計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第二版）課件：操作系統(tǒng)發(fā)展與分類

操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類

操作系統(tǒng)發(fā)展的初期階段

手工操作階段

脫機(jī)I/O技術(shù)

單道批處理個(gè)人計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)

多道程序系統(tǒng)操作系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展操作系統(tǒng)的形成嵌入式操作系統(tǒng)

多道批處理系統(tǒng)

分時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)紙帶（卡片）輸入機(jī)計(jì)算機(jī)打印結(jié)果取走紙帶1.手工操作階段一.無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)帶孔為1，無孔為01.2操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類1.手工操作階段CPU等待人工操作：人——機(jī)矛盾一.無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類紙帶（卡片）輸入機(jī)計(jì)算機(jī)打印結(jié)果取走紙帶該方式有什么不好呢？機(jī)器速度程序要求處理時(shí)間人工操作時(shí)間操作時(shí)間與機(jī)器有效運(yùn)行時(shí)間之比1萬次/秒1小時(shí)3分鐘1:2060萬次/秒1分鐘3分鐘3:1用戶獨(dú)占全機(jī)串行性2.脫機(jī)輸入輸出技術(shù)紙帶機(jī)外圍機(jī)磁帶磁帶主機(jī)磁帶磁帶外圍機(jī)打印機(jī)優(yōu)點(diǎn)：

減少主機(jī)CPU空閑時(shí)間；提高I/O速度。外圍機(jī)又稱為衛(wèi)星機(jī)一.無操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程二.單道批處理系統(tǒng)

1.作業(yè)的概念：是用戶定義的、由計(jì)算機(jī)完成的一個(gè)工作單位。作業(yè)由不同的順序相連的作業(yè)步組成。組成：作業(yè)=程序+數(shù)據(jù)+作業(yè)說明書應(yīng)用：早期批處理系統(tǒng)，現(xiàn)代大型機(jī)、巨型機(jī)系統(tǒng)后臺作業(yè)：Linux的shell中：命令&Windows命令行界面：start/b

<命令名>二.單道批處理系統(tǒng)（50年代中期：晶體管計(jì)算機(jī)）

2.基本原理系統(tǒng)管理員用戶作業(yè)提交磁帶脫機(jī)輸入作業(yè)2作業(yè)3作業(yè)1……磁帶監(jiān)督程序主機(jī)作業(yè)1作業(yè)2作業(yè)3關(guān)鍵技術(shù)：脫機(jī)+作業(yè)自動過渡特點(diǎn)：自動性、順序性、單道性O(shè)S雛形程序+數(shù)據(jù)+作業(yè)說明書作業(yè)運(yùn)行結(jié)果磁帶1959年，IBM70901962年，IBM7094二.單道批處理系統(tǒng)3.單道批處理系統(tǒng)的性能分析CPU作業(yè)A運(yùn)行I/O操作作業(yè)A運(yùn)行外設(shè)CPU和I/O設(shè)備串行工作作業(yè)A計(jì)算計(jì)算輸入那怎么解決這個(gè)問題呢？三.多道批處理系統(tǒng)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)

