操作系统Operating System

    An operating system (OS) is system software that manages computer hardware and software resources and provides common services forcomputer programs. ——wikipedia

    – 控制应用程序执行的程序
    – 应用程序和计算机硬件间的接口Interface

目的

    – 方便:使计算机更易于使用
    – 有效:允许以更有效的方式使用计算机系统资源
    – 扩展能力:在不妨碍服务Services的前提下,有效地开发、测试和引入新的系统功能

操作系统提供的服务

    – 程序开发:如编辑器和调试器

    – 程序运行:如加载到内存、初始化I/O设备等

    – I/O设备访问:隐藏具体的I/O操作指令

    – 文件访问控制:屏蔽存储介质细节

    – 系统访问:提供接口,防止未授权访问行为

    – 错误检测和响应:软、硬件错误

    – 记账:收集资源的利用率信息、监控性能特性

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操作系统的发展史

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串行处理

处理机制

    – 无操作系统

    – 程序员通过操控控制台运行程序,控制台包括显示灯、触发器、某种类型的输入设备和打印机

    – 程序通过输入设备(如卡片机阅读器)载入计算机

    – 用户按顺序访问计算机

问题

    – 调度:使用硬拷贝登记来预订机器时间

    – 准备时间:加载编译Compiler器、源程序,保存目标程序,加载目标程序,链接公用函数等。

简单批处理系统

监控程序(Monitor)

    – 对一批作业进行自动处理

    – 内存中只能存放一道作业

处理过程

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监控程序的功能

    – 作业的自动续接

    – 内存保护:保护监控程序所在的内存区域

    – 定时器:防止某作业独占系统

    – 特权指令:只能由监控程序执行的指令

    – 中断:早期计算机模型无此能力

运行模式

    – 用户模式(user mode):不允许执行特权指令

    – 内核Kernel模式(kernel mode):可执行特权执行及访问受保护的内存区域

简单批处理系统的特征

    自动性、顺序性、单道性

处理器仍经常处于空闲状态

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在简单批处理系统,处理器必须等待I / O指令完成才能继续处理

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多道批处理系统

引入多道程序设计技术,当一个作业需要等待I / O时,处理器可以切换到另一个作业

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多道程序设计技术可以显著提高系统设备利用率

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多道批处理系统——简单批处理系统的改进

    – 内存中同时存放多个作业

    – 多个作业可并发执行

    – 作业调度程序负责作业的调度

多道批处理系统的特征

    多道性、调度性、无序性、无交互能力

需要解决的基本问题

    – 内存管理

    – 处理机管理

    – 作业管理

    – I/O设备管理

    – 文件管理

分时系统

产生原因

    人机交互、共享主机Host、方便上机

分时系统

    – 采用多道程序设计技术处理多个交互作业

    – 多个用户共享处理器

    – 多个用户通过不同终端Terminal同时访问系统

分时系统的特征

    多路性、独立性、及时性、交互性

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    CTSS(Compatible Time-Sharing System)第一个分时操作系统

实时系统

    系统能够及时即时)响应外部事件Event请求Request,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。

实时系统种类

    实时控制系统、实时信息系统

实时系统的特征

    可确定性、可响应性、用户控制、可靠性、故障弱化能力