操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)概述

會計學(xué)1操作系統(tǒng)操作系統(tǒng)概述主要內(nèi)容存貯程序式計算機(jī)計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)的關(guān)系O.S.的形成與發(fā)展O.S.的功能和特性第1頁/共92頁§1.1存貯程序式計算機(jī)存貯程序式計算機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)數(shù)據(jù)處理科學(xué)計算各種管理問題建立數(shù)學(xué)模型(對問題的形式化定義)算法工具計算(對問題的形式化描述)(算法的實(shí)現(xiàn))計算器、算盤第2頁/共92頁

1946年著名的匈牙利數(shù)學(xué)家馮·諾伊曼(VonNeuman)

總結(jié)了手工操作的規(guī)律以及前人研究計算機(jī)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，提出了“存貯程序式計算機(jī)”方案(一種概念性結(jié)構(gòu))，從而使計算初步實(shí)現(xiàn)了自動化。

“存貯程序式計算機(jī)”也稱為VonNeuman型計算機(jī)，它由運(yùn)算器、控制器、存貯器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備5大部分組成。第3頁/共92頁它的主要特點(diǎn)：(最初)1.

機(jī)器以運(yùn)算器為中心

P2Pic1.1輸入設(shè)備存貯器M運(yùn)算器ALU控制器V輸出設(shè)備指令圖1.1VonNeumanII型機(jī)器的結(jié)構(gòu)輸入/出設(shè)備與存貯器之間的數(shù)據(jù)傳送都要途徑運(yùn)算器，各部分的操作及其相互之間的聯(lián)系都要由控制器集中控制。第4頁/共92頁2.

采用存貯程序原理將程序(指令序列)和數(shù)據(jù)事先存放在存貯器中，運(yùn)行時順序取出指令一條條地執(zhí)行CS＋I(xiàn)P代碼段指令指針第5頁/共92頁3.

存貯器按地址訪問，它是一個順序、線性編址的一維空間，每個單元的位數(shù)是固定的。4.

指令在存貯器中基本是按其執(zhí)行順序依次存貯。

由指令計算器指明要執(zhí)行的指令在存貯器中的地址。5.

指令由操作碼和地址碼兩部分組成。6.

數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼，并采用二進(jìn)制運(yùn)算。第6頁/共92頁7.

軟件與硬件完全分開，硬件結(jié)構(gòu)采用固定性邏輯，即其功能上是不變的，完全靠編制軟件來適應(yīng)不同的應(yīng)用需要。上述特點(diǎn)中最根本的一點(diǎn)是采用存貯程序原理

(即控制部件根據(jù)程序?qū)φ麄€計算機(jī)的活動實(shí)行集中過程控制，并根據(jù)程序規(guī)定的順序依次執(zhí)行每一個操作)。第7頁/共92頁

應(yīng)該說，VonNeuman等人最初提出的這種結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)為現(xiàn)代計算機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，并起了很大的作用。

但由于當(dāng)時受硬件條件的限制，為降低造價，減少體積，提高可靠性，讓機(jī)器中大部分的功能都由軟件來完成。第8頁/共92頁

隨著計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，不斷提出了新的要求，并出現(xiàn)和完善了高級語言、操作系統(tǒng)，因由這種結(jié)構(gòu)和功能分配所產(chǎn)生的問題和矛盾越來越大，迫使人們不斷對這種結(jié)構(gòu)加以發(fā)展和改進(jìn)。第9頁/共92頁§1.2計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與操作系統(tǒng)的關(guān)系

一、計算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)在的一個完整的計算機(jī)系統(tǒng)，不論是大型機(jī)、小型機(jī)、甚至微機(jī)和微處理機(jī)，都由兩大部分組成：即計算機(jī)的硬件部分和計算機(jī)的軟件部分。第10頁/共92頁硬件：改進(jìn)的VonNeuman機(jī)的五大部件

