計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)教程---------Linux實(shí)例分析程驊信息科學(xué)與工程學(xué)院第1章操作系統(tǒng)概述操作系統(tǒng)的主要功能2操作系統(tǒng)的類型4操作系統(tǒng)的發(fā)展歷程33操作系統(tǒng)的概念31Linux概述6操作系統(tǒng)的特征35

1.1操作系統(tǒng)概念計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟硬件資源的管理者為用戶提供一臺等價(jià)的擴(kuò)展機(jī)器（ExtendedMachine）或虛擬機(jī)（VirtualMachine）最重要、最基本、最復(fù)雜的系統(tǒng)程序，控制應(yīng)用程序執(zhí)行的程序操作系統(tǒng)的定義：計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)是指控制和管理計(jì)算機(jī)的軟、硬件資源，合理組織計(jì)算機(jī)的工作流程，方便用戶使用程序集合,它合理地組織多道程序運(yùn)行，是用戶與計(jì)算機(jī)之間的接口。

操作系統(tǒng)概念計(jì)算機(jī)的硬件和軟件以及應(yīng)用之間是一種層次結(jié)構(gòu)的關(guān)系。裸機(jī)在最里層，它的外面是操作系統(tǒng)，經(jīng)過操作系統(tǒng)提供的資源管理功能和方便用戶的各種服務(wù)功能把裸機(jī)改造成為功能更強(qiáng)、使用更為方便的機(jī)器，通常稱之為虛擬機(jī)或擴(kuò)展機(jī)，而各種實(shí)用程序和應(yīng)用程序運(yùn)行在操作系統(tǒng)之上，它們以操作系統(tǒng)作為支撐環(huán)境，同時(shí)又向用戶提供完成其作業(yè)所需的各種服務(wù)。應(yīng)用軟件軟件操作系統(tǒng)裸機(jī)編輯軟件/編譯軟件等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件硬件及固件應(yīng)用軟件系統(tǒng)軟件Textinhere操作系統(tǒng)編輯軟件編譯軟件硬件：改進(jìn)的VonNeuman機(jī)的五大部件