內(nèi)存中同時(shí)駐留多個(gè)獨(dú)立程序，共享資源，穿插運(yùn)行作業(yè)A輸入計(jì)算計(jì)算輸出作業(yè)B計(jì)算輸入計(jì)算輸出作業(yè)BA輸入CPU輸入設(shè)備輸出設(shè)備B輸入AA輸入請求B輸入請求作業(yè)AA輸出請求等待設(shè)備B等CPUB等設(shè)備B輸出A輸出B輸出請求多道宏觀并行，微觀串行走走停停運(yùn)行多道程序系統(tǒng)中程序運(yùn)行有什么特點(diǎn)呢？課堂練習(xí)設(shè)某計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有一臺輸入機(jī)和一臺打印機(jī)?，F(xiàn)有兩道程序同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)，且程序A先開始運(yùn)行，程序B后運(yùn)行。程序A的運(yùn)行軌跡為：計(jì)算50ms，打印信息100ms，再計(jì)算50ms，打印信息100ms，結(jié)束；程序B的運(yùn)行軌跡為：計(jì)算50ms，輸入數(shù)據(jù)80ms，再計(jì)算100ms，結(jié)束?；卮鹨韵聠栴}：（1）若A、B順序運(yùn)行，總共耗時(shí)多少ms？CPU利用率是多少？（2）若A、B并發(fā)運(yùn)行，總共耗時(shí)多少ms？CPU利用率是多少？提高CPU的利用率；提供內(nèi)存和I/0設(shè)備的利用率；增加系統(tǒng)吞吐量多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)?答案發(fā)彈幕在多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU（）只能被一個(gè)程序占用可以被多個(gè)程序同時(shí)占用可以被多個(gè)程序交替占用可以被操作系統(tǒng)和另一個(gè)程序同時(shí)占用ABCD提交單選題10分以下關(guān)于多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的描述，正確的有（）提高了系統(tǒng)的吞吐量提高了CPU的利用率可以保證每個(gè)作業(yè)都一口氣連續(xù)快速運(yùn)行完成在單處理機(jī)系統(tǒng)中也能實(shí)現(xiàn)多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)ABCD提交多選題10分2.多道批處理系統(tǒng)原理作業(yè)2作業(yè)3作業(yè)1……磁盤OS主機(jī)內(nèi)存后備隊(duì)列作業(yè)調(diào)度選擇若干作業(yè)入內(nèi)存作業(yè)i作業(yè)k…作業(yè)n多道批處理特點(diǎn)：多道性無序性調(diào)度性多道批處理系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較長、無交互能力進(jìn)入后備隊(duì)列運(yùn)行完成出系統(tǒng)單道批處理特點(diǎn)：單道性順序性自動性作業(yè)運(yùn)行結(jié)果磁盤比較分析單道批處理系統(tǒng)與多道批處理系統(tǒng)的特點(diǎn)有哪些不同？1964.4.7，耗資50億美元，IBMSystem/360關(guān)于批處理系統(tǒng)，以下說法正確的有（）批處理系統(tǒng)允許多個(gè)用戶將多個(gè)作業(yè)提交給計(jì)算機(jī)集中處理批處理作業(yè)必須具有作業(yè)控制信息批處理系統(tǒng)資源利用率高批處理系統(tǒng)交互性好，作業(yè)周轉(zhuǎn)時(shí)間短ABCD提交多選題10分1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展與分類說明分時(shí)系統(tǒng)的基本概念說明時(shí)間片、響應(yīng)時(shí)間的概念分析分時(shí)系統(tǒng)要解決的關(guān)鍵問題及解決辦法分析分時(shí)系統(tǒng)的性能特點(diǎn)說明實(shí)時(shí)系統(tǒng)的兩種適用場景、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的概念比較分析兩類實(shí)時(shí)系統(tǒng)的特點(diǎn)舉例說明兩種截止時(shí)間的概念比較分析分時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展及分類┇主機(jī)終端1終端2終端n分時(shí)原則終端請求響應(yīng)四.分時(shí)系統(tǒng)一臺主機(jī)上連接多個(gè)終端，允許多個(gè)用戶同時(shí)通過自己的終端，以交互方式使用計(jì)算機(jī)，共享主機(jī)中的資源。哈哈！我只有顯示器和鍵盤哦！響應(yīng)時(shí)間四.分時(shí)系統(tǒng)時(shí)間片：每個(gè)終端用戶的作業(yè)能連續(xù)使用CPU的最長時(shí)間。CPUJ1J2J3……Jn-1Jn時(shí)間片qJ2J3J4……JnJ1J3J4J5……J1J2tJ1J2J3J4……JnJ1J2J3作業(yè)0q2q3q4q……

多個(gè)作業(yè)分時(shí)共享CPU及時(shí)接收及時(shí)處理及時(shí)返回處理結(jié)果四.分時(shí)系統(tǒng)2.分時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中的關(guān)鍵問題

配置多路卡為每個(gè)終端配置輸入輸出緩沖區(qū)作業(yè)（終端用戶請求）提交時(shí)直接進(jìn)內(nèi)存引入時(shí)間片的概念，多個(gè)作業(yè)分時(shí)共享CPU及時(shí)響應(yīng)用戶請求

人機(jī)交互

解決辦法196119651969-1974CTSS麻省理工學(xué)院第一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行于IBM7094實(shí)現(xiàn)了時(shí)間片技術(shù)MULTICS貝爾實(shí)驗(yàn)室、麻省理工學(xué)院、通用電氣公司1969年因研發(fā)進(jìn)度緩慢、資金短缺宣告失敗動態(tài)鏈接、分層文件系統(tǒng)等新技術(shù)UNIXKenThompsonDennisRitchie

1970為DECPDP-71973用C重寫UNIX1991-1994DennisRitchie丹尼斯·里奇KenThompson肯·湯普森1983年獲圖靈獎典型分時(shí)系統(tǒng)