(輸/出設(shè)備、運(yùn)算器、控制器、存貯器)軟件：系統(tǒng)軟件：管理計算機(jī)本身的操作，并為應(yīng)用程序提供編程環(huán)境應(yīng)用軟件：直接面向用戶，為之解決各類問題第11頁/共92頁其中OS是計算機(jī)系統(tǒng)中重要的系統(tǒng)軟件，它是整個系統(tǒng)的控制中心，它控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)的各類資源，并為其它系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序提供基本的服務(wù)。第12頁/共92頁物理設(shè)備微程序機(jī)器語言O(shè).S.命令解釋器編譯編輯銀行系統(tǒng)，飛機(jī)訂票硬件系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序圖1.2OSXENIXdos.UNIX.應(yīng)用程序裸機(jī)

(硬件)P4Pic1-6第13頁/共92頁1.

物理設(shè)備：集成電路芯片、導(dǎo)線、電源等電氣元件組成。2.

微程序：通常固化在只讀存貯器之中，直接控制物理設(shè)備并為其上層提供服務(wù)接口。3.

機(jī)器語言：微程序解釋的指令集合。

盡管微程序、機(jī)器語言實(shí)際上不是機(jī)器硬件，但由于它與機(jī)器硬件聯(lián)系密切，習(xí)慣上，把它們看成實(shí)際機(jī)器的一部分。第14頁/共92頁4.

O.S.

的主要功能是使上述的硬件編程復(fù)雜性盡可能對程序員透明。5.

命令解釋器。編譯程序，雖由廠家提供，是系統(tǒng)軟件，但運(yùn)行于用戶態(tài)(目態(tài))，并不受硬件保護(hù)，用戶可編制或修改。第15頁/共92頁6.

硬件、軟件“虛擬機(jī)”

硬件常稱為裸機(jī)，它的功能即使很強(qiáng)，但它往往是不方便于用戶使用的，功能上相對來說也是有局限性的。

而軟件是在硬件基礎(chǔ)之上對硬件的性能加以擴(kuò)充和完善。因而一個裸機(jī)在每加上去一層軟件后，就變成了一個功能更強(qiáng)的機(jī)器，我們通常把這“新的更強(qiáng)功能的機(jī)器”稱之為“虛擬機(jī)”。第16頁/共92頁綜上所述，OS的主要目的為了方便用戶。(OS為用戶與硬件之間的接口程序)

有效地管理和使用計算機(jī)系統(tǒng)資源，提高資源的利用率。例如：三個運(yùn)行中的程序要求在一臺共享的打印機(jī)上輸出信號解決：通過在磁盤緩沖區(qū)里進(jìn)行排隊管理，照顧到各程序平等地使用打印機(jī)第17頁/共92頁顯然以上OS兩個目的有時是矛盾的。(一個軟件、一個硬件為重)a.

在發(fā)展早期，由于資源十分昂貴，從效率上考慮多，因而OS的許多理論也主要是討論如何優(yōu)化地使用這些資源。b.

在計算機(jī)高度普及的今天，強(qiáng)調(diào)方便用戶則是軟件設(shè)計更為重要的目標(biāo)，以至于“用戶友好”(userfriendly)已成為計算機(jī)術(shù)語中的常用詞。第18頁/共92頁二、計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與OS的關(guān)系

隨著計算機(jī)硬件的發(fā)展，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及OS都在不斷完善、發(fā)展，目前在市場上銷售的計算機(jī)，大部分仍然采用VonNeuman式計算機(jī)的結(jié)構(gòu)，不斷改進(jìn)，今后仍然是如此。第19頁/共92頁

我們知道VonNeuman型計算機(jī)的根本特點(diǎn)是–––集中順序過程控制。OS既是計算機(jī)系統(tǒng)中的一個重要組成部分，當(dāng)然也不能不反映這一特點(diǎn)。第20頁/共92頁

微型計算機(jī)也同一般計算機(jī)系統(tǒng)一樣，由三個主要部分組成：處理機(jī)，存儲器和輸入輸出(又稱I/O)設(shè)備，其組織結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖所示，由圖可以看出微型計算機(jī)是以總線為紐帶來構(gòu)成計算機(jī)系統(tǒng)。CPU存儲器I/O

