历的时间。

计算机操作系统,4.分时系统中影响响应时间的因素响应时间=N*q+系统开销时间

（1）时间片q

（2）用户数N（3）系统开销：

单道：

对换；多道：

进程调度/对换,5.分时系统的特征

（1）并发性；

（2）共享性；（3）交互性；（4）独占性6.交互式系统：

操作系统提供终端命令语言及命令解释程序。

用户通过终端命令指导作业运行，实现与系统的交互。

计算机操作系统,1.2.3实时操作系统,实时:

指计算机对随机发生的外部事件作出及时的响应并对其进行处理。

外部事件:

指来自与计算机系统所连接的设备所提出的服务要求。

1.实时系统分类

（1）实时控制：

实时采集测量数据并作出处理（强实时系统）。

（2）实时事务处理：

对用户请求及时作出回答，并及时处理系统中的数据。

计算机操作系统,2.实时任务的类型,

（1）按任务执行是否呈现周期性来划分周期性实时任务；非周期性实时任务。

每个任务都有两个截止时间：

开始截止时间、完成截止时间

（2）根据对截止时间的要求来划分硬实时任务软实时任务,计算机操作系统,3.实时系统的特征,

（1）并发性,

（2）交互性,（3）独立性,（4）及时性,4.实时系统与批处理、分时系统的区别,

（1）属“专用系统”，处理程序常驻主存；,

（2）有较强的中断处理机构、分析机构；,（3）有较高的精度和可靠性,（5）可靠性,计算机操作系统,1.3.4其它操作系统,1.多处理机操作系统：

紧密耦合和松散耦合2.网络操作系统：

提供网络通信和网络服务的操作系统。

3.分布式操作系统分布式操作系统与网络操作系统的比较：

（1）耦合程度；

（2）并行性；（3）透明性；（4）健壮性4.嵌入式操作系统5.个人计算机操作系统,计算机操作系统,1.3.5操作系统的特征和性能,操作系统的四个基本特征1、并发性并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生注意：

并发与并行的区别2、共享性：

互斥共享，同时访问（宏观）3、虚拟性所谓虚拟，是指通过某种技术（分时或分空间）把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物，用于实现虚拟的技术，称为虚拟技术。

虚拟技术有：

多道程序设计技术，虚拟存储器技术，SPOOLing技术。

4、异步性（也称不确定性），异步方式运行：

执行-停止-执行,计算机操作系统,1.3.6操作系统的性能,1系统效率

（1）资源的利用率要高。

（2）对批处理系统来说，作业的平均周转时间要短，吞吐量要大。

（3）对分时系统来说，其响应时间要尽量短。

2.系统可靠性与安全性能适应用户的误操作。

能及时检测出错误，并能尽量准确的指出错误发生的原因，采取相应的措施排除错误；对错误产生的损害，能进行修复，使系统恢复正常工作，尽量减少损失，具有较好的健壮性。

计算机操作系统,3.系统可维护性操作系统是否具有较好的维护性是决定操作系统生命周期长短的重要因素。

如纠错性和扩展性。

4.方便性系统提供的各种服务方便用户使用。

计算机操作系统,1.3主要操作系统介绍Windows系列：

DOS,Windows3.x,Window95,WindowsNT,WindowsXP；UNIX大家庭：

SVR4,BSD,Solaris,AIX,HP_UX；自由软件Linux和freeBSD等。

1.3.1Windows系列及MSDOSWindows系列包括个人，商用和嵌入式三类产品。

IBMPCMacOS,计算机操作系统,微软公司Windows操作系统产品线,计算机操作系统,1.个人操作系统产品线Windows3.0：

均为16位系统，不能充分利用硬件因迅速发展而具有的强大功能；运行于DOS之上。

Windows95：

内核重写；增加了多任务，简化用户操作，功能强大。

2.多用户操作系统WindowsNT系列1993年开发，2000年推出Windows2000。

特点：

32位操作系统，支持对称多处理机结构，内核多线程等。

3.MSDOS微软公司与IBM开发的。

1981年推出DOS1.01993年推出DOS6.22,计算机操作系统,1.3.2UNIX家族:

SVR4,BSD,Solaris,AIX,HPUXUNIX特点：

内核结构小巧精湛，接口简洁统一，功能丰富实用，高级语言编写，可移植性好，源代码免费开放，变种多。

1.UNIX产生起源于“Multics”的开发失败。

开发者：

贝尔实验室雇员Thompson和Ritchie为了编写游戏程序开发操作环境。

1973年用c语言重写；1973年10月在ACM的SOSP上发表首篇论文。

计算机操作系统,计算机操作系统,2.1973到20世纪70年代末：

免费扩散大学，研究所免费使用，同时进行深入研究，改进，移植。

第一次移植：

1976年Wollongong大学将其移植到Interdata上1978年微软公司与SCO公司将其移植到Intel8086上（即XENIX系统）。

3.20世纪70年代中期到20世纪80年代末：

商用版本的出现和三条主线三条主线：

贝尔实验室的UNIX，加利福尼亚州大学伯克利分校的BSD,贝尔实验室的UNIXSystemIII,计算机操作系统,4.20世纪80年代后期：

两大阵营和标准化AT&T与SUN公司合作成立UNIXInternational（简称UI）代表产品：

SVR4特点：

吸收了BSDUNIX,SystemV,XENIX等诸多特性，吸收SunOS增强特性如虚拟文件系统等。

，其余厂商（IBM,Digital,HP,Apollo等）联合成立OpenSoftwareFoundation（简称OSF）代表产品：

OSF/1特点：

建立在Mach2.5之上。

5.20世纪90年代：

共同面对WindowsNT的竞争，两大阵营的淡化,计算机操作系统,1.3.3自由软件Linux和FreeBSD1984年自由软件的积极倡导者RichardStallman组织了一个所谓的自由软件的软件体系-GNU，并拟定了一份通用公用版权协议（GPL）。

规定：

软件免费使用，源代码公开。

用户有权使用扩散，修改，复制，同时有义务将自己修改的程序代码公开。

好处：

免费使用；有更多的人查错与改进。

计算机操作系统,1.LinuxLinux是多用户的操作系统，是自由软件。

Linux有两种形式的版本号：

内核版本号：

Linus领导下开发的系统内和版本好。

如