操作系统原理课件第一章 绪论.ppt

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1、操 作 系 统 原 理中国地质大学计算机学院中国地质大学计算机学院张张 霞霞 zhangxia_电话：电话：18908644643QQ：102633171教材与教学参考书n n教教 材：材：操作系统原理操作系统原理n n华中理工大学出版社华中理工大学出版社 庞丽萍编庞丽萍编n n参考书：参考书：n n计算机操作系统计算机操作系统n n西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 汤子瀛等汤子瀛等n n操作系统操作系统n n电子工业出版社电子工业出版社 孟庆昌编孟庆昌编2操作系统原理教学目标n n 掌握操作系统中所涉及的基本概念、基本掌握操作系统中所涉及的基本概念、基本组成和各部分的功能原理。组

2、成和各部分的功能原理。n n培养自学能力，开拓思路。培养自学能力，开拓思路。n n 要不断总结，通过学习，充分理解操作系要不断总结，通过学习，充分理解操作系统在计算机中的重要作用。统在计算机中的重要作用。3n第一章第一章 绪论绪论4WINDOWS系列操作系统n nWINX.X(1983WINX.X(1983年年年年-1995-1995年以前年以前年以前年以前)n nWIN9X(1995WIN9X(1995年以后年以后年以后年以后-2001-2001年初年初年初年初)n nWINNTWINNT（NTNT代表新技术）代表新技术）代表新技术）代表新技术）n nWIN2000(1999WIN2000(

3、1999初初初初)n nWIN2000 ProfessionalWIN2000 Professionaln nWin2000 serverWin2000 server（适合部门工作小组或中小公司）（适合部门工作小组或中小公司）（适合部门工作小组或中小公司）（适合部门工作小组或中小公司）n nWin2000 Datacenter serverWin2000 Datacenter server（功能最强的服务器（功能最强的服务器（功能最强的服务器（功能最强的服务器OSOS）n nWINCEWINCE（嵌入式操作系统）（嵌入式操作系统）（嵌入式操作系统）（嵌入式操作系统）n nWINXP WINXP

4、（20012001年商用与家用型操作系统的整合）年商用与家用型操作系统的整合）年商用与家用型操作系统的整合）年商用与家用型操作系统的整合）n nVista(2007Vista(2007年年年年1 1月月月月)要想替代要想替代要想替代要想替代XPXP可能需要近十年的时间可能需要近十年的时间可能需要近十年的时间可能需要近十年的时间5 1.1 计算机系统结构计算机系统结构 一、计算机系统组成一、计算机系统组成一、计算机系统组成一、计算机系统组成n n 中央处理机（中央处理机（中央处理机（中央处理机（CPUCPU）n n硬件硬件硬件硬件 内存内存内存内存 I/OI/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）

5、设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）n n 外部设备外部设备外部设备外部设备 存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）n n 其它设备（其它设备（其它设备（其它设备（MODEMMODEM、通信口）通信口）通信口）通信口）n n 系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）n n软件软件软件

6、软件 应用软件应用软件应用软件应用软件 （CADCAD、MISMIS、用户自己开发的系统等）用户自己开发的系统等）用户自己开发的系统等）用户自己开发的系统等）n n 工具软件（软、硬件检测诊断程序）工具软件（软、硬件检测诊断程序）工具软件（软、硬件检测诊断程序）工具软件（软、硬件检测诊断程序）6 1.1 计算机系统结构计算机系统结构 二、软件与硬件的关系二、软件与硬件的关系二、软件与硬件的关系二、软件与硬件的关系n n硬件是计算机系统的基础，硬件是计算机系统的基础，硬件是计算机系统的基础，硬件是计算机系统的基础，n n 软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机软件是提高计算机系统效率和方便

7、用户使用计算机软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序，的程序，的程序，的程序，n n 它们二者相互依赖、相互促进它们二者相互依赖、相互促进它们二者相互依赖、相互促进它们二者相互依赖、相互促进 、共同发展。共同发展。共同发展。共同发展。71.1 计算机系统结构计算机系统结构三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标三、在计算机系统中必须配备操作系统的目标n n裸机：未配置软件的计算机。裸机：未配置软件的计算机。裸机：未配置软件的计算机。裸机：未配置软件的计算机。n