設(shè)備總線I/O

設(shè)備P3PIC1-4第21頁/共92頁

當(dāng)微處理機(jī)與慢速的輸入輸出設(shè)備(如打印機(jī)或終端等設(shè)備)交換數(shù)據(jù)時是不經(jīng)過存儲器的，而是直接從(或向)輸入輸出設(shè)備接口(控制器)中的數(shù)據(jù)寄存器中讀(或?qū)?。當(dāng)微處理機(jī)與高速的輸入輸出設(shè)備(如磁盤)交換數(shù)據(jù)時，這些輸入輸出設(shè)備在控制器控制下首先將數(shù)據(jù)(通常是一組數(shù)據(jù))送住存儲區(qū)(或從存儲區(qū)取數(shù)據(jù))，也就是說微處理機(jī)與高速輸入輸出設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，必須經(jīng)由在存儲器。第22頁/共92頁存貯程序式計算機(jī)1.

缺陷：I/O工作與運(yùn)算器工作是串行的(以運(yùn)算器ALU為中心)。是用控制器集中控制其它部件，控制器CU負(fù)擔(dān)過重。從而影響了機(jī)器速度和設(shè)備利用率的提高。第23頁/共92頁2.

微機(jī)中的改進(jìn)：由于I/O數(shù)據(jù)通過運(yùn)算器才能與存儲器進(jìn)行交換，所以采用DMA。(輸入/出處理機(jī))通道技術(shù)減輕CPU(控制器)負(fù)擔(dān)。第24頁/共92頁3.

在大中小型機(jī)中的改進(jìn)以主存為中心，讓I/O與CPU的運(yùn)算并行，進(jìn)而發(fā)展為分布處理和并行處理。

小型到大型的計算機(jī)系統(tǒng)多由中央處理機(jī)、輸入輸出處理機(jī)(又稱通道)、存儲器和輸入輸出設(shè)備組成，都是非總線結(jié)構(gòu)。存儲器成為這類計算機(jī)組成中的中心部分。第25頁/共92頁

中央處理機(jī)需要從或向輸入輸出設(shè)備交換數(shù)據(jù)時，它命令輸入輸出處理機(jī)來負(fù)責(zé)進(jìn)行管理和控制。數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆肪€都需經(jīng)過存儲器/輸入輸出處理機(jī)，也就是說中央處理機(jī)不能直接從輸入輸出設(shè)備中取(或存)數(shù)據(jù)。第26頁/共92頁處理機(jī)存儲器選擇通道成組

多路通道多路通道打印機(jī)終端...IBM370的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

P2PIC1-3第27頁/共92頁三、常見OS簡介1.

DOS是配置在IBM-PC及兼容機(jī)上的磁盤操作系統(tǒng)。單用戶、單任務(wù)(DOS:DiskOperatingSystem)用于控制和管理計算機(jī)系統(tǒng)的軟、硬件資源，DOS于1981年公布以來，其功能不斷增強(qiáng)，版本不斷更新DOS6.22。第28頁/共92頁2.

UNIX及其變種（Linux），多用戶、多任務(wù)是從中小型機(jī)上移植下來的一個多用戶操作系統(tǒng)，這個操作系統(tǒng)具有許多DOS沒有的功能，是最常用的操作系統(tǒng)之一。例：在UNIX上的Informixfor4gL第四代語言的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，在銀行系統(tǒng)廣泛應(yīng)用開發(fā)程序。第29頁/共92頁3.

OS/2

單用戶、多任務(wù)

是一個克服了DOS最大缺陷，并且有多任務(wù)處理功能的操作系統(tǒng)。(由于推銷不力，才不為人們熟悉。)第30頁/共92頁4.

Windows

單用戶、多任務(wù)

是一個具有非常新穎用戶界面和多媒體處理功能的系統(tǒng)。從Windows3.03.195、98視窗/windowsNT->Win2000/XP/.NET，不斷發(fā)展與完善，現(xiàn)在許多軟件都基于Windows下開發(fā)，Delphi,VB,VC面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計。具有a.圖形的用戶界b.多任務(wù)處理功能c.硬件獨(dú)立性構(gòu)成完整的操作環(huán)境。第31頁/共92頁5.