(輸/出設(shè)備、運(yùn)算器、控制器、存貯器)軟件：系統(tǒng)軟件：管理計(jì)算機(jī)本身的操作，并為應(yīng)用程序提供編程環(huán)境應(yīng)用軟件：直接面向用戶，為之解決各類問題方便性（用戶的觀點(diǎn)）：引入操作系統(tǒng)是為了給用戶使用計(jì)算機(jī)提供一個良好的界面，以使用戶無需了解許多有關(guān)硬件和系統(tǒng)軟件的細(xì)節(jié)，就能方便靈活地使用計(jì)算機(jī)。有效性（系統(tǒng)管理人員的觀點(diǎn)）：引入操作系統(tǒng)是為了合理地組織計(jì)算機(jī)工作流程，管理和分配計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件及軟件資源，使之能為多個用戶高效率地共享。因此，操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)資源的管理者?？蓴U(kuò)充性（升級的觀點(diǎn)）：引入操作系統(tǒng)是為了給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展提供支撐平臺，使之在追加新的服務(wù)和功能時(shí)更加容易和不影響原有的服務(wù)與功能。開放性（兼容的觀點(diǎn)）引入操作系統(tǒng)的目標(biāo)(1)處理機(jī)管理(2)存儲器管理(3)設(shè)備管理(4)文件管理(5)用戶接口1.2操作系統(tǒng)的功能1212操作級接口程序級接口命令界面圖形界面系統(tǒng)調(diào)用我們從資源管理和作業(yè)管理等不同角度來說明操作系統(tǒng)的基本功能。在多道程序或多用戶的情況下，要組織多個作業(yè)同時(shí)運(yùn)行，就要解決對處理機(jī)分配調(diào)度策略、分配實(shí)施和資源回收等問題。這就是處理機(jī)管理功能。正是由于操作系統(tǒng)對處理機(jī)管理策略的不同，其提供的作業(yè)處理方式也就不同，例如成批處理方式、分時(shí)處理方式和實(shí)時(shí)處理方式。從而呈現(xiàn)在用戶面前，成為具有不同性質(zhì)功能的操作系統(tǒng)。1.2.1處理機(jī)管理存儲管理的主要工作是對內(nèi)部存儲器進(jìn)行分配、保護(hù)和擴(kuò)充。(1)內(nèi)存分配。如何分配內(nèi)存，以保證系統(tǒng)及各用戶程序的存儲區(qū)互不沖突。(2)存儲保護(hù)。保證一道程序在執(zhí)行過程中不會有意或無意地破壞另一道程序，保證用戶程序不會破壞系統(tǒng)程序。(3)內(nèi)存擴(kuò)充。當(dāng)用戶作業(yè)所需要的內(nèi)存量超過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所提供的內(nèi)存容量時(shí)，把內(nèi)部存儲器和外部存儲器結(jié)合起來管理，為用戶提供一個容量比實(shí)際內(nèi)存大得多的虛擬存儲器。1.2.2存儲管理(1)通道、控制器、輸入輸出設(shè)備的分配和管理。設(shè)備管理的任務(wù)就是根據(jù)一定的分配策略，把通道、控制器和輸入輸出設(shè)備分配給請求輸入輸出操作的程序，并啟動設(shè)備完成實(shí)際的輸入輸出操作。為了盡可能發(fā)揮設(shè)備和主機(jī)的并行工作能力，常需要采用虛擬技術(shù)和緩沖技術(shù)。(2)設(shè)備獨(dú)立性。輸入輸出設(shè)備種類很多，使用方法各不相同。設(shè)備管理應(yīng)為用戶提供一個良好的界面，而不必去涉及具體的設(shè)備特性，以使用戶能方便、靈活地使用這些設(shè)備。1.2.3設(shè)備管理上述三種管理是針對計(jì)算機(jī)的硬件資源的管理。文件系統(tǒng)管理(信息管理)是對系統(tǒng)的軟件資源的管理。文件如不能很好管理，就會引起混亂，甚至遭受破壞。這就是管理信息文件需要解決的問題。信息的共享、保密和保護(hù)，也是文件系統(tǒng)所要解決的。如果系統(tǒng)允許多個用戶協(xié)同工作，那么就應(yīng)該允許用戶共享信息文件。但這種共享應(yīng)該是受控制的，應(yīng)該有授權(quán)和保密機(jī)制。還要有一定的保護(hù)機(jī)制以免文件被非授權(quán)用戶調(diào)用和修改，即使在意外情況下，如系統(tǒng)失效、用戶對文件使用不當(dāng)，也能盡量保護(hù)信息免遭破壞。也就是說，系統(tǒng)是安全可靠的。1.2.4文件系統(tǒng)管理作業(yè)是指用戶在一次算題過程中或一次事物處理過程中，要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做工作的集合。作業(yè)管理實(shí)現(xiàn)作業(yè)調(diào)度和控制作業(yè)的執(zhí)行。作業(yè)管理是根據(jù)系統(tǒng)條件和用戶需要，對作業(yè)的運(yùn)作進(jìn)行合理的組織、調(diào)度及相應(yīng)的控制，主要功能如下:作業(yè)的組織與管理:其主要功能是對系統(tǒng)中所有的用戶作業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一的組織和管理，以提高整個系統(tǒng)的運(yùn)行效率。作業(yè)調(diào)度:是指根據(jù)系統(tǒng)的能力和當(dāng)前作業(yè)的運(yùn)行情況，按照一定策略，為后備作業(yè)隊(duì)列中的一批作業(yè)，分配所需I/O設(shè)備和存儲空間，并調(diào)入內(nèi)存并為之建立相應(yīng)的進(jìn)程，使成為具有獲得處理機(jī)資格的候選進(jìn)程。作業(yè)控制:是指用戶對系統(tǒng)發(fā)出指令，可對自己的作業(yè)進(jìn)行控制和管理。1.2.5作業(yè)管理操作系統(tǒng)提供兩種方式的接口來為用戶服務(wù)。一種用戶接口是程序一級的接口，即提供一組廣義指令(或稱系統(tǒng)調(diào)用、程序請求)供用戶程序和其他系統(tǒng)程序調(diào)用。當(dāng)這些程序要求進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、文件操作或有其他資源要求時(shí)，通過這些廣義指令向操作系統(tǒng)提出申請，并由操作系統(tǒng)代為完成。另一種接口是作業(yè)一級的接口，提供一組控制操作命令(或稱作業(yè)控制語言，或像UNIX中的Shell命令語言)供用戶去組織和控制自己作業(yè)的運(yùn)行。作業(yè)控制方式分兩大類：脫機(jī)控制和聯(lián)機(jī)控制。操作系統(tǒng)提供脫機(jī)控制作業(yè)語言和聯(lián)機(jī)控制作業(yè)控制語言。用戶接口1.3操作系統(tǒng)的發(fā)展多道程序系統(tǒng):內(nèi)存同時(shí)存在多個獨(dú)立的程序，它們宏觀上并行，微觀上穿行。手工操作階段早期批處理階段多道程序系統(tǒng)階段1.4操作系統(tǒng)的類型操作系統(tǒng)發(fā)展是隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、應(yīng)用軟件的發(fā)展而發(fā)展的。目標(biāo)：充分利用硬件，提供更好的服務(wù)。第一代：手工操作（電子管時(shí)代，無操作系統(tǒng)）、第二代：單道批處理系統(tǒng)（晶體管時(shí)代，批處理系統(tǒng)）第三代：多道批處理系統(tǒng)（集成電路時(shí)代，多道程序設(shè)計(jì)）第四代：分時(shí)系統(tǒng)（大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路時(shí)代）新發(fā)展：個人計(jì)算機(jī)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)與分布式系統(tǒng)、移動計(jì)算、……第一代：手工操作

