作業系統的發展史

2022-08-20 16:48:11 字數 3764 閱讀 4523

作業系統並不是與計算機一起誕生的,它是在人們使用計算機的過程中,為了滿足兩大需求:提高資源利用率、增強計算機系統效能,伴隨著計算機技術本身及其應用的日益發展,而逐步地形成和完善起來的·。

·手工輸入

缺點:效率低,cpu的運算速度能提高,但卻把大量時間用在了空載上;

·聯機批處理系統

雖然將任務成批運輸到cpu處理,但是cpu還是要忙等

.分時處理系統

優點1.乙個乙個的執行 序列

2.採用了分時之後,對使用者來說,任務好像是併發的

缺點1·每個任務花費時間更長

2.不能實時處理,不適合對實時性要求高的任務通用處理系統

通用處理系統

批處理系統:載入在計算機上的乙個系統軟體,在它的控制下,計算機能夠自動地、成批地處理乙個或多個使用者的作業(這作業包括程式、資料和命令)。

聯機批處理系統

首先出現的是聯機批處理系統,即作業的輸入/輸出由cpu來處理。

主機與輸入機之間增加乙個儲存裝置--磁帶,在執行於主機上的監督程式的自動控制下,計算機可自動完成:成批地把輸入機上的使用者作業讀入磁帶,依次把磁帶上的使用者作業讀入主機記憶體並執行並把計算結果向輸出機輸出。完成了上一批作業後,監督程式又從輸入機上輸入另一批作業,儲存在磁帶上,並按上述步驟重複處理。

監督程式不停地處理各個作業,從而實現了作業到作業的自動轉接,減少了作業建立時間和手工操作時間,有效克服了人機矛盾,提高了計算機的利用率。

但是,在作業輸入和結果輸出時,主機的高速cpu仍處於空閒狀態,等待慢速的輸入/輸出裝置完成工作: 主機處於"忙等"狀態。

離線批處理系統

為克服與緩解:高速主機與慢速外設的矛盾,提高cpu的利用率,又引入了離線批處理系統,即輸入/輸出脫離主機控制。

這種方式的顯著特徵是:增加一台不與主機直接相連而專門用於與輸入/輸出裝置打交道的衛星機。

其功能是:

(1)從輸入機上讀取使用者作業並放到輸入磁帶上。

(2)從輸出磁帶上讀取執行結果並傳給輸出機。

這樣,主機不是直接與慢速的輸入/輸出裝置打交道,而是與速度相對較快的磁帶機發生關係,有效緩解了主機與裝置的矛盾。主機與衛星機可並行工作,二者分工明確,可以充分發揮主機的高速計算能力。

離線批處理系統:20世紀60年代應用十分廣泛,它極大緩解了人機矛盾及主機與外設的矛盾。ibm-7090/7094:配備的監督程式就是離線批處理系統,是現代作業系統的原型。

不足:每次主機記憶體中僅存放一道作業,每當它執行期間發出輸入/輸出(i/o)請求後,高速的cpu便處於等待低速的i/o完成狀態,致使cpu空閒。

為改善cpu的利用率,又引入了多道程式系統。

多道程式設計技術

所謂多道程式設計技術,就是指允許多個程式同時進入記憶體並執行。即同時把多個程式放入記憶體,並允許它們交替在cpu中執行,它們共享系統中的各種硬、軟體資源。當一道程式因i/o請求而暫停執行時,cpu便立即轉去執行另一道程式。

單道程式的執行過程:

在a程式計算時,i/o空閒, a程式i/o操作時,cpu空閒(b程式也是同樣);必須a工作完成後,b才能進入記憶體中開始工作,兩者是序列的,全部完成共需時間=t1+t2。

多道程式的執行過程:

將a、b兩道程式同時存放在記憶體中,它們在系統的控制下,可相互穿插、交替地在cpu上執行:當a程式因請求i/o操作而放棄cpu時,b程式就可占用cpu執行,這樣 cpu不再空閒,而正進行a i/o操作的i/o裝置也不空閒,顯然,cpu和i/o裝置都處於"忙"狀態,大大提高了資源的利用率,從而也提高了系統的效率,a、b全部完成所需時間多道程式設計技術不僅使cpu得到充分利用,同時改善i/o裝置和記憶體的利用率,從而提高了整個系統的資源利用率和系統吞吐量(單位時間內處理作業(程式)的個數),最終提高了整個系統的效率。