MACSystemOS

是Apple公司著名的微機(jī)macintosh上的操作系統(tǒng)，具有類Windows功能。

6.

NOS網(wǎng)絡(luò)OS，在微機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，具有代表性的Netware、LANmanager和Vines。近年來最優(yōu)秀的Nos是Novell公司Netware3.11,3.12,4.10。第32頁/共92頁§1.3O.S.的形成與發(fā)展

只有深刻地了解過去和現(xiàn)在，才能更好地迎接未來。下面我們首先簡單地回顧一下O.S.的形成和發(fā)展過程。第33頁/共92頁一、自世界上第一臺計算機(jī)ENIAC(1800平方英尺)于1946年問世以來，計算機(jī)在運(yùn)算速度、存儲容量、外設(shè)功能、元件工藝及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等方面都有了驚人的發(fā)展。通常，人們按照計算機(jī)元件工藝的演變過程，將其發(fā)展劃分為四個時代：電子管時代，晶體管、集成電路、大規(guī)模集成電路時代(46－58)(58－64)(64－74)(70年代中至今)巨型、微型、網(wǎng)絡(luò)化、智能化幾個方向發(fā)展第34頁/共92頁與硬件發(fā)展相似，可將OS的演變和發(fā)展過程劃分為四個時代：單道批處理時代多道批處理分時、實(shí)時系統(tǒng)時代同時具有多方面功能的多方式系統(tǒng)時代和分布式系統(tǒng)時代第35頁/共92頁二、第0代操作系統(tǒng)(40年代)計算機(jī)發(fā)展初期，計算機(jī)系統(tǒng)基本上僅由硬件組成(沒有OS)，整個系統(tǒng)是由用戶直接控制使用，又稱“手工操作”階段。輸入設(shè)備主機(jī)磁帶控制臺輸出設(shè)備卡片閱讀機(jī)

紙帶輸入機(jī)輔存遠(yuǎn)控部件內(nèi)存紙帶打孔機(jī)

打印機(jī)早期計算機(jī)系統(tǒng)第36頁/共92頁缺陷：因?yàn)橛嬎銠C(jī)速度慢，存儲量小，外設(shè)又簡單，所以輔存主要借助磁帶。1.用戶上機(jī)時一人獨(dú)占全機(jī)資源。2.程序運(yùn)行前的準(zhǔn)備時間過長。3.人機(jī)矛盾人的操作速度與機(jī)器運(yùn)行速度相比，仍存在速度極不匹配的矛盾(CPU等待人工操作－裝卡片)。舉例：某程序機(jī)器運(yùn)行十萬次/秒，需1小時。 人工操作需3分鐘，之比為60:3＝20:1

若機(jī)器運(yùn)行六百萬次/秒，人工不變，之比為1:3

不能接受第37頁/共92頁三、第1代操作系統(tǒng)(50年代)

為了緩和早期使用計算機(jī)時存在的人－機(jī)速度嚴(yán)重不匹配的矛盾，提高資源利用率，人們開始利用計算機(jī)系統(tǒng)中的軟件來代替操作員的部分工作，從而產(chǎn)生了最早的OS–––早期批處理系統(tǒng)–––(聯(lián)機(jī)批處理)第38頁/共92頁基本思想：

設(shè)計一個常駐內(nèi)存的程序(monitor,監(jiān)督程序)，操作員有選擇地把若干作業(yè)合成一批，安裝輸入設(shè)備上，并啟動監(jiān)督程序，然后由監(jiān)督程序自動控制這批作業(yè)運(yùn)行，從而減少部分人工干預(yù)，有效地縮短了作業(yè)運(yùn)行前的準(zhǔn)備時間，相對地提高CPU的利用率。第39頁/共92頁缺陷：1.I/O慢速，與CPU的高速不匹配t1t2t用戶程度計算繼續(xù)計算結(jié)束中斷CPU空閑I/O操作monitorI/O請求啟動I/OI/O完成2.用戶交互性差第40頁/共92頁四、第2代操作系統(tǒng)(60年代初)1.硬件技術(shù)取得了兩個方面的重大進(jìn)展(一)通道技術(shù)的引進(jìn)(二)中斷技術(shù)的發(fā)展，使得通道具有中斷主機(jī)工作的能力第41頁/共92頁2.為了提高資源利用率，人們開始使用輸入輸出緩沖、脫機(jī)輸入輸出、Spooling