（無操作系統(tǒng)）

上機(jī)完全是手工操作：先把程序紙帶(或卡片)裝上輸入機(jī)，然后啟動輸入機(jī)把程序和數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，接著通過控制臺開關(guān)啟動程序運(yùn)行。計(jì)算完畢，打印機(jī)輸出計(jì)算結(jié)果，用戶取走并卸下紙帶(或卡片)。50年代后期，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度有了很大提高，手工操作的慢速度和計(jì)算機(jī)的高速度之間形成矛盾。唯一的解決辦法是擺脫人的手工操作，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動過渡。這樣就出現(xiàn)了批處理。機(jī)器的特點(diǎn)語言：機(jī)器語言操作系統(tǒng)：無用途：數(shù)學(xué)計(jì)算輸入輸出：插件板、 紙帶、卡片存在問題：計(jì)算機(jī)處理能力的提高，手工操作的低效率，造成浪費(fèi)。第二代：單道批處理系統(tǒng)1955~1965大型機(jī)，語言：匯編語言，F(xiàn)ORTRAN,作業(yè)(job)操作系統(tǒng)：FMS（FortranMonitorSystem），IBSYS（IBM為7094機(jī)配備的操作系統(tǒng)）用途：較復(fù)雜的科學(xué)工程計(jì)算聯(lián)機(jī)批處理脫機(jī)批處理IBM7094聯(lián)機(jī)批處理

慢速的輸入輸出(I/O)設(shè)備是和主機(jī)直接相連。作業(yè)的執(zhí)行過程為:(1)用戶提交作業(yè)：作業(yè)程序、數(shù)據(jù)，用作業(yè)控制語言編寫的作業(yè)說明書;(2)作業(yè)被作成穿孔紙帶或卡片;(3)操作員有選擇地把若干作業(yè)合成一批，通過輸入設(shè)備(紙帶輸入機(jī)或讀卡機(jī))把它們存入磁帶;(4)監(jiān)督程序讀入一個作業(yè)(若系統(tǒng)資源能滿足該要求);(5)從磁帶調(diào)入?yún)R編程序或編譯程序，將用戶作業(yè)源程序翻譯成目標(biāo)代碼;(6)連接裝配程序把編譯后的目標(biāo)代碼及所需的子程序裝配成一個可執(zhí)行程序;(7)啟動執(zhí)行;(8)執(zhí)行完畢，由善后處理程序輸出計(jì)算結(jié)果;(9)再讀入一個作業(yè)，重復(fù)(5)—(9)各步；(10)一批作業(yè)完成，返回到(3)，處理下一批作業(yè)。這種聯(lián)機(jī)批處理方式解決了作業(yè)自動轉(zhuǎn)接，從而減少作業(yè)建立和人工操作時(shí)間。但是在作業(yè)的輸入和執(zhí)行結(jié)果的輸出過程中，主機(jī)CPU仍處在停止等待狀態(tài)，這樣慢速的輸入輸出設(shè)備和快速主機(jī)之間仍處于串行工作，CPU的時(shí)間仍有很大的浪費(fèi)。聯(lián)機(jī)批處理