8、 n操操操操作作作作系系系系统统统统是是是是为为为为了了了了建建建建立立立立用用用用户户户户与与与与计计计计算算算算机机机机之之之之间间间间的的的的接接接接口口口口而而而而为裸机配置的一种系统软件。为裸机配置的一种系统软件。为裸机配置的一种系统软件。为裸机配置的一种系统软件。n n目标：目标：目标：目标：n n1 1 1 1、提提提提供供供供接接接接口口口口：提提提提供供供供一一一一个个个个计计计计算算算算机机机机用用用用户户户户与与与与计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用；件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用；件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用；

9、件系统之间的接口，使计算机系统更易于使用；n n2 2 2 2、提提提提高高高高资资资资源源源源利利利利用用用用率率率率：有有有有效效效效地地地地控控控控制制制制和和和和管管管管理理理理计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统中中中中的的的的各各各各种种种种硬硬硬硬件件件件和和和和软软软软件件件件资资资资源源源源，使使使使之之之之得得得得到到到到更更更更有有有有效效效效的利用；的利用；的利用；的利用；n n3 3 3 3、改改改改善善善善性性性性能能能能：合合合合理理理理组组组组织织织织计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统的的的的工工工工作作作作流流流流程程程程，改善系统性能。改善系统性能

10、。改善系统性能。改善系统性能。81.2 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展n n一、手工操作阶段一、手工操作阶段一、手工操作阶段一、手工操作阶段n n 用用用用户户户户在在在在计计计计算算算算机机机机上上上上算算算算题题题题的的的的所所所所有有有有工工工工作作作作都都都都要要要要用用用用户户户户人人人人工工工工干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。干预，如程序的装入、运行、结果的输出等。n n 计计计计算算算算机机机机没没没没有有有有配配配配置置置置操操操操作作作作系系系系统统统统。程程程程序序序序员员员员

11、直直直直接接接接与与与与计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件打打打打交交交交道道道道。用用用用机机机机器器器器代代代代码码码码或或或或某某某某种种种种语语语语言言言言编编编编写写写写的的的的程程程程序序序序通通通通过过过过输输输输入入入入设设设设备备备备装装装装入入入入计计计计算算算算机机机机，再再再再由由由由程程程程序序序序员员员员从从从从控控控控制制制制台上通过设置开关或按按钮启动程序运行。台上通过设置开关或按按钮启动程序运行。台上通过设置开关或按按钮启动程序运行。台上通过设置开关或按按钮启动程序运行。n n这种早期的计算机存在两个问题：这种早期的计算机存在两个问题：这种早期的计算机存

12、在两个问题：这种早期的计算机存在两个问题：9 1.1.1.1.人工负责计算机的调度人工负责计算机的调度人工负责计算机的调度人工负责计算机的调度n n 用户使用计算机时，首先向机房负责人说明，用户使用计算机时，首先向机房负责人说明，用户使用计算机时，首先向机房负责人说明，用户使用计算机时，首先向机房负责人说明，由机房负责人为他安排上机时间并预先登记在一张由机房负责人为他安排上机时间并预先登记在一张由机房负责人为他安排上机时间并预先登记在一张由机房负责人为他安排上机时间并预先登记在一张纸上。其中包括各用户几点上机、大约使用计算机纸上。其中包括各用户几点上机、大约使用计算机纸上。其中包括各用户几点上

13、机、大约使用计算机纸上。其中包括各用户几点上机、大约使用计算机多长时间等。多长时间等。多长时间等。多长时间等。n n 2.2.2.2.人工负责作业编排顺序人工负责作业编排顺序人工负责作业编排顺序人工负责作业编排顺序n n 用户自己安排上机所需的各种程序、数据以及用户自己安排上机所需的各种程序、数据以及用户自己安排上机所需的各种程序、数据以及用户自己安排上机所需的各种程序、数据以及上机的步骤。上机的步骤。上机的步骤。上机的步骤。n n 这种操作方式导致：浪费大量的人力和机器的时这种操作方式导致：浪费大量的人力和机器的时这种操作方式导致：浪费大量的人力和机器的时这种操作方式导致：浪费大量的人力和机

14、器的时间，系统利用率很低。间，系统利用率很低。间，系统利用率很低。间，系统利用率很低。n n缺点：缺点：缺点：缺点：n n 用户独占资源；资源利用率低；用户独占资源；资源利用率低；用户独占资源；资源利用率低；用户独占资源；资源利用率低；CPUCPUCPUCPU等待人工操作。等待人工操作。等待人工操作。等待人工操作。n n 随随随随着着着着计计计计算算算算机机机机速速速速度度度度的的的的加加加加快快快快，人人人人机机机机矛矛矛矛盾盾盾盾越越越越来来来来越越越越大大大大。CPUCPUCPUCPU与与与与I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备之之之之间间间间速速速速度度度度不不不不匹匹匹匹配配配配