等技術(shù)，尤其是引入了“多道程序設(shè)計”使簡單批處理系統(tǒng)發(fā)展為高級批處理系統(tǒng)。第42頁/共92頁1）.

輸入輸出緩沖由于CPU和外設(shè)按串行方式工作，使得其間速度矛盾不匹配，利用率低。CPUI/O忙閑閑閑閑忙忙忙…………t為了改變這種串行工作方式，人們首先采用了緩沖(buffering)技術(shù)使兩者在一定程度上并行操作。第43頁/共92頁例如：在主存中建立兩個長度相同的緩沖區(qū)：B0,B1。對于一批待輸入的信息，首先將其中的一個記錄從設(shè)備上續(xù)入B0，隨后將下一個記錄從設(shè)備上讀入B1，與此同時CPU開始處理B0中的記錄。待CPU處理工作與輸入工作均結(jié)束后，則將下一記錄讀入B0，CPU同時處理B1中的記錄。如此重復(fù)直到將此批信息全部輸入。這種利用雙緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)的并行操作如圖。第44頁/共92頁i0設(shè)備向Bi輸入記錄等待輸入結(jié)束CPU處理Bi中的記錄設(shè)備向B(i+1)mod2中輸入一記錄等待處理與輸入的結(jié)果i(i+1)mod2Nbuffer空否？出口第45頁/共92頁2）.

脫機(jī)輸入輸出讀卡機(jī)打印機(jī)衛(wèi)星機(jī)輸入帶輸出帶輸入帶輸出帶主機(jī)磁帶機(jī)的傳輸速度比卡片機(jī)、光電機(jī)和打印機(jī)的速度快，用磁帶機(jī)代替這類低速外設(shè)可進(jìn)一步縮短CPU與外設(shè)間速度上的差異，提高CPU的利用率。(實(shí)現(xiàn)主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)的并行操作)第46頁/共92頁3）.Spolling技術(shù)定義：并發(fā)的外部設(shè)備聯(lián)機(jī)操作（偽脫機(jī)輸入輸出技術(shù)）。通道：專門控制I/O的硬件裝置，它基本上可獨(dú)立地控制外設(shè)與CPU并行操作，也稱I/O處理機(jī)(價格便宜，速度慢)。磁盤：一種比磁帶更快并能隨機(jī)存取的外部存儲設(shè)備(磁帶機(jī)，順序存貯)。第47頁/共92頁主機(jī)與通道之間借助中斷相互通訊，通訊受主機(jī)直接控制。磁盤通道主機(jī)通道卡片機(jī)通道打印

機(jī)spooling系統(tǒng)作業(yè)#第48頁/共92頁這樣，利用主機(jī)與通道之間的并行性，可以使作業(yè)的輸入/輸出與主機(jī)運(yùn)算并行，提高了系統(tǒng)效率。(節(jié)省了衛(wèi)星機(jī)，降低成本，而且并行操作)缺陷：

因?yàn)橄到y(tǒng)中作業(yè)之間仍以串行方式被處理，所以無法繼續(xù)提高CPU、內(nèi)存利用率，為從根本上解決這一問題，人們提到了多道程序設(shè)計技術(shù)。第49頁/共92頁3.多道程序設(shè)計概念是指把一個以上的作業(yè)存放在主存中，并且同時處于運(yùn)行狀態(tài)，使這些作業(yè)共享處理機(jī)時間和外部設(shè)備等其它資源(系統(tǒng)資源)對于一個單處理機(jī)系統(tǒng)來說，作業(yè)同時處于運(yùn)行狀態(tài)只是一宏觀的概念其含義是指每個作業(yè)都已開始運(yùn)行，但尚未完成。就微觀而言，在任一特定時刻，在處理機(jī)上運(yùn)行的作業(yè)只有一個第50頁/共92頁優(yōu)點(diǎn)與問題：CPU利用率大大提高用戶無控制權(quán)，無交互性，延遲大引入多道程序設(shè)計技術(shù)的根本目的：