這種方式的顯著特征是增加一臺不與主機(jī)直接相連而專門用于與輸入輸出設(shè)備打交道的衛(wèi)星機(jī)。如圖1.2所示。衛(wèi)星機(jī)的功能是：(1)輸入設(shè)備通過它把作業(yè)輸入到輸入磁帶；(2)輸出磁帶將作業(yè)執(zhí)行結(jié)果輸出到輸出設(shè)備。這樣，主機(jī)不是直接與慢速的輸入輸出設(shè)備打交道，而是與速度相對較快的磁帶機(jī)發(fā)生關(guān)系。主機(jī)與衛(wèi)星機(jī)可以并行工作，二者分工明確，以充分發(fā)揮主機(jī)的高速度計(jì)算能力。因此脫機(jī)批處理和早期聯(lián)機(jī)批處理相比大大提高了系統(tǒng)的處理能力。脫機(jī)批處理圖1.2早期脫機(jī)批處理模型

批處理出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代末到60年代初。它的出現(xiàn)促使了軟件的發(fā)展。再有重要的是監(jiān)督程序，它管理作業(yè)的運(yùn)行——負(fù)責(zé)裝入和運(yùn)行各種系統(tǒng)處理程序，如匯編程序、編譯程序、連接裝配程序、程序庫(如輸入輸出標(biāo)準(zhǔn)程序等);完成作業(yè)的自動過渡，同時(shí)也出現(xiàn)程序覆蓋等程序設(shè)計(jì)技術(shù)。批處理仍有些缺點(diǎn)：磁帶需人工拆裝，既麻煩又易出錯；而另一個更重要的問題是系統(tǒng)的保護(hù)。監(jiān)督程序管理下的解題過程：監(jiān)督程序管理下的解題過程

在進(jìn)行批處理過程中，監(jiān)督程序、系統(tǒng)程序和用戶程序之間存在著一種調(diào)用關(guān)系，任何一個環(huán)節(jié)出問題，整個系統(tǒng)都會停頓;用戶程序也可能會破壞監(jiān)督程序和系統(tǒng)程序，這時(shí)，只有操作員進(jìn)行干預(yù)才能恢復(fù)。20世紀(jì)60年代初期，硬件獲得了兩方面(即通道和中斷技術(shù))的進(jìn)展，導(dǎo)致操作系統(tǒng)進(jìn)入執(zhí)行系統(tǒng)階段。

通道是一種專用處理部件，它能控制一臺或多臺輸入輸出設(shè)備工作，負(fù)責(zé)輸入輸出設(shè)備與主存之間的信息傳輸。它一旦被啟動就能獨(dú)立于CPU運(yùn)行，這樣可使CPU和通道并行操作，而且CPU和多種輸入輸出設(shè)備也能并行操作。中斷是指當(dāng)主機(jī)接到外部信號(如輸入輸出設(shè)備完成信號)時(shí)，馬上停止原來工作，轉(zhuǎn)去處理這一事件，處理完畢后，主機(jī)回到原來的斷點(diǎn)繼續(xù)工作。