單處理機系統中多道程式執行時的特點:

(1)多道:計算機記憶體中同時存放幾道相互獨立的程式;

(2)巨集觀上並行:同時進入系統的幾道程式都處於執行過程中,即它們先後開始了各自的執行,但都未執行完畢;

(3)微觀上序列:實際上,各道程式輪流地用cpu,並交替執行。

多道程式系統的出現,標誌著作業系統漸趨成熟的階段,先後出現了作業排程管理、處理機管理、儲存器管理、外部裝置管理、檔案系統管理等功能。

多道批處理系統

20世紀60年代中期,在前述的批處理系統中,引入多道程式設計技術後形成多道批處理系統(簡稱:批處理系統)。

它有兩個特點:

(1)多道:系統內可同時容納多個作業。這些作業放在外存中,組成乙個後備佇列,系統按一定的排程原則每次從後備作業佇列中選取乙個或多個作業進入記憶體執行,執行作業結束、退出執行和後備作業進入執行均由系統自動實現,從而在系統中形成乙個自動轉接的、連續的作業流。

(2)成批:在系統執行過程中,不允許使用者與其作業發生互動作用,即:作業一旦進入系統,使用者就不能直接干預其作業的執行。

批處理系統的追求目標:提高系統資源利用率和系統吞吐量,以及作業流程的自動化。

批處理系統的乙個重要缺點:不提供人機互動能力,給使用者使用計算機帶來不便。

雖然使用者獨佔全機資源,並且直接控制程式的執行,可以隨時了解程式運**況。但這種工作方式因獨佔全機造成資源效率極低。

一種新的追求目標:既能保證計算機效率,又能方便使用者使用計算機。 20世紀60年代中期,計算機技術和軟體技術的發展使這種追求成為可能。

由於cpu速度不斷提高和採用分時技術,一台計算機可同時連線多個使用者終端,而每個使用者可在自己的終端上聯機使用計算機,好象自己獨佔機器一樣。

分時技術:把處理機的執行時間分成很短的時間片,按時間片輪流把處理機分配給各聯機作業使用。

若某個作業在分配給它的時間片內不能完成其計算,則該作業暫時中斷,把處理機讓給另一作業使用,等待下一輪時再繼續其執行。由於計算機速度很快,作業執行輪轉得很快,給每個使用者的印象是,好象他獨佔了一台計算機。而每個使用者可以通過自己的終端向系統發出各種操作控制命令,在充分的人機互動情況下,完成作業的執行。

具有上述特徵的計算機系統稱為分時系統,它允許多個使用者同時聯機使用計算機。

特點:(1)多路性。若干個使用者同時使用一台計算機。微觀上看是各使用者輪流使用計算機;巨集觀上看是各使用者並行工作。

(2)互動性。使用者可根據系統對請求的響應結果,進一步向系統提出新的請求。這種能使使用者與系統進行人機對話的工作方式,明顯地有別於批處理系統,因而,分時系統又被稱為互動式系統。

(3)獨立性。使用者之間可以相互獨立操作,互不干擾。系統保證各使用者程式執行的完整性,不會發生相互混淆或破壞現象。

(4)及時性。系統可對使用者的輸入及時作出響應。分時系統效能的主要指標之一是響應時間,它是指:從終端發出命令到系統予以應答所需的時間。

分時系統的主要目標:對使用者響應的及時性,即不至於使用者等待每乙個命令的處理時間過長。

分時系統可以同時接納數十個甚至上百個使用者,由於記憶體空間有限,往往採用對換(又稱交換)方式的儲存方法。即將未"輪到"的作業放入磁碟,一旦"輪到",再將其調入記憶體;而時間片用完後,又將作業存回磁碟(俗稱"滾進"、"滾出"法),使同一儲存區域輪流為多個使用者服務。

多使用者分時系統是當今計算機作業系統中最普遍使用的一類作業系統。

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