提高CPU的利用率，充分發(fā)揮并行性，

這包括：程序之間；設(shè)備之間；設(shè)備與CPU之間均并行工作。第51頁/共92頁舉例：以兩道程序?yàn)槔?，運(yùn)行情況如下P7PIC1-8：用戶程序A用戶程序B監(jiān)督程序磁盤操作磁帶操作I/OAI/OB請求盤輸入啟動盤調(diào)度B請求帶輸入啟動帶結(jié)束中斷中斷處理

調(diào)度A中斷返回CPU空間，則可調(diào)度A，否則等待中斷處理

調(diào)度B結(jié)束中tCPU運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行公式復(fù)雜些，因情況不同而變化第52頁/共92頁作業(yè)：有兩道程序A、B，按下圖以多道程序方式運(yùn)行，要求在右圖畫出它們的運(yùn)行軌跡，并計算在60ms內(nèi)，CPU的利用率，假設(shè)起始時首先運(yùn)行B，并允許忽略監(jiān)督程序切換A、B的時間。第53頁/共92頁運(yùn)行15msI/O20ms運(yùn)行10msI/O10msABBAI/OI/O10ms60mstBA第54頁/共92頁解：BAI/OI/O1060t20304050253545第55頁/共92頁若在單道程序系統(tǒng)中，沒有任何并行情況存在，在任一特定時刻只有CPU或某一個設(shè)備在工作。第56頁/共92頁例R.Turner提出的例子更具說服力為了說明多道程序的優(yōu)點(diǎn)，不妨參考RTurner提出的例子：某計算機(jī)系統(tǒng)，有256KB的主存(不包含操作系統(tǒng))，一個磁盤，一個終端和一臺打印機(jī)。同時提交的三個作業(yè)分別命名為JOB1、JOB2、JOB3。各作業(yè)運(yùn)行時間分別為5min、15min和10min。它們對資源的使用情況如下表所示：第57頁/共92頁作業(yè)名作業(yè)類型所需主存/KB所需磁盤所需終端所需打印機(jī)運(yùn)用時間/minJOB1CPU型50不用不用不用5JOB2I/O型100不用需要不用15JOB3I/O型80需要不用需要10三個作業(yè)的執(zhí)行要求P7Tab1-1第58頁/共92頁假定JOB1主要使用CPU處理數(shù)據(jù)，JOB2主要使用終端進(jìn)行作業(yè)的輸入，JOB3運(yùn)行時主要使用磁盤和打印機(jī)，后兩作業(yè)都只需要較少的CPU時間。對于簡單批處理情況，這些作業(yè)將按順序執(zhí)行。JOB1運(yùn)行5min完成，JOB2在等待5min后，運(yùn)行15min完成，JOB3在等待20min后開始執(zhí)行。三個作業(yè)全部完成需要30min(這三個作業(yè)是一批)。第59頁/共92頁采用多道程序設(shè)計技術(shù)，可讓這三個作業(yè)并行運(yùn)行。由于它們運(yùn)行中幾乎不同時使用同一資源，所以三個作業(yè)可同時運(yùn)行。