借助于通道、中斷技術(shù)和輸入輸出可在主機(jī)控制下完成批處理。這時(shí)，原來的監(jiān)督程序的功能擴(kuò)大了，它不僅要負(fù)責(zé)作業(yè)運(yùn)行的自動調(diào)度，而且還要提供輸入輸出控制功能。這個發(fā)展了的監(jiān)督程序常駐內(nèi)存稱為執(zhí)行系統(tǒng)。

執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的也是輸入輸出聯(lián)機(jī)操作，和早期批處理系統(tǒng)不同的是：輸入輸出工作是由在主機(jī)控制下的通道完成的。主機(jī)和通道、主機(jī)和輸入輸出設(shè)備都可以并行操作。用戶程序的輸入輸出工作都是由系統(tǒng)執(zhí)行而沒有人工干預(yù)，由系統(tǒng)檢查其命令的合法性，以避免不合法的輸入輸出命令造成對系統(tǒng)的影響，從而提高系統(tǒng)的安全性。此時(shí)，除了輸入輸出中斷外，其他中斷如算術(shù)溢出和非法操作碼中斷等可以克服錯誤停機(jī)，而時(shí)鐘中斷可以解決用戶程序中出現(xiàn)的死循環(huán)等。

許多成功的批處理系統(tǒng)在20世紀(jì)50年代末和60年代初出現(xiàn)，典型的操作系統(tǒng)是FMS(FortranMonitorSystem)即FORTRAN監(jiān)督系統(tǒng)和IBM/7094機(jī)上的IBM操作系統(tǒng)IBSYS。執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了主機(jī)、通道和輸入輸出設(shè)備的并行操作，提高了系統(tǒng)效率，方便用戶對輸入輸出設(shè)備的使用。但是，這時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的特征是單道順序地處理作業(yè)，即用戶作業(yè)仍然是一道一道作業(yè)順序處理。那么可能會出現(xiàn)兩種情況:

對于以計(jì)算為主的作業(yè)，輸入輸出量少，外圍設(shè)備空閑;然而對于以輸入輸出為主的作業(yè)，又會造成主機(jī)空閑。這樣總的來說，計(jì)算機(jī)資源使用效率仍然不高。因此操作系統(tǒng)進(jìn)入了多道程序階段:多道程序合理搭配交替運(yùn)行，充分利用資源，提高效率。通道和中斷技術(shù)單道批處理系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)：同一批內(nèi)各作業(yè)自動依次更替，改善了主機(jī)CPU和I/O設(shè)備的使用效率，提高了吞吐量。主要問題：CPU和I/O設(shè)備使用忙閑不均，取決于作業(yè)特性。計(jì)算為主的作業(yè)，外設(shè)空閑；I/O為主的作業(yè)，CPU空閑；通道和中斷技術(shù)通道：用于控制I/O設(shè)備與內(nèi)存間的數(shù)據(jù)傳輸。啟動后可獨(dú)立于CPU運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)CPU與I/O的并行。中斷：指CPU在收到外部中斷信號后，停止原來工作，轉(zhuǎn)去處理該中斷事件，完畢后回到原來斷點(diǎn)繼續(xù)工作。第三代：多道批處理操作系統(tǒng)-

現(xiàn)代操作系統(tǒng)雛型運(yùn)行一個作業(yè)的步驟：將程序?qū)懺诩埳希ㄓ酶呒壵Z言或匯編語言）穿孔成卡片，再將卡片盒交給操作員計(jì)算結(jié)果從打印機(jī)上輸出操作員到打印機(jī)上撕下運(yùn)算結(jié)果送到輸出室程序員稍后可從輸出室取到結(jié)果操作員從輸入室的卡片盒中讀入另一個任務(wù)如果需要FORTRAN編譯器，還要把它取來讀入計(jì)算機(jī)缺點(diǎn)：機(jī)時(shí)在走來走去時(shí)浪費(fèi)掉上述批處理系統(tǒng)，每次只調(diào)用一個用戶作業(yè)程序進(jìn)入內(nèi)存并運(yùn)行，稱為單道運(yùn)行。單道程序工作示例多道程序系統(tǒng)多道程序工作示例多道程序系統(tǒng)