15、的的的的矛矛矛矛盾盾盾盾也也也也日日日日益益益益突突突突出出出出。必必必必须须须须寻求新的办法。寻求新的办法。寻求新的办法。寻求新的办法。10二、批处理系统二、批处理系统(BATCH PROCESS SYSTEM)(BATCH PROCESS SYSTEM)n n 简单的批处理模式的中心思想是使用一简单的批处理模式的中心思想是使用一个监控程序软件。在这种软件控制下，用个监控程序软件。在这种软件控制下，用户不再直接与计算机打交道，而是将自己户不再直接与计算机打交道，而是将自己的作业卡片叠或纸带交给机房的操作员。的作业卡片叠或纸带交给机房的操作员。由操作员将多个作业的卡片或纸带按序成由操作员将多个

16、作业的卡片或纸带按序成批地放在一个输入设备上。批地放在一个输入设备上。由监控程序自动启动输入设备将一个个由监控程序自动启动输入设备将一个个作业读入到磁带上，再将一个个作业顺序作业读入到磁带上，再将一个个作业顺序装入内存，并控制作业的运行处理。从而装入内存，并控制作业的运行处理。从而实现了各作业之间的自动转接，提高了系实现了各作业之间的自动转接，提高了系统效率。统效率。11 手工操作阶段的两个问题已得到圆满解决：一手工操作阶段的两个问题已得到圆满解决：一手工操作阶段的两个问题已得到圆满解决：一手工操作阶段的两个问题已得到圆满解决：一方面由监控程序处理调度问题。一批作业排队，方面由监控程序处理调度

17、问题。一批作业排队，方面由监控程序处理调度问题。一批作业排队，方面由监控程序处理调度问题。一批作业排队，各作业以尽可能快的速度执行；另一方面监控程各作业以尽可能快的速度执行；另一方面监控程各作业以尽可能快的速度执行；另一方面监控程各作业以尽可能快的速度执行；另一方面监控程序负责作业的编排处理问题。从而不存在空闲的序负责作业的编排处理问题。从而不存在空闲的序负责作业的编排处理问题。从而不存在空闲的序负责作业的编排处理问题。从而不存在空闲的机器时间，减少了人工干预和等待时间。机器时间，减少了人工干预和等待时间。机器时间，减少了人工干预和等待时间。机器时间，减少了人工干预和等待时间。为了使监控程序能

18、代替用户完成对作业的编为了使监控程序能代替用户完成对作业的编为了使监控程序能代替用户完成对作业的编为了使监控程序能代替用户完成对作业的编排控制，系统向用户提供了一套作业控制命令。排控制，系统向用户提供了一套作业控制命令。排控制，系统向用户提供了一套作业控制命令。排控制，系统向用户提供了一套作业控制命令。用户使用系统提供的作业控制语言命令通过作业用户使用系统提供的作业控制语言命令通过作业用户使用系统提供的作业控制语言命令通过作业用户使用系统提供的作业控制语言命令通过作业控制卡或作业说明书的形式把对作业的控制意图控制卡或作业说明书的形式把对作业的控制意图控制卡或作业说明书的形式把对作业的控制意图控

19、制卡或作业说明书的形式把对作业的控制意图提交给监控程序。提交给监控程序。提交给监控程序。提交给监控程序。12n n 下图给出了以卡片形式提交作业的一下图给出了以卡片形式提交作业的一个简单例子。在这个例子中，用户提交一个简单例子。在这个例子中，用户提交一个用个用FORTRANFORTRAN语言编写的程序及程序所用语言编写的程序及程序所用数据。其中包括以数据。其中包括以“$”$”开始的作业控制开始的作业控制指令卡。监控程序使用的几个典型的控制指令卡。监控程序使用的几个典型的控制卡如下：卡如下：13n n 控制卡控制卡控制卡控制卡 功能功能功能功能n n$JOB$JOB$JOB$JOB 启动一个程序

20、启动一个程序启动一个程序启动一个程序n n$FORTRAN$FORTRAN$FORTRAN$FORTRAN 调用调用调用调用FORTRANFORTRANFORTRANFORTRAN编译程序编译程序编译程序编译程序n n$LOAD$LOAD$LOAD$LOAD 调用装入程序调用装入程序调用装入程序调用装入程序n n$RUN$RUN$RUN$RUN 运行程序运行程序运行程序运行程序n n$END$END$END$END 作业结束卡作业结束卡作业结束卡作业结束卡14n n 15 监控程序自动读和识别作业控制卡或作业说明书监控程序自动读和识别作业控制卡或作业说明书监控程序自动读和识别作业控制卡或作业说

