1.2操作系统的形成和发展

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四、操作系统的分类(6)
(3)主要特性
• 同时性：若干个终端用户同时联机使用计算机。 • 及时性： • 交互性：人机交互，联机工作，方便调试、修改
• 独立性：每个用户感到自己好象独占一台计算机。
程序。
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四、操作系统的分类(7)
(4)分时操作系统和批处理操作系统的异同点 分时操作系统和批处理操作系统都基于多道程序设计 技术。 不同之处：
1.2 操作系统的形成和发展
主要内容： 一、人工操作阶段
二、管理程序阶段
三、多道程序设计与操作系统的形成
四、操作系统的分类
五、Linux用户权限管理系统 六、Ubuntu常用命令
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一、人工操作阶段（无操作系统）(1)
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一、人工操作阶段（无操作系统）(2)
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一、人工操作阶段（无操作系统）(3)
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三、多道程序设计与操作系统的形成 (9)
4.多道程序设计的道数问题 多道程序设计的道数多少不是任意的。 •并不是道数越多，效率就越高。 •内存储器的容量和用户的响应时间等因 素也影响多道程序道数的多寡。
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三、多道程序设计与操作系统的形成 (10)
5.多道程序设计系统与多重处理系统 多重处理系统是指配置了多个物理CPU， 能真正同时执行多道程序的系统。要有效地 使用多重处理系统，必须采用多道程序设计 技术；反过来，多道程序设计不一定要求有 多重处理系统支持。 6.实现多道程序设计必须妥善地解决三个问题 •存储保护与程序浮动； •处理器的管理和调度； 23 •系统资源的管理和调度。
一、人工操作阶段（无操作系统）(4)
Three views of paper tape
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一、人工操作阶段（无操作系统）(5)
第一代计算机：从计算机诞生到50年代中期的计算 机。 1.计算机的应用模式 人工控制和使用计算机的过程大致如下： （1）人工把源程序用穿孔机穿制在卡片或纸带 （2）将准备好的汇编解释程序或编译系统装入计算机；
三、多道程序设计与操作系统的形成 (11)
7.操作系统的形成 随着磁盘的问世，相继出现了多道批处理操 作系统、分时操作系统和实时操作系统，这 标志着操作系统正式形成。
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四、操作系统的分类(1)
操作系统可分为三种基本类型：
1. 批处理操作系统
(1)工作机制（模式）及定义
批处理操作系统（Batch Operating System）：用 户把要计算的应用问题编成程序，连同数据和作 业说明书一起交给操作员，操作员集中一批作业， 输入到计算机中。然后，由操作系统来调度和控 制作业的执行。这种批量化处理作业方式的操作 系 统 称 为 批 处 理 操 作 系 统 （ Batch Operating System）。
计算机上则运行一个驻留在内存的管理程序，以对 作业进行自动控制和成批处理，自动进行作业转 换减少了系统空闲时间和手工操作时间。 其工作流程如下：
操作员集中一批用户提交的作业，由管理程序将这 批作业从纸带或卡片机输入到磁带上，每当一批 作业输入完成后，管理程序自动把磁带上的第一 个作业装入内存，并把控制权交给作业。当该作 业执行完成后，作业又把控制权交回管理程序， 管理程序再调入磁带上的第二个作业到内存执行， 如此重复，直到磁带上的作业全部做完。 10
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四、操作系统的分类(9)
(5)时间片长度的选取 时间片长度应根据机器速度、用户的多少、 响应的要求、系统的开销等因素综合考虑合理选 取。
时间片设得太短会导致过多的进程切换，减 少实际运行用户程序的时间比，从而降低CPU的利 用率；时间片设得太长会使小的交互型请求的响 应时间变长。
(6)前后台作业的含义解释 前台作业一般是交互型作业，用户需要频繁 地与作业进行交互；后台作业一般为批处理型作 业，运行时间长，且不需要用户频繁与之交互。 33
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三、多道程序设计与操作系统的形成 (8)
