计算机操作系统（2）：OS的发展过程

1.2  OS的发展过程

1. 20世纪50年代中期，第一个简单的批处理系统
2. 60年代中期，多道程序批处理系统，随后出现分时系统
3. 上世纪80年代开始至21世纪初，微型机、多处理机、计算机网络大发展年代→微机OS、多处理机OS和网络OS的形成和大发展年代。

1.2.1  无OS的计算机系统

这一时期有两种操作方式：

1. 人工操作方式
2. 脱机输入/输出（Off-Line I/O）方式

（20世纪50年代末 ）

1. 人工操作方式

程序员将事先已穿孔（对应于程序和数据）的纸带（或卡片）装入纸带输入机（或卡片输入机）；

再启动输入机将程序和数据输入计算机；

然后启动计算机运行。

当程序运行完毕并取走计算结果后，才让下一个用户上机。

1. 缺点：用户独占全机；
2. CPU等待人工操作

1. 脱机输入/输出方式

优点（1）减少了CPU的空闲时间

（2）提高了I/O速度

1.2.2  单道批处理系统

1. 单道批处理系统的处理过程

1. 1. 把一批作业以脱机方式输入到磁带上；
   2. 在监督程序（Monitor）控制下使这批作业

   一个接一个地连续处理。

参看下页的图1-3

它是OS的前身，而非现在人们理解的OS。

2. 单道批处理系统的特征

自动性

在磁带上的作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预。

顺序性

磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各道作业的完成顺序与它们进入内存的顺序相同，即先调入内存的作业先完成。

3单道性

在内存中仅有一道程序运行，即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存，当该程序完成或发生异常情况时，才换入其后继程序进入内存运行

1.2.3  多道批处理系统

1. 多道程序设计的基本概念
2. 用户提交的作业事先存放在外存上，形成“后备队列”
3. 作业调度程序按一定算法从后备队列中选择若干作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。

好处（1）提高CPU利用率

（2）提高内存和I/O设备利用率

（3）增加系统吞吐量

多道批处理系统的特征

多道性多道程序在内存中并发执行。提高了资源利用率和系统吞吐量。

无序性

先进入内存的作业可能后完成；后进入内存的作业可能先完成

调度性

作业从提交到完成，需经过两种调度：作业调度和进程调度

多道批处理系统的优缺点

多道批处理系统需要解决的问题

（1）处理机管理问题(处理机分配、提高利用率)

（2）内存管理问题(分配、保护等)

（3）I/O设备管理问题(方便用户、提高利用率)

（4）文件管理问题(方便用户、数据安全一致)

（5）作业管理问题(计算型、I/O型不同处理)

1.2.4  分时系统

1. 分时系统——是指在一台主机上连接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。
2. 1. 分时系统的产生

是为了满足用户的以下需求而产生的

（1）人-机交互

（2）共享主机

（3）便于用户上机

2．分时系统实现中的关键问题

（1）及时接收

（2）及时处理

要做到上述两条，必须彻底改变批处理系统的运行方式，即

1. 用户作业不能先进入磁盘，然后再调入内存
2. 不允许一个作业长期占用处理机，直至它运行结束或出现I/O请求后，方才调度其它作业运行
3. 应该规定每个作业只运行一个很短的时间（称为时间片）
4. 3．分时系统的特征

1.2.5   实时系统

  实时系统（Real-Time System）

  ——是指系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

1．应用需求

（1）实时控制

实时数据采集处理；执行机构；自动控制

（2）实时信息处理

飞机或火车的订票系统、情报检索系统等

2．实时任务

在实时系统中必然存在着若干个实时任务，这些实时任务通常与某个（某些）外部设备相关，能反映或控制相应的外部设备，因而带有某种程度的紧迫性

分类：按执行是否周期性划分

周期性实时任务

按指定周期循环执行，以便周期性地控制某外部设备

非周期性实时任务

外部设备发出的激励信号无明显周期性，但都必须联系着一个截止时间。

①开始截止时间——任务在某时间以前必须开始执行

②完成截止时间——任务在某时间以前必须完成

分类：实时任务按对截止时间要求划分

硬实时任务

系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难于预测的结果

软实时任务

它也联系着一个截止时间，但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间，对系统产生的影响也不会太大

3．实时系统与分时系统特征的比较

1.2.6   微机操作系统的发展

1．单用户单任务操作系统

1. CP/M     上世纪70年代(8位机)
2. MS-DOS      上世纪80年代(16位机/32位机)

2．单用户多任务操作系统

Windows 95

Windows 98

Windows XP

Windows NT

1. 多用户多任务操作系统

UNIX OS(AT&T的Bell实验室)

Solaris OS(SUN公司)

Linux OS(UNIX重要变种，芬兰学生；集体开发)

操作系统的定义

操作系统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，以及方便用户使用的程序的集合。