大工21春《操作系统概论》复习资料三
《操作系统概论》辅导资料三主 题：第一章操作系统概述（第5—6节）学习时间：2020年4月13日--4月19日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
担使命，就是要牢记我们党肩负的实现中华民族伟大复兴的历史使命，勇于担当负责，积极主动作为，用科学的理念、长远的眼光、务实的作风谋划事业；保持斗争精神，敢于直面风险挑战，知重负重、攻坚克难，以坚忍不拔的意志和无私无畏的勇气战胜前进道路上的一切艰难险阻；在实践历练中增长经验智慧，在经风雨、见世面中壮筋骨、长才干。
摘选自《在“不忘初心、牢记使命”主题教育工作会议上的讲话》内 容：
第一章操作系统概述
这周我们将学习课件第一章中的第5—6节，下面整理出的理念框架供同学们学习。
本篇的基本要求：
1．了解操作系统的形成与发展
2．能够划分主要操作系统的类型
重点掌握内容：
1.批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统在20世纪50年代中期出现了第一个简单的批处理操作系统，60年代中期产生了多道批处理系统，不久出现分时系统。20世纪80年代及以后，随着微机、计算机网络、多处理机系统的快速发展，微机操作系统、网络操作系统、多处理机操作系统以及分布式操作系统亦形成并迅速发展。计算机操作系统的形成和发展历史，可以划分成以下几个阶段：
1. 人工操作方式
从第一台计算机诞生(1945年)到50年代中期的计算机，属于第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由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)，再启动它们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。这种人工操作方式有以下两方面的缺点：
（1） 用户独占全机
（2）CPU等待人工操作
脱机I/O方式的主要优点如下：
（1）减少了CPU的空闲时间
（2） 提高I/O速度
2 监控程序阶段
随着第二代晶体管数字计算机出现，计算机运行速度显著提高，人工操作方式将导致大量处理机时间浪费，严重影响处理机的利用率。为了减少作业转换的时间，提高处理机的利用率，20世纪50年代中期出现了监控程序干预下的单道批处理系统。
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单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解的OS。尽管如此，该系统比起人工操作方式的系统已有很大进步。 该系统的主要特征如下：
(1) 自动性
(2) 顺序性
(3) 单道性
3．操作系统成熟时期
第三代计算机是集成电路数字计算机。第三代计算机运行速度更快，内存容量以及设备的数量和种类都大大增加。为了更好地发挥硬件的功能，更好满足各种应用的需要，迫切需要一个功能强大的监控程序（管理程序）来控制系统的所有操作，管理系统的所有软、硬件资源。
20世纪60年代，随着中断技术和通道技术的实现，多道程序设计技术成为现实。借助多道程序设计技术，人们成功设计出了具有一定并发处理能力的监控程序，并在此基础上进一步形成了功能更加强大的系统程序集合，出现了真正意义上的操作系统。第一个通用操作系统是在IBM System 360计算机上运行的OS/360，它实现了真正的资源管理，建立了相应的资源管理机制。后来，陆续出现了多道批处理系统，分时系统以及实时系统。
多道程序设计的基本概念
在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，它无法充分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差。为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在60年代中期又引入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统(Multiprogrammed Batch Processing System)。在该系统中， 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。
在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处：
（1）提高CPU的利用率
当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运行中发出I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤其因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。
图 1-4(a)示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2~t3、 t6~t7时间间隔内CPU空闲。在引入多道程序设计技术后， 由于同时在内存中装有若干道程序，并使它们交替地运行， 这样，当正在运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。
/（2）可提高内存和I/O设备利用率
为了能运行较大的作业，通常内存都具有较大容量，但由于80%以上的作业都属于中小型，因此在单道程序环境下，也必定造成内存的浪费。类似地，对于系统中所配置的多种类型的I/O设备， 在单道程序环境下也不能充分利用。如果允许在内存中装入多道程序， 并允许它们并发执行，则无疑会大大提高内存和I/O设备的利用率。
（3）增加系统吞吐量
在保持CPU、I/O设备不断忙碌的同时，也必然会大幅度地提高系统的吞吐量，从而降低作业加工所需的费用。
4．操作系统的进一步发展时期