在單處理機(jī)系統(tǒng)中，多道程序運(yùn)行的特點(diǎn)是:(1)多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存中同時(shí)存放幾道相互獨(dú)立的程序。(2)宏觀上并行：同時(shí)進(jìn)入系統(tǒng)的幾道程序都處于運(yùn)行過程中，即它們先后開始了各自的運(yùn)行，但都未運(yùn)行完畢。(3)微觀上串行：實(shí)際上，各道程序輪流使用CPU，交替執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高、系統(tǒng)吞吐量大、系統(tǒng)切換開銷小缺點(diǎn)：無交互能力、作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間較長

在批處理系統(tǒng)中采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，就形成了多道批處理系統(tǒng)。要處理的許多作業(yè)存放在外部存儲器中，形成作業(yè)隊(duì)列，等待運(yùn)行。當(dāng)需要調(diào)入作業(yè)時(shí)，將由操作系統(tǒng)中的作業(yè)調(diào)度程序?qū)ν獯嬷械囊慌鳂I(yè)，根據(jù)其對資源的要求和一定的調(diào)度原則，調(diào)幾個作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存，讓它們交替運(yùn)行。當(dāng)某個作業(yè)完成，然后再調(diào)入一個或幾個作業(yè)。這種處理方式，在內(nèi)存中總是同時(shí)存在幾道程序，系統(tǒng)資源得到比較充分的利用。并行運(yùn)行的程序要共享計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件資源，既有對資源的競爭，但又須相互同步。因此同步與互斥機(jī)制成為操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問題。隨著多道程序的增加，出現(xiàn)了內(nèi)存不夠用的問題，提高內(nèi)存的使用效率也成為關(guān)鍵。因此出現(xiàn)了諸如覆蓋技術(shù)、對換技術(shù)和虛擬存儲技術(shù)等內(nèi)存管理技術(shù)。由于多道程序存在于內(nèi)存，為了保證系統(tǒng)程序存儲區(qū)和各用戶程序存儲區(qū)的安全可靠，提出了內(nèi)存保護(hù)的要求。

多道程序系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著在操作系統(tǒng)漸趨成熟的階段先后出現(xiàn)了作業(yè)調(diào)度管理、處理機(jī)管理、存儲器管理、外部設(shè)備管理、文件系統(tǒng)管理等功能。

多道程序系統(tǒng)要解決的問題

同步就是你叫我去吃飯，我聽到了就和你去吃飯；如果沒有聽到，你就不停的叫，直到我告訴你聽到了，才一起去吃飯。

異步就是你叫我，然后自己去吃飯，我得到消息后可能立即走，也可能等到下班才去吃飯。同步：提交請求->等待服務(wù)器處理->處理完畢返回這個期間客戶端瀏覽器不能干任何事

異步:

請求通過事件觸發(fā)->服務(wù)器處理（這是瀏覽器仍然可以作其他事情）->處理完畢

去吃拉面，點(diǎn)了一份，拉面師傅拉了一份，然后客人吃掉了，這叫同步。拉面師傅不管有沒有人點(diǎn)，反正不停的一份一份的拉，客人隨到隨吃，這叫異步。Example兩個程序：A程序按順序使用CPU10秒，使用設(shè)備甲5秒，使用CPU5秒，使用設(shè)備乙10秒，最后使用CPU10秒。B程序順序使用設(shè)備甲10秒，使用CPU10秒，使用設(shè)備乙5秒，使用CPU5秒，使用設(shè)備乙10秒。計(jì)算（不計(jì)程序切換時(shí)間）：(1)順序環(huán)境下執(zhí)行A程序和B程序，CPU的利用率是多少?(2)多道程序環(huán)境下，CPU的利用率是多少？程序A和程序B順序執(zhí)行時(shí)，程序A執(zhí)行完畢，程序B才開始執(zhí)行。兩個程序共耗時(shí)80秒，其中占用CPU時(shí)間為40秒。故順序執(zhí)行時(shí)CPU利用率為50%。多道程序環(huán)境下，兩個程序并發(fā)的執(zhí)行，如圖所示?？梢钥闯鰞蓚€程序共耗時(shí)45秒，其中占用CPU時(shí)間為40秒。故此時(shí)CPU利用率為40/45=88.89%。特性優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高（CPU、內(nèi)存、I/O）；作業(yè)吞吐量大缺點(diǎn)：用戶交互性差；作業(yè)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長