21、明书监控程序自动读和识别作业控制卡或作业说明书中的命令，并控制作业的执行。当计算机运行中发中的命令，并控制作业的执行。当计算机运行中发中的命令，并控制作业的执行。当计算机运行中发中的命令，并控制作业的执行。当计算机运行中发生错误或意外时，监控程序通过控制台打字机输出生错误或意外时，监控程序通过控制台打字机输出生错误或意外时，监控程序通过控制台打字机输出生错误或意外时，监控程序通过控制台打字机输出信息向操作员报告。信息向操作员报告。信息向操作员报告。信息向操作员报告。批处理系统的优点是系统吞吐量大，资源利用率批处理系统的优点是系统吞吐量大，资源利用率批处理系统的优点是系统吞吐量大，资源利用率批处

22、理系统的优点是系统吞吐量大，资源利用率高。缺点是作业的周转时间长，用户无法实现对作高。缺点是作业的周转时间长，用户无法实现对作高。缺点是作业的周转时间长，用户无法实现对作高。缺点是作业的周转时间长，用户无法实现对作业的控制。业的控制。业的控制。业的控制。该系统适合处理计算量大的、自动化程度高的成熟该系统适合处理计算量大的、自动化程度高的成熟该系统适合处理计算量大的、自动化程度高的成熟该系统适合处理计算量大的、自动化程度高的成熟的作业。的作业。的作业。的作业。这种简单的批处理在硬件结构上有两种不同的控这种简单的批处理在硬件结构上有两种不同的控这种简单的批处理在硬件结构上有两种不同的控这种简单的批

23、处理在硬件结构上有两种不同的控制方式。制方式。制方式。制方式。1617 由于输入或输出是在由于输入或输出是在由于输入或输出是在由于输入或输出是在CPUCPUCPUCPU直接控制下进行的，这直接控制下进行的，这直接控制下进行的，这直接控制下进行的，这样，主机的速度在输入或输出过程中，降低为慢速样，主机的速度在输入或输出过程中，降低为慢速样，主机的速度在输入或输出过程中，降低为慢速样，主机的速度在输入或输出过程中，降低为慢速外设的水平。大大降低了外设的水平。大大降低了外设的水平。大大降低了外设的水平。大大降低了CPUCPUCPUCPU的利用效率。为此，引的利用效率。为此，引的利用效率。为此，引的利

24、用效率。为此，引入早期的脱机批处理方式。入早期的脱机批处理方式。入早期的脱机批处理方式。入早期的脱机批处理方式。2.2.2.2.早期的脱机批处理早期的脱机批处理早期的脱机批处理早期的脱机批处理 为了使为了使为了使为了使CPUCPUCPUCPU从慢速的外设控制中解脱开来，从慢速的外设控制中解脱开来，从慢速的外设控制中解脱开来，从慢速的外设控制中解脱开来，提高提高提高提高CPUCPUCPUCPU的利用效率，系统增设了一个小型的卫星机专门的利用效率，系统增设了一个小型的卫星机专门的利用效率，系统增设了一个小型的卫星机专门的利用效率，系统增设了一个小型的卫星机专门用来控制外部设备的输入、输出。其模型如

25、下图所用来控制外部设备的输入、输出。其模型如下图所用来控制外部设备的输入、输出。其模型如下图所用来控制外部设备的输入、输出。其模型如下图所示。示。示。示。18 系统带系统带 应用带应用带输出带输出带输入带输入带卫卫 星星 机机打印打印机机主主机机卡片输入机卡片输入机早期的脱机批处理早期的脱机批处理19n n 小型卫星机的作用代替主机完成作业的输入和输小型卫星机的作用代替主机完成作业的输入和输小型卫星机的作用代替主机完成作业的输入和输小型卫星机的作用代替主机完成作业的输入和输出工作出工作出工作出工作:n n 把卡片输入机上的作业逐个地记到输入磁带把卡片输入机上的作业逐个地记到输入磁带把卡片输入机

26、上的作业逐个地记到输入磁带把卡片输入机上的作业逐个地记到输入磁带上，以便主机执行。上，以便主机执行。上，以便主机执行。上，以便主机执行。n n 控制打印机把主机送入输出带上的作业执行控制打印机把主机送入输出带上的作业执行控制打印机把主机送入输出带上的作业执行控制打印机把主机送入输出带上的作业执行结果打印输出。结果打印输出。结果打印输出。结果打印输出。n n 由此可见，采用这种脱机技术后，主机的所有输由此可见，采用这种脱机技术后，主机的所有输由此可见，采用这种脱机技术后，主机的所有输由此可见，采用这种脱机技术后，主机的所有输入输出都是通过磁带进行，而且主机与慢速外设可入输出都是通过磁带进行，而且