单道运行时，甲、乙依次执行完需120 分钟。因而；采用多道程序设计方法后可 以提高效率： (120—80)／120≈33％ 甲、乙两道程序，如果单道运行，它 花60分钟就可得到结果，多道运行时，却 要花80分钟才有结果，延长了20分钟，即 延长了33％的时间。 (80-60)/60=33%
（3）汇编程序或编译系统读入人工装在输入机上的穿 孔卡片或穿孔带上的源程序；
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一、人工操作阶段（无操作系统）(6)
（4）执行汇编过程或编译过程，产生目标程序，并输 出到目标卡片迭或纸带； （5）通过引导程序把装在输入机上的目标程序读入计 算机；
（6）启动目标程序执行，从输入机上读入人工装好的 数据卡片或数据带上的数据；
时 间 输入机 处理器 磁带机
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78
52
20
78
52
20
78
52
20
三、多道程序设计与操作系统的形成 (4)
此 时 处 理 机 的 利 用 率 为 ： 52/ （ 78+52+20 ） ≈ 35% 为提高效率，让计算机同时接受两道算题，当 第一道程序在等待外围设备的时候，让第二道 程序运行，降低CPU空等时间，处理器的利用 率显然可以有所提高。 例如，在计算P1的同时，计算机还接受了另 一算题P2：从另一台磁带机2上输入2000个字 符（花 20ms），经42 ms的处理后，从行式打 印机上输出两行(约花 88ms) 。 两道算题运行时处理器的使用效率分析： 17
(5)通用操作系统的概念 如果一个操作系统兼有批处理、分时和实 时处理的全部或两种功能，则该操作系统 称为通用操作系统。
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四、操作系统的分类(4)
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四、操作系统的分类(5)
(2)实现思想 在一台主机上连接有多个终端，每个用户在 各自的终端上以问答方式控制程序运行，主 机中央处理器轮流为每个终端用户服务一段 很短的时间，这段时间称为一个时间片，若 一个终端用户的程序在一个时间片内未执行 完，则挂起等待再次分到时间片时继续运行。 每个用户感到自己好象独占一台计算机。
三、多道程序设计与操作系统的形成 (6)
3.多道程序设计的利弊 1)采用多道程序设计提高了CPU、内存和I/O 设备的利用率，改进了系统的吞吐率，发挥 了系统的并行性，提高了效率，增加了单位 时间的算题量 。 2)对每道程序来说，却延长了计算时间，延长 了作业周转时间。多道程序设计技术提高资 源利用率和系统吞吐量是以牺牲用户的响应 时间为代价的。
从微观上看，多道程序的执行是串行的， 各道程序轮流占用CPU，交替地执行。
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三、多道程序设计与操作系统的形成 (2)
多道程序设计技术的硬件基础是中断和 通道技术。
引入多道程序设计技术的根本目的是提 高CPU的利用率，充分发挥计算机系统部件 的并行性，一些应用问题也只有靠多道程序 设计技术才能有效解决。
二、管理程序阶段 (3)
2.脱机I/O技术 在计算机系统中同时设置一台主机和一台辅 机，辅机仅与I/O设备打交道，不与主机连 接。 输入设备上的作业通过辅机输到磁带上，称 为脱机输入； 主机负责从磁带上把作业读入内存执行，作 业完成后，主机负责把结果输出到磁带上， 称为脱机输出；
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二、管理程序阶段 (4)
三、多道程序设计与操作系统的形成 (5)
时 间 78 P2 42 20 88 P1 52 20 20 88 输入机 处理器 磁带机1 磁带机2 打印机
78
P2 42 P1 52 20 20
78
P2 42 P1 52 20
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此时处理机的利用率为： （52+42）/（78+52+20）≈ 63%
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三Leabharlann Baidu多道程序设计与操作系统的形成 (3)
2.多道程序设计技术提高资源利用率和系统吞吐量的原 理 例如计算某个数据处理问题P1，要求从输入机上输入 500 个字符 ( 花 78ms) ，经 CPU 处理 52ms 后，将结果 2000个字符存到磁带上(花20ms)，重复进行，直至输 入数据全部处理完毕。 单道算题运行时处理器的使用效率分析：
• 目标不同：批处理系统以提高资源利用率和作业
吞吐量为目标；分时系统以满足多个联机用户的 立即型命令的快速响应为目标。
• 适应作业的性质不同：批处理系统适应已经调试
好的大型作业；分时系统适应正在调试的小作业。