根據(jù)環(huán)境和作業(yè)處理方式，操作系統(tǒng)的基本類型有：(1)單用戶操作系統(tǒng)(Personalcomputeroperatingsystem)(2)批處理操作系統(tǒng)(Batchprocessingoperatingsystem)(3)分時(shí)操作系統(tǒng)(Timesharingoperatingsystem)(4)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Realtimeoperatingsystem)(5)通用操作系統(tǒng)(Generaloperatingsystem)(6)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(Networkoperatingsystem)(7)分布式操作系統(tǒng)(Distributedoperatingsystem)1.4操作系統(tǒng)的基本類型1.4操作系統(tǒng)的類型1.4.2批處理系統(tǒng)作業(yè):是用戶定義的、由計(jì)算機(jī)完成的工作單位。

用戶將作業(yè)成批的交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng),系統(tǒng)則自動地選擇作業(yè)運(yùn)行。

批處理系統(tǒng)的特征

多道：計(jì)算機(jī)內(nèi)存同時(shí)駐留多個用戶的作業(yè),互不干擾。

成批：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可同時(shí)接納多個用戶的作業(yè)。脫機(jī)工作：用戶不需與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交流。1.4.1單用戶操作系統(tǒng)第四代分時(shí)系統(tǒng)70年代中期至今，Time-SharingSystem多個用戶分享使用同一臺計(jì)算機(jī)。多個程序分時(shí)共享硬件和軟件資源。通常按時(shí)間片(TimeSlice)分配：各個程序在CPU上執(zhí)行的輪換時(shí)間。操作系統(tǒng)：CTSS(M.I.T.)Multics(computercommunity)批處理方式下，用戶以脫機(jī)操作方式使用計(jì)算機(jī)，只有等該批作業(yè)處理結(jié)束，用戶才能得到計(jì)算結(jié)果。根據(jù)結(jié)果再作下一步處理。它的好處是計(jì)算機(jī)效率高。不過，用戶十分留戀手工操作階段的聯(lián)機(jī)工作方式，獨(dú)占計(jì)算機(jī)，并直接控制程序運(yùn)行。但獨(dú)占計(jì)算機(jī)方式會造成資源效率低。既能保證計(jì)算機(jī)效率，又能方便用戶使用，成為一種新的追求目標(biāo)。

20世紀(jì)60年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展使這種追求成為可能。由于CPU速度不斷提高和采用分時(shí)技術(shù)，一臺計(jì)算機(jī)可同時(shí)連接多個用戶終端，而每個用戶可在自己的終端上聯(lián)機(jī)使用計(jì)算機(jī)，好像自己獨(dú)占機(jī)器一樣。分時(shí)操作系統(tǒng)

所謂分時(shí)技術(shù)，就是把處理機(jī)的運(yùn)行時(shí)間分成很短的時(shí)間片，按時(shí)間片輪流把處理機(jī)分配給各聯(lián)機(jī)作業(yè)使用。若某個作業(yè)在分配給它的時(shí)間片內(nèi)不能完成其計(jì)算，則該作業(yè)暫時(shí)中斷，把處理機(jī)讓給另一作業(yè)使用，等待下一輪時(shí)再繼續(xù)其運(yùn)行。由于計(jì)算機(jī)速度很快，作業(yè)運(yùn)行輪轉(zhuǎn)得很快，給每個用戶的印象是好像他獨(dú)占了一臺計(jì)算機(jī)。而每個用戶可以通過自己終端向系統(tǒng)發(fā)出各種操作控制命令，完成作業(yè)的運(yùn)行。