27、主机与慢速外设可入输出都是通过磁带进行，而且主机与慢速外设可入输出都是通过磁带进行，而且主机与慢速外设可以并行工作，从而提高了主机运行效率。从以并行工作，从而提高了主机运行效率。从以并行工作，从而提高了主机运行效率。从以并行工作，从而提高了主机运行效率。从50505050年代年代年代年代后期到后期到后期到后期到60606060年代中期，脱机批处理运行得相当成功。年代中期，脱机批处理运行得相当成功。年代中期，脱机批处理运行得相当成功。年代中期，脱机批处理运行得相当成功。20n n 脱机技术的实质是用快速的输入输出设备代替脱机技术的实质是用快速的输入输出设备代替脱机技术的实质是用快速的输入输出设备

28、代替脱机技术的实质是用快速的输入输出设备代替慢速的设备。慢速的设备。慢速的设备。慢速的设备。n n计算机系统硬件的工作周期计算机系统硬件的工作周期计算机系统硬件的工作周期计算机系统硬件的工作周期组件与设备组件与设备组件与设备组件与设备周期周期周期周期周期周期周期周期108(108(一亿倍一亿倍一亿倍一亿倍)处理器处理器处理器处理器1010纳秒（纳秒（纳秒（纳秒（100MHZ100MHZ）1 1秒秒秒秒高速缓存访问高速缓存访问高速缓存访问高速缓存访问2020纳秒纳秒纳秒纳秒2 2秒秒秒秒内存访问内存访问内存访问内存访问100100纳秒纳秒纳秒纳秒1010秒秒秒秒磁盘访问磁盘访问磁盘访问磁盘访问9

29、 9毫秒毫秒毫秒毫秒10.410.4天天天天21n n三、多道成批处理系统三、多道成批处理系统 1.1.多道程序设计技术多道程序设计技术(MULTI_PROGRAMMING)(MULTI_PROGRAMMING)硬件通道和中断的出现，使得计算机在硬件通道和中断的出现，使得计算机在组织结构上发生了重大变革。使原先以组织结构上发生了重大变革。使原先以CPUCPU为中心的体系结构，转变为以主存为中心。为中心的体系结构，转变为以主存为中心。所谓通道，它是独立于所谓通道，它是独立于CPUCPU，专门用来控制，专门用来控制输入、输出设备的输入、输出设备的I/OI/O处理机。它可以控制处理机。它可以控制一台

30、或多台外设完成与主存之间的数据交一台或多台外设完成与主存之间的数据交换。换。22 当通道控制设备完成传输后，通过中断机构向当通道控制设备完成传输后，通过中断机构向当通道控制设备完成传输后，通过中断机构向当通道控制设备完成传输后，通过中断机构向CPUCPUCPUCPU报告完成情况。从而，一方面使报告完成情况。从而，一方面使报告完成情况。从而，一方面使报告完成情况。从而，一方面使CPUCPUCPUCPU摆脱了对慢摆脱了对慢摆脱了对慢摆脱了对慢速外部设备的控制操作，另一方面使速外部设备的控制操作，另一方面使速外部设备的控制操作，另一方面使速外部设备的控制操作，另一方面使CPUCPUCPUCPU与外设

31、可以与外设可以与外设可以与外设可以并行操作，提高了并行操作，提高了并行操作，提高了并行操作，提高了CPUCPUCPUCPU的利用率。的利用率。的利用率。的利用率。23n n 该技术的引入是为了进一步改善该技术的引入是为了进一步改善该技术的引入是为了进一步改善该技术的引入是为了进一步改善CPUCPUCPUCPU的利用率。的利用率。的利用率。的利用率。n n该该该该技技技技术术术术能能能能提提提提高高高高系系系系统统统统的的的的吞吞吞吞吐吐吐吐量量量量和和和和有有有有效效效效地地地地改改改改善善善善资资资资源源源源利利利利用率。用率。用率。用率。n n定义：定义：定义：定义：多道程序设计技术是在计