LINUXLinusTorvalds基于MINIX開發(fā)開源免費(fèi)支持多種平臺LinusTorvaldsLinuxKernel紅帽DebianSuSEopenEulerfedoraubuntuSLESopenEulerRHELOpenSuSECentOS麒麟V10iSoftV5.1EulixOS1.0免費(fèi)版社區(qū)版商用版免費(fèi)版商用版商用版社區(qū)免費(fèi)版openEuler與SuSE、Debian、RedHat的上游社區(qū)都是kernel社區(qū)Linux主要發(fā)行版四.分時(shí)系統(tǒng)3.分時(shí)系統(tǒng)的特征多路性；獨(dú)立性；及時(shí)性：響應(yīng)時(shí)間交互性大家能總結(jié)分時(shí)系統(tǒng)的特征并進(jìn)行解釋嗎？┇主機(jī)終端1終端2終端n響應(yīng)請求某分時(shí)系統(tǒng)中預(yù)計(jì)有50個(gè)用戶同時(shí)上機(jī)，為使每個(gè)用戶能在2s內(nèi)得到響應(yīng)，時(shí)間片最大限度為

[填空1]ms。作答填空題10分下面關(guān)于分時(shí)系統(tǒng)的說法中，正確的有（）分時(shí)系統(tǒng)是一種多用戶操作系統(tǒng)由于采用了分時(shí)技術(shù)，用戶可以獨(dú)占計(jì)算機(jī)資源分時(shí)系統(tǒng)不一定都具有人機(jī)交互功能時(shí)間片是一個(gè)終端用戶作業(yè)能連續(xù)使用CPU的最長時(shí)間ABCD提交多選題10分1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展及分類五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)

1.實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制：生產(chǎn)過程控制、武器控制實(shí)時(shí)信息處理：訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)糟了，一顆螺絲釘沒有擰上不合格產(chǎn)品！1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展及分類五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)

1.實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制：生產(chǎn)過程控制、武器控制實(shí)時(shí)信息處理：訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)火星探路者號：1997.7.4著陸火星著陸后的第10天,開始無規(guī)律重啟，每次重啟都造成數(shù)據(jù)丟失1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展及分類五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)

1.實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制：生產(chǎn)過程控制、武器控制實(shí)時(shí)信息處理：訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)2021.5.15著陸火星表面祝融號火星車：2020.7.23發(fā)射中國“天和”空間站設(shè)計(jì)壽命：90個(gè)火星日，約92個(gè)地球日1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展及分類五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)

1.實(shí)時(shí)系統(tǒng)應(yīng)用需求實(shí)時(shí)控制：生產(chǎn)過程控制、武器控制實(shí)時(shí)信息處理：訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制：生產(chǎn)過程控制、武器控制實(shí)時(shí)信息處理：訂票系統(tǒng)、情報(bào)檢索系統(tǒng)作戰(zhàn)指令未收到貽誤戰(zhàn)機(jī)！2.實(shí)時(shí)系統(tǒng)概念系統(tǒng)能及時(shí)響應(yīng)外部事件的請求，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成對該事件的處理，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)3.截止時(shí)間（1）開始截止時(shí)間：例：生產(chǎn)線上一個(gè)工作點(diǎn)，任務(wù)周期50s，任務(wù)需要時(shí)間30s0s50s100s20s（2）完成截止時(shí)間：鍋爐爆炸了！大家能不能舉出其他使用開始截止時(shí)間或者完成截止時(shí)間控制的任務(wù)？上節(jié)課知識回顧什么是操作系統(tǒng)？解釋說明多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的概念，對系統(tǒng)性能有什么影響？說明多道批處理系統(tǒng)的性能優(yōu)缺點(diǎn)？說明分時(shí)系統(tǒng)的基本概念？說明時(shí)間片的概念？實(shí)現(xiàn)分時(shí)系統(tǒng)需要解決哪些關(guān)鍵問題？如何解決？

說明實(shí)時(shí)系統(tǒng)的基本概念、截止時(shí)間的概念？比較分析實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的區(qū)別？課前學(xué)習(xí)中不理解的問題、希望老師重點(diǎn)講解的內(nèi)容有哪些？用彈幕給出五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)4.實(shí)時(shí)系統(tǒng)與分時(shí)系統(tǒng)的比較設(shè)計(jì)目標(biāo)不同及時(shí)性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)更高交互性：分時(shí)系統(tǒng)最強(qiáng)可靠性：實(shí)時(shí)系統(tǒng)要求高度可靠5.實(shí)時(shí)系統(tǒng)舉例國產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)：RT-threadOS、HDU-edge-OSVxWorks、QNX、LynxOS

美國WindRiver公司于1983年設(shè)計(jì)開發(fā)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)良好的可靠性和卓越的實(shí)時(shí)性通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實(shí)時(shí)性要求極高的領(lǐng)域中衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機(jī)導(dǎo)航美國的F-16、FA-18戰(zhàn)斗機(jī)、B-2隱形轟炸機(jī)、愛國者導(dǎo)彈，系列火星探測器等火星探路者(TheMarsPathfinder)