JOB1在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的同時，JOB2在終端上進(jìn)行作業(yè)輸入，JOB3在使用磁盤和打印機(jī)。因此，JOB1只需5min完成，JOB2需15min完成，JOB3需10min完成。這樣三個作業(yè)全部完成的時間只需15min，顯然系統(tǒng)處理效率明顯提高。第60頁/共92頁CPU利用率主存利用率磁盤利用率打印機(jī)利用率全部作業(yè)完成時間/min吞吐量/(作業(yè)·h–1)單道17%=5/(5+15+10)30%=(50+100+80)/256/333%=10/3033%=10/3030=5+15+106=3/(30/60)多道(三道作業(yè))多道程序與單道程序的平均資源利用率P8Tab1-2平均周轉(zhuǎn)時間/min18=(5+20+30)/333%=(5/15)90%=(50+100+80)/25667%=10/1567%=10/151512=3/(15/60)10=(5+15+10)/3第61頁/共92頁吞吐量：單位時間(1小時)內(nèi)系統(tǒng)所處理的作業(yè)個數(shù)。周轉(zhuǎn)時間：從作業(yè)進(jìn)入系統(tǒng)到作業(yè)完成退出系統(tǒng)所用的時間。平均周轉(zhuǎn)時間：同時參與系統(tǒng)運(yùn)行的幾個作業(yè)的周轉(zhuǎn)時間的平均值。4.幾個概念第62頁/共92頁五、分時系統(tǒng)：是交互式系統(tǒng)和多道程序設(shè)計相結(jié)合。每一個用戶通過一臺終端與計算機(jī)相連，以交互式的命令使用系統(tǒng)，采用分享CPU的方法，使用戶感到自己獨(dú)占了整個計算機(jī)系統(tǒng)。例如SUN工作站上接好幾個終端可供多上用戶上機(jī)。CPUVART按口卡UARTRS-232中西文字符終端有CPU和存貯器，其中的EPROM含監(jiān)控程序串行異步收發(fā)器第63頁/共92頁“時間片輪轉(zhuǎn)法”怎樣分享CPU？CPUt一個時間tPRG1PRG2…PRG1PRG2…未完第64頁/共92頁例如：若有n=20個用戶，時間片大小ts=10毫秒，則每個用戶在nts=0.2秒內(nèi)至少能用ts=10ms的CPU，由于CPU的速度比人在終端上指令的時間快得多，則用戶似乎感到CPU為自己獨(dú)占。系統(tǒng)規(guī)定一個稱之為“時間片”的時間單位，所有終端用戶輪流享用一個時間片的CPU。第65頁/共92頁分時系統(tǒng)的特性：多路性：多個用戶可以同時使用計算機(jī)(同時性)交互性：用戶直接控制操作過程(終端)獨(dú)占性：程序之間相互獨(dú)立，多個用戶同時使用，如像獨(dú)占計算機(jī)系統(tǒng)及時性：響應(yīng)時間合理優(yōu)點(diǎn)：促進(jìn)計算機(jī)普通節(jié)省開支減少人員充分利用系統(tǒng)資源第66頁/共92頁六、實(shí)時系統(tǒng)(Real-timeSystem)：