多用戶分時(shí)操作系統(tǒng)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)中最普遍使用的一類操作系統(tǒng)。分時(shí)操作系統(tǒng)特性同時(shí)性：也稱為多路性。若干用戶同時(shí)與一臺計(jì)算機(jī)相連，宏觀上看各個用戶在同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，他們是并行的；微觀上看各個用戶在輪流使用計(jì)算機(jī)。交互性：用戶通過終端設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)）向系統(tǒng)發(fā)出請求，并根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)結(jié)果再向系統(tǒng)發(fā)出請求，直至得到滿意的結(jié)果。獨(dú)立性：每個用戶使用各自的終端與系統(tǒng)交互，彼此獨(dú)立、互不干擾。及時(shí)性：指用戶向系統(tǒng)發(fā)出請求后，應(yīng)該在較短的時(shí)間內(nèi)得到響應(yīng)。響應(yīng)時(shí)間：指從用戶發(fā)出命令到系統(tǒng)給予反應(yīng)所經(jīng)歷的時(shí)間。分時(shí)系統(tǒng)分時(shí)系統(tǒng)的特征同時(shí)性：若干用戶可同時(shí)上機(jī)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

交互性：用戶能方便地與系統(tǒng)進(jìn)行人—機(jī)對話。及時(shí)性：用戶能在很短時(shí)間內(nèi)得到系統(tǒng)的響應(yīng)。

一臺計(jì)算機(jī)可同時(shí)為多個終端用戶服務(wù),每個用戶通過自己使用的終端采用人機(jī)對話的方式控制自己的程序運(yùn)行,而系統(tǒng)則將處理機(jī)分成時(shí)間片為每個終端用戶服務(wù)。獨(dú)立性：每個用戶各自獨(dú)立的工作。

1.4操作系統(tǒng)的類型

20世紀(jì)60年代中期計(jì)算機(jī)進(jìn)入第三代，計(jì)算機(jī)的性能和可靠性有了很大提高，造價(jià)亦大幅度下降，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)應(yīng)用越來越廣泛。計(jì)算機(jī)由于用于工業(yè)過程控制、軍事實(shí)時(shí)控制等形成了各種實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。針對實(shí)時(shí)處理的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是以在允許時(shí)間范圍之內(nèi)做出響應(yīng)為特征的。它要求計(jì)算機(jī)對于外來信息能以足夠快的速度進(jìn)行處理，并在被控對象允許時(shí)間范圍內(nèi)作出快速響應(yīng)，其響應(yīng)時(shí)間要求在秒級、毫秒級甚至微秒級或更小。近年來，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。特別是非PC機(jī)和PDA（個人數(shù)字助理）等新設(shè)備的出現(xiàn)，更加強(qiáng)了這一趨勢。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)

對外來信息以足夠快的速度予以響應(yīng)的高可靠的系統(tǒng).

實(shí)時(shí)系統(tǒng)的用途

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

實(shí)時(shí)工業(yè)控制多道批處理系統(tǒng)和分時(shí)系統(tǒng)的不斷改進(jìn)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)的出現(xiàn)及其應(yīng)用日益廣泛，致使操作系統(tǒng)日益完善。在此基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了通用操作系統(tǒng)。它可以同時(shí)兼有多道批處理、分時(shí)、實(shí)時(shí)處理的功能，或其中兩種以上的功能。例如，將實(shí)時(shí)處理和批處理相結(jié)合構(gòu)成實(shí)時(shí)批處理系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，它首先保證優(yōu)先處理任務(wù)，插空進(jìn)行批作業(yè)處理。通常把實(shí)時(shí)任務(wù)稱為前臺作業(yè)，批作業(yè)稱為后臺作業(yè)。將批處理和分時(shí)處理相結(jié)合可構(gòu)成分時(shí)批處理系統(tǒng)。在保證分時(shí)用戶的前提下，沒有分時(shí)用戶時(shí)可進(jìn)行批量作業(yè)的處理。同樣，分時(shí)用戶和批處理作業(yè)可按前后臺方式處理。通用操作系統(tǒng)20世紀(jì)60年代中期開始，國際上開始研制大型通用操作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在解決其可靠性、可維護(hù)性、可理解性和開放性等方面都遇到很大的困難。相比之下UNIX

操作系統(tǒng)卻是一個例外。這是一個通用