1997年7月4日抵達(dá)火星表面著陸后的第10天,開始無規(guī)律重啟，每次重啟都造成數(shù)據(jù)丟失五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)5.實(shí)時(shí)系統(tǒng)舉例——RT-threadOS主要由中國開源社區(qū)主導(dǎo)開發(fā)開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)集實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核、中間件組件和開發(fā)者社區(qū)于一體的技術(shù)平臺物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)TCP/IP協(xié)議棧，文件系統(tǒng)，libc接口，圖形用戶界面五.實(shí)時(shí)系統(tǒng)5.實(shí)時(shí)系統(tǒng)舉例——HDU-edgeOS特點(diǎn)：能夠在負(fù)載不斷增加的情況下，保證任務(wù)的可預(yù)測性高實(shí)時(shí)性高可靠性應(yīng)用領(lǐng)域：無人駕駛無人機(jī)無人船分布式計(jì)算1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展及分類六.微機(jī)操作系統(tǒng)的發(fā)展單用戶單任務(wù)操作系統(tǒng)：DOS單用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：Windows單機(jī)版多用戶多任務(wù)操作系統(tǒng)：Unix、Linux、Windowsserver由線路將一組獨(dú)立自治的計(jì)算機(jī)相互連接形成的一個(gè)集合體(1)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的定義多個(gè)獨(dú)立計(jì)算機(jī)無公共內(nèi)存具備消息通信機(jī)制

(2)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)七.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程一般操作系統(tǒng)功能模塊網(wǎng)絡(luò)通信模塊（通信接口中斷處理程序、通信控制程序以及各級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件）(3)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)概念不能支持透明的資源存取不能支持合作計(jì)算

不能對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行有效、統(tǒng)一的管理

(4)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的局限性七.網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2計(jì)算機(jī)3計(jì)算機(jī)4(1)分布式系統(tǒng)概念包含多個(gè)分布的通用資源部件，并經(jīng)過通信網(wǎng)絡(luò)相互作用有一個(gè)分布式操作系統(tǒng)對資源進(jìn)行全局和動態(tài)的管理控制系統(tǒng)對用戶是透明的任務(wù)可以分布處理八.分布式系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程可擴(kuò)展性增加性能高可靠性

(2)分布式系統(tǒng)的特點(diǎn)八.分布式系統(tǒng)(3)分布式系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的區(qū)別計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2計(jì)算機(jī)3計(jì)算機(jī)4用戶計(jì)算機(jī)1計(jì)算機(jī)2計(jì)算機(jī)3計(jì)算機(jī)4用戶超級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分布式操作系統(tǒng)1.2操作系統(tǒng)的發(fā)展過程九.嵌入式操作系統(tǒng)EOS（1）概念將應(yīng)用程序和OS與計(jì)算機(jī)硬件集成在一起的系統(tǒng)。負(fù)責(zé)嵌入式系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度工作、控制協(xié)調(diào)并發(fā)活動等。（2）嵌入式系統(tǒng)舉例手機(jī)操作系統(tǒng)：Android、iOS,黑莓等。VxWorks：是目前嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域中使用最廣泛、市場占有率最高的系統(tǒng)。它支持多種處理器，如x86、i960、SunSparc、MotorolaMC68xxx、MIPSRX000、POWERPC等等。大多數(shù)的VxWorksAPI是專有的。采用GNU的編譯和調(diào)試器。九.嵌入式操作系統(tǒng)pSOS：該系統(tǒng)是一個(gè)模塊化、高性能的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，專為嵌入式微處理器設(shè)計(jì)，提供一個(gè)完全多任務(wù)環(huán)境，在定制的或是商業(yè)化的硬件上提供高性能和高可靠性?？梢宰岄_發(fā)者根據(jù)操作系統(tǒng)的功能和內(nèi)存需求定制成每一個(gè)應(yīng)用所需的系統(tǒng)。開發(fā)者可以利用它來實(shí)現(xiàn)從簡單的單個(gè)獨(dú)立設(shè)備到復(fù)雜的、網(wǎng)絡(luò)化的多處理器系統(tǒng)。

QNX：是一個(gè)實(shí)時(shí)的、可擴(kuò)充的操作系統(tǒng)，它提供了一個(gè)很小的微內(nèi)核以及一些可選的配合進(jìn)程。其內(nèi)核僅提供4種服務(wù)：進(jìn)程調(diào)度、進(jìn)程間通信、底層網(wǎng)絡(luò)通信和中斷處理，其進(jìn)程在獨(dú)