操作系统引论

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多道批处理系统
4. 多道批处理系统的优缺点：
优点： 资源利用率高 系统吞吐量大
缺点： 平均周转时间长 无交互能力
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例题1
有两个程序A和B，A程序执行时所做的工作 按次序需要的时间为：cpu计10s，设备1计5s， cpu计5s,设备2计10s，cpu计10s。
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作业题二
若程序PA和PB单独执行时分别用TA和 TB表示，TA=1小时，TB=1.5小时，其中处 理器工作时间分别为TA=18分钟，TB=27分 钟。如果采用多道程序设计方法，让PA、 PB并发工作，假定处理器利用率达到50%， 另加15分钟系统开销，请问系统效率能提高 百分之几?
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实时系统
1. 实时系统及其类型
（1）实时系统 指系统能及时(或即时)响应外部事件的请 求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并 控制所有实时任务协调一致地运行 （2）分类 实时控制系统 实时信息处理系统
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(a) 单道程序设计
程序A
运行
等待
运行
等待
程序B
混合
等待
运行A
运行
运行B 时间 等待
等待
运行A
运行
运行B
等待
等待
(b) 多道程序设计
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多道批处理系统
1. 多道批处理系统
是采用多道程序设计技术的批处理系统。 为了使系统中的多道程序能协调地运行，必须 配置一组软件，来解决多道程序对系统资源的 共享和争用问题，并对作业进行合理的组织和 调度。——就形成了现代意义上的OS
1.3 操作系统的基本特征
1.4 操作系统的主要功能
1.5 操作系统结构设计
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第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统结构设计
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分时系统
1. 分时系统的产生
从键盘命令进入(按 下回车键为准)到开 始在终端上显示应 答的时间间隔称为 响应时间 RT(response time) 在分时系统中,响应时 间≈时间片×用户数
分时系统是指在一台主机上连接了多个带有显示器 和键盘的终端，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。
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操作系统的定义
操作系统（Operating System,OS） 是一组控制和管理计算机硬件和软件资源、 合理地对各类作业进行调度，以及方便用
户使用计算机的程序的集合。
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第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统结构设计
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操作系统的发展过程
无操作系统的计算机系统 1. 人工操作方式
工作方式： 用户：既是程序员又是操作 员；是计算机专业人员 计算机的工作特点： 用户独占全机和CPU等 待用户 主要矛盾： 人机矛盾、CPU与I/O 设备速度不匹配 提高效率的途径： 脱机输入/输出技术
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编程语言：机器语言
输入输出：纸带或卡片
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2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式
输入设备
外围机
磁带
主要优点：
减少了CPU的 空闲时间 缓和了人机矛 盾
磁带 磁带
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主机 外围机
磁带 输出设备
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所谓分时技术就是把处理器 的运行时间分成很短的时间 片，按时间片轮流把处理器 分配给各联机作业使用
分时系统
4. 分时系统的特征：
1) 多路性：一台主机上连有多个终端，能同时为多 个用户服务。
2) 独立性：各用户独立操作，互不干扰。 3) 及时性：通过时间片技术和轮转调度算法保证及 时响应。 4) 交互性：能进行广泛的人机交互。
B程序执行时所做的工作按次序需要的时间为： 设备1计10s， cpu计10s，设备2计5s， cpu计 5s，设备2计10s。 问在单道方式下和多道并发环境下执行A和B两 程序，CPU的利用率各为多少？
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解答
单道环境下：
A程序运行总时间为40s，B程序运行总时 间为40s，则两个程序运行总时间为80s CPU 运行时间为（10+5+10）s+（10+5）s=40s 则，CPU利用率为40/80=50%
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单道批处理系统
单道批处理系统的处理过程
单道批处理系统：作业成批处理、
内存中只有一道作业
单道批处理系统的特征
自动性、顺序性、单道性 不足：无法充分利用系统中所有的资源
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程序A 运行 等待 运行 等待 运行 等待
程序B 运行 等待
时间
2) 根据对截止时间的要求来划分
练习题2
（ B）不是设计实时操作系统的主要追求 目标。 A. 安全可靠 B. 资源利用率
C. 及时响应 D. 快速处理
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实时系统
3. 三种基本操作系统的比较：
多路性 批处理 系统 分时 系统 实时 系统
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CPU运行时间为：40s，两程序运行总时间为45s，则 CPU利用率为：40/45=88.9%
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时间（单位s）
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练习题1（作业题）