32、算机内存中同时多道程序设计技术是在计算机内存中同时多道程序设计技术是在计算机内存中同时多道程序设计技术是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控存放几道相互独立的程序，它们在管理程序的控制下相互穿插地运行。制下相互穿插地运行。制下相互穿插地运行。制下相互穿插地运行。n n运作方式：运作方式：运作方式：运作方式：n n同同同同时时时时把把把把多多多多个个个个作作作作业业业业放放放放入入入入内内内内存存存存并并并并允允允允许许许许它它它它们们们们交交交交替替替替执执执执行行行行，共共共共享享享享

33、系系系系统统统统中中中中的的的的各各各各类类类类资资资资源源源源。当当当当一一一一道道道道程程程程序序序序因因因因某某某某种种种种原原原原因因因因而暂停时，而暂停时，而暂停时，而暂停时，CPUCPUCPUCPU立即转去执行另一道程序。立即转去执行另一道程序。立即转去执行另一道程序。立即转去执行另一道程序。n n特点：特点：特点：特点：n n 多道；宏观上并行；微观上串行。多道；宏观上并行；微观上串行。多道；宏观上并行；微观上串行。多道；宏观上并行；微观上串行。241.2 操作系统的形成操作系统的形成25n n假设一个计算机系统有假设一个计算机系统有假设一个计算机系统有假设一个计算机系统有256

34、k256k256k256k主存主存主存主存(不包含操作系统不包含操作系统不包含操作系统不包含操作系统)，一个磁盘、一个终端和一台打印机。三个作业分，一个磁盘、一个终端和一台打印机。三个作业分，一个磁盘、一个终端和一台打印机。三个作业分，一个磁盘、一个终端和一台打印机。三个作业分别被命名为别被命名为别被命名为别被命名为JOB1JOB1JOB1JOB1、JOB2JOB2JOB2JOB2、JOB3JOB3JOB3JOB3。各作业运行时间分。各作业运行时间分。各作业运行时间分。各作业运行时间分别为别为别为别为5 5 5 5分钟、分钟、分钟、分钟、15151515分钟和分钟和分钟和分钟和10101010

35、分钟。它们对资源的具体使分钟。它们对资源的具体使分钟。它们对资源的具体使分钟。它们对资源的具体使用情况如下所示。用情况如下所示。用情况如下所示。用情况如下所示。n n作业编号作业编号作业编号作业编号 JOB1 JOB2 JOB3JOB1 JOB2 JOB3JOB1 JOB2 JOB3JOB1 JOB2 JOB3n n作业类型作业类型作业类型作业类型 计算型计算型计算型计算型 I/OI/OI/OI/O型型型型 I/OI/OI/OI/O型型型型n n占用主存占用主存占用主存占用主存 50k 100k 80k50k 100k 80k50k 100k 80k50k 100k 80kn n需磁盘情况需磁

36、盘情况需磁盘情况需磁盘情况 NO NO NO NO NONONONO Yes Yes Yes Yesn n需终端情况需终端情况需终端情况需终端情况 NONONONO Yes Yes Yes Yes NO NO NO NOn n需打印机情况需打印机情况需打印机情况需打印机情况 NO NO NO NO NONONONO Yes Yes Yes Yesn n运行所需时间运行所需时间运行所需时间运行所需时间 5 5 5 5分钟分钟分钟分钟 15151515分钟分钟分钟分钟10101010分钟分钟分钟分钟26n n由上看出，作业由上看出，作业2主要使用终端（键盘和显示主要使用终端（键盘和显示器）进行输入

37、器）进行输入/出，作业出，作业3主要使用磁盘和打主要使用磁盘和打印机，印机，JOB2和和JOB3需要较少的需要较少的CPU时间。时间。n n对于简单批处理，这些作业是按顺序执行。对于简单批处理，这些作业是按顺序执行。作业作业1运行运行5分钟完成，作业分钟完成，作业2等待等待5分钟再用分钟再用15分钟完成，分钟完成，20分钟后，作业分钟后，作业3开始执行，开始执行，30分分钟后三个作业全部完成。钟后三个作业全部完成。27n n 若采用多道程序设计技术，让三个作业同时若采用多道程序设计技术，让三个作业同时装入主存并运行。由于它们运行中几乎不同装入主存并运行。由于它们运行中几乎不同时使用同类资源，在

38、作业时使用同类资源，在作业1进行计算的同时作进行计算的同时作业业2可在终端上进入输入可在终端上进入输入/输出，而作业输出，而作业3在使在使用磁盘和打印机。这样，作业用磁盘和打印机。这样，作业1仍需仍需5分钟完分钟完成，但在作业成，但在作业1结束时，作业结束时，作业2已完成三分之已完成三分之一，而作业一，而作业3已完成一半。这样，这三个作业已完成一半。这样，这三个作业在在15分钟内将全部完成。显然整个系统处理分钟内将全部完成。显然整个系统处理效率明显提高。效率明显提高。28n n为了更好地理解引入多道程序的好处，下面为了更好地理解引入多道程序的好处，下面先解释衡量操作系统或整个计算机系统性能先解

