• 操作系统


    一 操作系统Operating System,简称OS,就是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。

    二 操作系统的位置

      操作系统位于计算机硬件和应用软件之间,本质也是一个软件。

      操作系统由内核和系统调用组成。(系统调用运行于用户态,为应用程序提供系统调用接口。

    三 操作系统的作用:

    1.给应用程序提供良好的操作硬件的接口;

    2.一台机器上所有的应用程序都共享同一硬件。操作系统的功能使这种共享变得有序性。(管理硬件资源)

    四 操作系统的发展史

     1.手工操作(无操作系统)

      人们先把程序纸带(或卡片)装上计算机,然后启动输入机把程序和送入计算机,接着通过控制台开关启动程序运行。计算完毕,打印机输出计算结果,用户卸下并取走纸带(或卡片)。第二个用户上机,重复同样的步骤。

       特点: 用户独占机器,CPU等待手工操作,CPU利用不充分。没有操作系统的概念,所有的程序设计都是由纯粹的机器语言编写的

    由于手工操作的满速度和计算机的高速度之间形成了尖锐矛盾,手工操作的方式是计算机的资源利用率极低,唯一的解决办法只有摆脱手工操作,实现作业的自动过渡。

     2.批处理系统

       批处理系统: 加载计算机上的一个监督软件,在监督程序的控制下,计算机能够自动的、成批的处理一个或多个用户的作业(作业包括程序、数据、命令)。

       首先出现的是联机批处理系统,即作业的输入输出由CPU来处理。

        2.1联机批处理系统

          在主机和输入机之间增加两个存储设备——磁带机,在监督程序的自动控制下,计算机自动完成任务。

      成批的把输入机上的用户作业读入磁带,依次把磁带上的用户作业读入主机内存并执行,执行完成后把计算结果想输出机输出。 完成一批作业后,监督程度又从输入机读取作业存入磁带机。按照上面的步骤重复处理任务。监督程序不停的处理各个作业,实现了作业的自动转接,减少了作业的建立时间和手工操作时间,有效的克服了人机矛盾,提高了计算机资源的利用率。              

         问题: 在输入作业和输出结果时,CPU还是会处于线空闲状态,等待慢速的输入/输出设备完成工作——主机处于忙等状态。

       2.2脱机批处理系统

          为了克服与缓解告诉主机与慢速外设(输入输出设备),提高CPU利用率,用又引入了脱机批处理系统,即输入输出脱离主机控制。

          显著特征就是:增加一台不与主机直接相连卫星机。卫星机用来从输入机上读取用户作业并放到磁带机上;将磁带机上的执行结果传给输出机。这样主机不再与慢速的输入输出设备连接。主机与卫星机两者并行工作,分工明确,可充分发挥主机的告诉计算能力。

          问题:每次主机内存中仅存放一道作业,每当它运行期间发出输入/输出(I/O)请求后,高速的CPU便处于等待低速的I/O完成状态,致使CPU空闲。

     3多道程序系统

         多道技术中的多道指的是多个程序,多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源(比如cpu)的有序调度问题,解决方式即多路复用,多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。

           时间上的复用:当一个程序在等待I/O时,另一个程序可以使用cpu。

           空间上的复用将内存分为几部分,每个部分放入一个程序,这样,同一时间内存中就有了多道程序。(必须实现硬件层面的隔离)

         多道程序设计技术,就是指允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存,并允许它们交替在CPU中运行,它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时,CPU便立即转去运行另一道程序。

        多道程序设计技术不仅使CPU得到充分利用,同时改善I/O设备和内存的利用率,从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量(单位时间内处理作业(程序)的个数),最终提高了整个系统的效率

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