设内存中有三道程序 A、B、C，它们按A、 B、C的优先次序执行， 它们的计算和I/O操作 时间如表所示（单位： ms）。
独立性 无 有 有
及时性 差 好 最好
交互性 差 最好 一般
可靠性 一般 可靠 高度 可靠
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无 多终端服 务 多路采集、 多路控制
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第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统结构设计
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操作系统的作用
1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
使用方式 I. 命令方式 II. 系统调用方式 III. 图形、窗口方式
用户
应用程序 系统调用 命令 图标、窗口 操作系统
计算机硬件
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计算机操作系统
计算机与信息学院 晁 妍
Tel: 18955896010 Email: 910984320@
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课程目标
本课程是计算机科学与技术专业的主要专 业核心课之一。
课程的学习目的在于使学生掌握操作系统 的基本概念、 基本原理、设计方法和实现技 术， 具有初步分析实际操作系统的能力，为 今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。
实时系统
2. 实时任务的类型
1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分 • 周期性实时任务
•
• •
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非周期性实时任务——截止时间（Deadline）
硬实时任务（Hard real-time Task） 软实时任务（Soft real-time Task）
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分时系统
2. 分时系统的设计思想 （1）采用分时技术 （2）设计目标：系统能及时响应用户的终端命令 （3）实现中的最关键问题：使用户能与自己的作 业进行交互。（及时接收、及时处理） 3. 改变批处理系统的运行方式： 作业直接进入内存 系统采用时间片轮转方式处理服务请求
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第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
考纲内容： 1.操作系统的概念、特 征、功能和提供的服务 2.操作系统的发展与分 类 3.操作系统的运行环境 （1）内核态和用户态 （2）中断和异常 （3）系统调用 4.操作系统体系结构
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1.2 操作系统的发展过程
操作系统的目标
方便性(用户的观点)：使计算机系统更易于使用； 有效性(系统管理人员的观点)：合理地组织计算机的工 作流程，管理和分配硬件、软件资源，提高资源的利用 率;提高系统的吞吐量； 可扩充性(开放的观点)：给计算机系统的功能的扩展提 供开放式的支撑平台； 开放性：可移植性和互操作性。 其中有效性和方便性是设计OS时最重要的两个目 标，设计现代OS的主要目标也是对提高资源利用率和 方便用户。
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操作系统的地位
操作系统在计 算机系统中的地位： 是在硬件基础上的 第一层软件；是其 他软件和硬件之间 的接口。
应用用户 应用开发人员 应用软件 系统工具 操作系统 开发人员
操作系统 计算机硬件
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操作系统的作用
2. OS作为计算机系统资源的管理者
资 源 处理器 存储器 I/O设备 信息(数据和程序) 处理器管理 存储器管理 I/O设备管理 文件管理 主 要 功 能
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操作系统的作用
3. OS实现了对计算机资源的抽象
OS是铺设在裸机上的多层软件，它不仅 增强了系统的功能，而且还隐藏了对硬件 操作的细节，从而实现了对计算机资源的 抽象。
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多道环境下： A和B程序运行的时序关系图（甘特图）
活 动 列 A:10s 表 CPU B:10s A:5s B:5s A:10s
设1
B:10s
A:5s
B:5s A:10s 设2
B:10s
甘特图：以图示的 方式，通过活动列 表和时间刻度形象 地表示任意特定项 目的活动顺序和持 续时间
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成绩评定
作业+实验报告：20% 期末考试：70% 上课出勤率及回答问题：10%
学分：3.5
总学时：51学时
学习要求
按时上课，认真听讲 上机：17学时 阅读参考书 Blackboard网络教学平台 认真记笔记，整理笔记 http://210.45.32.227/ 思考、讨论、提问 登陆用户名和密码都为学号 按时交作业和实验报告
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多道批处理系统
2. 多道批处理系统的特征：
调度性：
无序性：
作业调度、进程调度
多道性：内存中可同时存放多个作业
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多道批处理系统
3. 多道批处理系统需解决的问题
a. 处理机管理问题 b. 内存管理问题 c. 设备管理问题 d. 文件管理问题 e. 作业管理问题
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参考书籍
《现代操作系统》（原书第3版）（荷）Andrew S. Tanenbaum著 陈向群，马洪兵等译.机械工业出版社 《计算机操作系统.学习指导与题解》 梁红兵，汤小丹. 西安电子科技大学出版社 《计算机操作系统联考复习指导》王道论坛组编.电子工 业出版社 王道论坛： 《操作系统高分笔记》天勤计算机考研系列 天勤论坛：
程序 操作 计算 I/O 计算 A 30 40 10 B 60 30 10 C 20 40 20
假设三道程序使用相同的设备进行I/O操作，即程序以串 行方式使用设备，试画出单道运行和多道运行的时间关系图 （甘特图）（调度程序的执行时间忽略不计）。在两种情况 下，完成这三道程序各要花多长时间？
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