操作系统的形成和发展PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,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,1.2,操作系统的形成和发展,2,一、人工操作阶段（无操作系统）,(1),3,一、人工操作阶段（无操作系统）,(2),4,一、人工操作阶段（无操作系统）,(3),5,一、人工操作阶段（无操作系统）,(4),Three views of paper tape,6,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；,（,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；,一、人工操作阶段（无操作系统）,(5),7,（,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；,(,7,）,产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片机上输出。,一、人工操作阶段（无操作系统）,(6),8,2.,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。,（,2,）,手工操作多，浪费处理机时间，也极易发生差错。,（,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。,一、人工操作阶段（无操作系统）,(7),9,1.,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。,二、管理程序阶段,(1),10,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。,二、管理程序阶段,(2),11,2.,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,；,二、管理程序阶段,(3),12,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。,二、管理程序阶段,(4),13,脱机,I/O,技术,14,1.,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,。,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。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(1),15,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。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(2),16,2.,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：,78,输入机,处理器,磁带机,时 间,52,20,78,52,20,78,52,20,三、多道程序设计与操作系统的形成,(3),17,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：,三、多道程序设计与操作系统的形成,(4),18,此时处理机的利用率为：,（,52+42,）,/,（,78+52+20,）,63%,78,52,P1,P2,42,20,78,52,P1,P2,42,20,输入机,处理器,磁带机,1,时 间,磁带机,2,打印机,78,52,P1,P2,42,20,20,88,20,88,20,88,三、多道程序设计与操作系统的形成,(5),19,3.,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。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(6),20,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,。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(7),21,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,：,(12080),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%,三、多道程序设计与操作系统的形成,(8),22,4.,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。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(9),23,5.,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,；,系统资源,的,管理,和,调度,。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(10),24,7.,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。,三、多道程序设计与操作系统的形成,(11),25,操作系统可分为三种基本类型：,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,）。,四、操作系统的分类,(1),26,(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,四、操作系统的分类,(2),27,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),四、操作系统的分类,(3),28,四、操作系统的分类,4),29,(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。,四、操作系统的分类,(5),30,(3),主要特性,同时性：若干个,终端用户,同时,联机,使用计算机。,独立性：每个用户感到自己好象,独占,一台计算机。,及时性：,交互性：,人机交互,，,联机工作,，方便,调试,、,修改,程序。,四、操作系统的分类,(6),31,(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：,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,。,四、操作系统的分类,(7),32,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,。,四、操作系统的分类,(8),33,(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,。,四、操作系统的分类,(9),34,3.,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。,四、操作系统的分类,(10),35,(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,四、操作系统的分类,(11),36,(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。,四、操作系统的分类,(12),37,(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,。,四、操作系统的分类,(13),