进入20世纪90年代以后，计算机应用逐步向网络化、分布式以及智能化方向发展，推动操作系统进入了一个新的发展时期。各种网络操作系统、多处理机操作系统、分布式操作系统以及嵌入式操作系统纷纷出现和发展，功能日新月异。操作系统的设计观念也发生了更新，由主要追求如何提高系统资源的利用率，转变到同时要考虑使用方便以及人工效率等因素。
推动操作系统发展的动力是多方面的，总体上可以概括如下：
（1）提高计算机资源利用率的需求。
（2）方便用户使用计算机的要求。
（3）计算机硬件的不断更新换代。
（4）计算机体系结构的不断发展。
（5）计算机应用需求的不断扩大。1.6主要操作系统类型
1．批处理操作系统
在计算机应用的早期，批处理是一般计算机中心的主机最主要的工作方式，这些主机上配置的操作系统就是批处理操作系统。例如，运行在IBM 43xx系列机器上的IBM DOS/VS和DOS/VSE操作系统就是典型的批处理操作系统。
/
在批处理系统中，用户提交给计算机的工作常被称为作业。一个作业通常由程序、数据和作业说明书组成。当用户将作业提交给操作员以后，为了减少作业处理过程中的时间浪费，操作员先将作业按照其性质进行分组（分批），然后以组（批）为单位将作业提交给计算机，由计算机自动完成这批作业并输出结果。
2.分时操作系统
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推动多道批处理系统形成和发展的主要动力，是提高资源利用率和系统吞吐量，而推动分时系统形成和发展的主要动力，则是用户的需求。或者说，分时系统是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之间，有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下几个方面：
（1） 人—机交互
（2） 共享主机
（3） 便于用户上机
3 实时操作系统
20世纪60年代后期，计算机已广泛应用于控制与商业事务处理等领域。这些新出现应用中的一些任务往往在时间上带有紧迫性，要求在规定的时间内完成响应和处理，这类任务称为实时（及时）任务。所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统是指系统能及时(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。
4．微机操作系统
（1）单用户单任务操作系统
单用户单任务操作系统的含义指在同一时间只允许一个用户上机且只允许运行一道用户程序，计算机的所有资源归一个程序使用。单用户单任务操作系统是最简单的操作系统，主要配备在８位微机和16位微机上，其典型代表是CP/M和MS-DOS，其中，CP/M主要配置在８位微机上，MS-DOS主要配置在16位微机上。
（2）单用户多任务操作系统
单用户多任务操作系统的含义指在同一时间只允许一个用户上机但允许同时运行多个用户程序。由于这些并发执行的程序共享系统资源，因此系统的性能得到明显改善。目前，在32位微机上运行的操作系统主要是单用户多任务操作系统，其中最具代表性的是OS/2和MS Windows家族。
（3）多用户多任务操作系统
多用户多任务操作系统的含义指允许多个用户通过各自的终端同时使用一台主机，且允许每个用户同时运行多个程序，共享主机的各类资源。在大、中、小型机上配备的操作系统都是多用户多任务操作系统。目前占主流地位的32位微机，也有不少配置了多用户多任务操作系统，其中最具代表性的是UNIX和LINUX。
5．网络操作系统
网络操作系统是计算机网络中最重要的系统软件，它能够控制计算机在网络中传送信息和共享资源，并能为网络用户提供各种所需的服务。网络操作系统具有以下几方面功能：
（1）网络通信
（2）资源管理
（3）网络服务
（4）网络管理
（5）互操作能力
6．多处理机操作系统
早期计算机系统基本上都是单处理机系统，进入20世纪70年代以后，出现了多处理机（器）体系结构。引入多处理机系统（MPS）的原因主要有以下几点：
（1）增加系统的吞吐量
（2）节省投资
（3） 提高系统的可靠性
7．分布式操作系统
分布式系统是通过网络将多个分散的处理单元连接起来，并在分布式处理软件的支持下构成一个整体而形成的系统。在分布式系统中，系统的处理和控制功能分散在系统的各个处理单元上，系统的所有任务可以动态地分配到各个处理单元上处理。分布式系统的各个处理单元既高度自治，又能相互协同，并在整个系统范围内实现资源的动态分配和管理，有效控制和协调多个任务并行执行。若分布式系统的每个处理单元是计算机，则可称为分布式计算机系统；若处理单元只是处理器和存储器，则称为分布式（处理）系统。
8．嵌入式操作系统
嵌入式操作系统是运行在嵌入式应用环境中，对整个系统以及所操作和控制的各种部件、装置等资源进行统一协调、处理、指挥和控制的系统软件。嵌入式操作系统具有一般操作系统的共性，但由于它所处硬件平台的局限性，应用环境的多样性，以及开发手段的特殊性，又与一般操作系统有较大的区别，具有微型化、可定制、实时性强、可靠性高、易移植等特点。
重要考点
一、单选题
1、实时系统的主要特征是（）
A、同时性
B、交互性
C、独立性
D、响应时间快
答案：D
解析：实时系统最大的特点就是实时性，要求响应时间长。4、分时操作系统的主要特征之一是提高（）。
A、计算机系统的实时性
B、计算机系统的交互性
C、计算机系统的可靠性
D、计算机系统的安全性
答案：B
解析：分时系统可以考虑成轮流使用计算机，分时系统的特征：独立性，同时性（多路性） ，交互性 ，及时性二、名词解释
1．单用户单任务操作系统：指在同一时间只允许一个用户上机且只允许运行一道用户程序，计算机的所有资源归一个程序使用。
2．单用户多任务操作系统：指在同一时间只允许一个用户上机但允许同时运行多个用户程序。
3．多用户多任务操作系统：指允许多个用户通过各自的终端同时使用一台主机，且允许每个用户同时运行多个程序，共享主机的各类资源。
4．分布式系统：是通过网络将多个分散的处理单元连接起来，并在分布式处理软件的支持下构成一个整体而形成的系统。
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