39、释衡量操作系统或整个计算机系统性能指标的重要概念：指标的重要概念：n n资源利用率资源利用率 指在给定时间内，系统中某一资指在给定时间内，系统中某一资源，如源，如CPUCPU、存贮器、外部设备等实际使用时、存贮器、外部设备等实际使用时间所占比率。间所占比率。29n n多道程序与单道程序时资源利用率对比多道程序与单道程序时资源利用率对比多道程序与单道程序时资源利用率对比多道程序与单道程序时资源利用率对比n n 单道单道单道单道 多道多道多道多道(三道作业三道作业三道作业三道作业)n n处理机利用率处理机利用率处理机利用率处理机利用率 17%33%17%33%17%33%17%33%n n存贮器利

40、用率存贮器利用率存贮器利用率存贮器利用率 30%90%30%90%30%90%30%90%n n磁盘利用磁盘利用磁盘利用磁盘利用 33%=(10/30)67%=10/1533%=(10/30)67%=10/1533%=(10/30)67%=10/1533%=(10/30)67%=10/15n n打印机利用打印机利用打印机利用打印机利用 33%=(10/30)67%=10/1533%=(10/30)67%=10/1533%=(10/30)67%=10/1533%=(10/30)67%=10/15n n完成所需时间完成所需时间完成所需时间完成所需时间 30303030分钟分钟分钟分钟 151515

41、15分钟分钟分钟分钟n n吞吐量吞吐量吞吐量吞吐量 6 jobs/6 jobs/6 jobs/6 jobs/小时小时小时小时=(3/0.5)=(3/0.5)=(3/0.5)=(3/0.5)n n 12 jobs/12 jobs/12 jobs/12 jobs/小时小时小时小时=3/0.25=3/0.25=3/0.25=3/0.25n n平均周转时间平均周转时间平均周转时间平均周转时间 18181818分钟分钟分钟分钟=(5+20+30)/3)=(5+20+30)/3)=(5+20+30)/3)=(5+20+30)/3)n n 10 10 10 10分钟分钟分钟分钟=(5+15+10)/3=(5

42、+15+10)/3=(5+15+10)/3=(5+15+10)/330n n实现多道程序系统实现多道程序系统实现多道程序系统实现多道程序系统应解决的问题应解决的问题应解决的问题应解决的问题：n n CPUCPUCPUCPU的分配与回收；的分配与回收；的分配与回收；的分配与回收；n n 内存的分配与安全；内存的分配与安全；内存的分配与安全；内存的分配与安全；n n I/OI/OI/OI/O设备的分配与回收；设备的分配与回收；设备的分配与回收；设备的分配与回收；n n 程序和数据存储的安全性与一致性；程序和数据存储的安全性与一致性；程序和数据存储的安全性与一致性；程序和数据存储的安全性与一致性；n

43、 n 应用程序的管理与组织。应用程序的管理与组织。应用程序的管理与组织。应用程序的管理与组织。n n因因因因此此此此，在在在在多多多多道道道道程程程程序序序序系系系系统统统统中中中中必必必必须须须须设设设设置置置置一一一一组组组组软软软软件件件件，提提提提供供供供方方方方便便便便用用用用户户户户使使使使用用用用的的的的计计计计算算算算机机机机软软软软件件件件，操操操操作作作作系系系系统统统统就就就就在在在在这这这这样的环境下应运而生。样的环境下应运而生。样的环境下应运而生。样的环境下应运而生。n n操操操操作作作作系系系系统统统统是是是是一一一一组组组组控控控控制制制制和和和和管管管管理理理理

44、计计计计算算算算机机机机硬硬硬硬件件件件和和和和软软软软件件件件资资资资源源源源、合合合合理理理理地地地地组组组组织织织织计计计计算算算算机机机机工工工工作作作作流流流流程程程程、方方方方便便便便用用用用户户户户使使使使用用用用的程序的集合。的程序的集合。的程序的集合。的程序的集合。311.3 操作系统的基本类型操作系统的基本类型n n作作作作业业业业：用用用用户户户户在在在在一一一一次次次次解解解解题题题题或或或或一一一一个个个个事事事事务务务务处处处处理理理理过过过过程程程程中中中中要要要要求求求求计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统所所所所做做做做工工工工作作作作的的的的集集集集合合