對外部事件及時響應(yīng)并處理應(yīng)用需要(工業(yè)控制、導(dǎo)彈)強(qiáng)調(diào)的是響應(yīng)速度–––專用特性特征：實(shí)時時鐘管理；過載保護(hù)(拋棄或延遲)

高可靠性、安全性；交互性差(與分時比)第67頁/共92頁實(shí)時系統(tǒng)特點(diǎn)(1)“專用系統(tǒng)”無論批處理系統(tǒng)，還是分時系統(tǒng)，基本上都是多道程序系統(tǒng)，是屬于處理用戶作業(yè)的系統(tǒng)。系統(tǒng)本身沒有要完成的作業(yè)，它只是起著管理調(diào)度系統(tǒng)資源，向用戶提供服務(wù)的作用。這類系統(tǒng)可以說是“通用系統(tǒng)”。而許多實(shí)時系統(tǒng)則是“專用系統(tǒng)”，它為專門的應(yīng)用而設(shè)計。在此種系統(tǒng)中，系統(tǒng)本身就包含有控制某實(shí)時過程和處理實(shí)時信息的專用應(yīng)用程序。第68頁/共92頁(2)

實(shí)時系統(tǒng)用于控制實(shí)時過程，所以要求對外部事件的響應(yīng)要十分及時，迅速。能迅速處理外部中斷，較常用的中斷處理程序及有關(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)基最好常駐主存儲器中。第69頁/共92頁(3)可靠性對實(shí)時系統(tǒng)十分重要。重要的實(shí)時系統(tǒng)往往采用雙機(jī)系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的可靠性。第70頁/共92頁(4)實(shí)時系統(tǒng)的設(shè)計常稱之為“隊列驅(qū)動設(shè)計”和“事件驅(qū)動設(shè)計”。其工作方式基本上是接受來自外部的消息(事件)，分析這些消息，而后調(diào)用相應(yīng)的消息(事件)處理程序進(jìn)行處理。第71頁/共92頁在某些計算機(jī)系統(tǒng)中配置的OS結(jié)合了批處理能力和交互作用的前臺/后臺方式提供服務(wù)。前臺以分時方式為多個聯(lián)機(jī)終端服務(wù)，當(dāng)終端用戶很少或在晚間時，系統(tǒng)是可以批量方式來處理送到機(jī)房的作業(yè)。第72頁/共92頁七、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)

一些獨(dú)立自治的計算機(jī)，利用通信線路相互連接形式的一個集合體稱為計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)連網(wǎng)的目的：資源共享使所有的程序、數(shù)據(jù)和其它資源可被網(wǎng)絡(luò)上任一個用戶使用，而不必考慮資源與用戶的物理位置，而且還能實(shí)現(xiàn)負(fù)載均勻。通過供給可替換的資源而達(dá)到高度的可靠性。第73頁/共92頁

網(wǎng)絡(luò)上的計算機(jī)由于各機(jī)器的硬件特性不同、數(shù)據(jù)表示格式及其它方面要求的不同，在互相通信時為能正確進(jìn)行并相互理解通信內(nèi)容，相互之間應(yīng)有許多約定，稱為協(xié)議或規(guī)程。因此通常將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)定義：“網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(NOS,NetworkOperatingSystem)是使網(wǎng)絡(luò)上各計算機(jī)能方便而有效地共享網(wǎng)絡(luò)資源，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供所需的各種服務(wù)的軟件和有關(guān)規(guī)程的集合?！钡?4頁/共92頁

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)除了應(yīng)具有通常操作系統(tǒng)應(yīng)具有的處理機(jī)管理、存儲器管理、設(shè)備管理和文件管理外，還應(yīng)具有以下兩大功能：(1)提供高效、可靠的網(wǎng)絡(luò)通信能力；(2)提供多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能，如：遠(yuǎn)程作業(yè)錄入并進(jìn)行處理的服務(wù)功能；文件傳輸服務(wù)功能；電子郵件服務(wù)功能；遠(yuǎn)程打印服務(wù)功能?？偠灾獮橛脩籼峁┰L問網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)各種資源的服務(wù)。第75頁/共92頁

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織為了對網(wǎng)絡(luò)軟件實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化并進(jìn)行集成，定義了一個軟件模型。這就是開放系統(tǒng)互連參考模型(OSI)。第76頁/共92頁應(yīng)用層

表示層

會話層

傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)鏈路層

物理層應(yīng)用層

表示層

會話層

傳輸層

網(wǎng)絡(luò)層

數(shù)據(jù)鏈路層

物理層虛擬通信SMB協(xié)議不同傳輸協(xié)議NDIS協(xié)議虛擬通信傳輸媒體客戶機(jī)服務(wù)器OSI參考模型P14PIC1-9第77頁/共92頁

按此模型一臺機(jī)器上的每層都假定它與另一臺機(jī)器上的同層“對話”(圖上用虛線表示，稱為虛擬通信)。模型中最下面四層又稱通信子網(wǎng)。駐留于上三層的軟件稱為通信子網(wǎng)的用戶。網(wǎng)絡(luò)軟件應(yīng)實(shí)現(xiàn)各層應(yīng)有的功能，并遵照各層間通信的協(xié)議。第78頁/共92頁八、現(xiàn)代O.S.(1)用戶與系統(tǒng)交互時，多使用圖形用戶接口GUI(graphicuserinterface)。多媒體應(yīng)用技術(shù)使用十分廣泛。(2)多機(jī)系統(tǒng)，尤其對稱多處理器SMP(symmetricmultiprocessing)方式將被廣泛使用。第