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四、操作系统的分类(8)
• 资源使用率不同
• 作业控制方式不同：批处理由用户预先提交
作业控制说明书脱机工作；分时系统由联机 用户从键盘输入操作命令直接对作业的运行 过程进行控制。
(7）产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上 输出。
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一、人工操作阶段（无操作系统）(7)
2.严重缺点
（1）用户上机独占全机资源，造成资源利用率不高， 系统效率低下。
（3）数据的输入，程序的执行、结果的输出均联机进 行，从上机到下机的时间拉得非常长。
（2）手工操作多，浪费处理机时间，也极易发生差错。
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三、多道程序设计与操作系统的形成 (7)
例如，甲、乙两道程序，独占计算机单道运行 时每道花一个小时，若此时处理器利用率为 30％，粗略地说，甲(或乙)程序执行时所需 要的处理器时间为： 1小时×30％＝18分钟 假定按多道程序设计方法运行，处理器 的利用率达50％，提供36分钟的CPU时间， 约要运行72分钟。加上系统开销，若共花80 分钟。
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二、管理程序阶段 (1)
1.计算机的应用模式
早期批处理系统借助于作业控制语言而不再 是开关和按钮来控制作业的执行过程，实现 了从计算机的手工操作方式到脱机操作方式 的转变。
用户上机时需要向操作员提交程序、数据和 作业控制卡，操作员收集到一批作业后一起 把它们放到卡片机上输入计算机。
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二、管理程序阶段 (2)
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四、操作系统的分类(12)
(3)实时控制操作系统通常由四部分组成 • 数据采集： • 加工处理： • 操作控制： • 反馈处理： (4)分时操作系统和实时操作系统的主要区别 两者设计目标不同，分时操作系统为用户提 供一个通用的交互型开发运行环境，实时操 作系统通常为特殊用途提供专用系统。
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四、操作系统的分类(13)
四、操作系统的分类(10)
3.实时操作系统 (1)定义 实 时 操 作 系 统 （ Real Time Operating System ）指当外界事件或数据产生时，能接 收并以足够快的速度予以处理，处理的结果 又能在规定时间内来控制监控的生产过程或 对处理系统作出快速响应，并控制所有实时 任务协调一致运行的操作系统。
然后，由辅机把磁带上的结果信息在打印机 上打印输出。 I/O工作脱离了主机，辅机和主机可以并行工 作。
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脱机I/O技术
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三、多道程序设计与操作系统的形成 (1)
1. 多道程序设计的概念 多道程序设计是指允许多个程序同时进入一 个计算机系统的主存储器并启动进行交替计 算的方法。也即计算机内存中同时存放了多 道程序，它们都处于开始和结束点之间。 从宏观上看，多道程序并发运行，它们 都处于运行过程中，但都未运行结束。
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四、操作系统的分类(2)
(2)批处理系统的主要特征（优缺点） • 用户脱机工作：用户提交作业后直至获得结 果之前不再和计算机及他的作业交互，不利 于调试和修改程序。 • 成批处理作业 • 多道程序运行 • 作业周转时间长
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四、操作系统的分类(3)
2. 分时操作系统
(1)定义 分 时 操 作 系 统 （ Time Sharing Operating System）：允许多个联机用户同时使用一台 计算机系统进行计算的操作系统称分时操作 系统(Time Sharing Operating System)
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四、操作系统的分类(11)
(2)三种典型的实时系统 • 过程控制系统：如生产过程控制系统、导弹 制导系统、飞机自动驾驶系统、火炮自动控 制系统。 • 信息查询系统：计算机同时从成百上千的终 端接受服务请求和提问，并在短时间内作出 回答和响应。如情报检索系统 • 事务处理系统：计算机不仅要对终端用户及 时作出响应，还要频繁更新系统中的文件或 数据库。如银行业务系统