45、合合，包包包包括括括括用用用用户户户户程程程程序序序序、所所所所需需需需的数据及命令等。的数据及命令等。的数据及命令等。的数据及命令等。n n1 1 1 1、批处理操作系统、批处理操作系统、批处理操作系统、批处理操作系统n n 单道批处理操作系统（早期）单道批处理操作系统（早期）单道批处理操作系统（早期）单道批处理操作系统（早期）n n 多道批处理操作系统（引入多道程序设计技术）多道批处理操作系统（引入多道程序设计技术）多道批处理操作系统（引入多道程序设计技术）多道批处理操作系统（引入多道程序设计技术）n n缺点缺点缺点缺点：n n用用用用户户户户以以以以脱脱脱脱机机机机方方方方式式式式使使使

46、使用用用用计计计计算算算算机机机机，用用用用户户户户提提提提交交交交作作作作业业业业后后后后，在在在在作作作作业业业业运运运运行行行行过过过过程程程程中中中中，不不不不能能能能加加加加以以以以干干干干预预预预，只只只只能能能能等等等等该该该该批批批批作作作作业业业业处处处处理理理理结结结结束束束束后后后后，用用用用户户户户才才才才能能能能得得得得到到到到计计计计算算算算结结结结果果果果，根根根根据据据据结结结结果果果果再再再再作作作作下下下下一一一一步步步步处处处处理理理理，如如如如果果果果有有有有错错错错，还还还还要要要要重重重重复复复复上上上上述述述述过过过过程程程程,从从从从头开始。头开

47、始。头开始。头开始。32n n单道批处理操作系统单道批处理操作系统单道批处理操作系统单道批处理操作系统（早期）（早期）（早期）（早期）n n操操操操作作作作员员员员先先先先将将将将若若若若干干干干个个个个等等等等处处处处理理理理的的的的作作作作业业业业合合合合成成成成一一一一批批批批输输输输入入入入并并并并传传传传送到外存，然后将它们逐个送入内存并投入运行。送到外存，然后将它们逐个送入内存并投入运行。送到外存，然后将它们逐个送入内存并投入运行。送到外存，然后将它们逐个送入内存并投入运行。n n多道批处理操作系统多道批处理操作系统多道批处理操作系统多道批处理操作系统（引入多道程序设计技术）（引入

48、多道程序设计技术）（引入多道程序设计技术）（引入多道程序设计技术）n n在在在在该该该该系系系系统统统统中中中中，主主主主存存存存中中中中可可可可同同同同时时时时有有有有多多多多道道道道作作作作业业业业在在在在运运运运行行行行，而而而而且且且且作作作作业业业业可可可可随随随随时时时时被被被被调调调调入入入入系系系系统统统统，并并并并存存存存放放放放在在在在外外外外存存存存中中中中形形形形成成成成作作作作业业业业队队队队列列列列；然然然然后后后后由由由由操操操操作作作作系系系系统统统统按按按按一一一一定定定定的的的的原原原原则则则则从从从从作作作作业业业业队队队队列列列列中调入一个或多个作业进入

49、主存运行。中调入一个或多个作业进入主存运行。中调入一个或多个作业进入主存运行。中调入一个或多个作业进入主存运行。1.3 1.3 操作系统的基本类型操作系统的基本类型331.3 操作系统的基本类型操作系统的基本类型n n2 2 2 2、分时操作系统分时操作系统分时操作系统分时操作系统n n分分分分时时时时计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统：由由由由于于于于中中中中断断断断技技技技术术术术的的的的使使使使用用用用，使使使使得得得得一一一一台台台台计计计计算算算算机机机机能能能能连连连连接接接接多多多多个个个个用用用用户户户户终终终终端端端端，用用用用户户户户可可可可通通通通过过过过各各各各自

50、自自自的的的的终终终终端端端端使使使使用用用用和和和和控控控控制制制制计计计计算算算算机机机机，我我我我们们们们把把把把一一一一台台台台计计计计算算算算机机机机连连连连接接接接多多多多个个个个终终终终端端端端的的的的计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统称称称称为为为为分分分分时时时时计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统，或或或或称称称称分分分分时时时时系统。系统。系统。系统。n n分分分分时时时时技技技技术术术术：把把把把处处处处理理理理机机机机的的的的响响响响应应应应时时时时间间间间分分分分成成成成若若若若于于于于个个个个大大大大小小小小相相相相等等等等（或或或或不不不不相相相相等等