作業系統-第一章-系統簡介

1.1單道批處理系統

系統對作業的處理是成批進行的，但記憶體中始終只執行一道作業。

1.1.1主要特徵：

(1)自動性（磁帶上的一批作業能自動執行，無需人工干預）

(2)順序性（磁帶上的各道作業按順序地進入記憶體，先調入記憶體的作業先完成）

(3)單道性（記憶體中僅有一道程式執行）

1.1.2存在的問題：

作業執行過程中如果發生I/O請求，高速的CPU便需要等待低速的I/O操作完成，導致CPU資源利用率和系統吞吐量降低

1.2多道批處理系統

多道程式設計技術允許多個程式同時進入記憶體並執行。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。它讓系統的各個組成部分都儘量去“忙”，花費很少時間去切換任務，達到了系統各部件之間的並行工作，從而使各種資源得到充分利用，增大系統吞吐量大。

1.2.1主要特徵：

(1)多道（計算機記憶體中同時存放多道相互獨立的程式）

(2)巨集觀上並行（同時進入系統的多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（記憶體中的多道程式輪流佔有CPU，交替執行）

1.2.2優缺點：

（1）資源利用率高；
（2）系統吞吐量大：系統吞吐量是指系統在單位時間內所完畢的總工作量。能提高系統吞吐量的主要原因可歸納為：第一,CPU和其他資源保持“忙碌”狀態；第二，僅當作業完畢時或執行不下去時才進行切換。系統開銷小；
（3）平均週轉時間長；
（4）無互動能力。

1.3分時系統

所謂分時技術就是把處理器的執行時間分成很短的時間片，按時間片輪流把處理器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，則該作業暫時停止執行，把處理器讓給其他作業使用，等待下一輪再繼續執行。由於計算機速度很快，給每個使用者的感覺好像是自己獨佔一臺計算機。

多道批處理是實現作業自動控制而無需人工干預的系統，而分時系統是實現人機互動的系統

1.3.1主要特徵：

（1）多路性：同意在一臺主機上同一時候聯接多臺聯機終端，系統按分時原則為每一個使用者服務。
（2）獨立性：每一個使用者各佔一個終端，彼此獨立操作，互不干擾。
（3）及時性：使用者的請求能在非常短的時間獲得響應。
（4）互動性：使用者可通過終端與系統進行廣泛的人機對話。

1.3.2存在的問題：

雖然分時作業系統比較好地解決了人機互動問題，但是在一些應用場合，需要系統能對外部的資訊在規定的時間（比時間片的時間還短）內作出處理（比如飛機訂票系統或導彈制導系統)。因此，實時系統應運而生。

1.4實時系統

實時系統主要用於專用系統，有著非常嚴格的固定時間要求。實時作業系統有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規定的時間內必須完成操作，這是在作業系統設計時保證的；軟實時則只要按照任務的優先順序，儘可能快地完成操作即可。

1.4.1主要特徵：

(1)及時響應性

(2)高可靠性

1.5作業系統包括哪些功能？

1.5.1 儲存器管理功能

記憶體分配: 記錄整個記憶體，按照某種策略實施分配，或回收釋放的記憶體空間。

地址對映: 硬體支援下解決地址對映，即邏輯到實體地址轉換。

記憶體保護: 保證各程式空間不受“進犯” 。

記憶體擴充: 通過虛擬儲存器技術虛擬成比實際記憶體大的多的空間來滿足實際執行的需要。

1.5.2 處理機管理功能

作業和程式排程: 後備佇列上（外存空間）的排程，作業排程(並不是所有型別機器都具有) 。CPU排程，程式排程。

程式通訊: 由於多個程式(程式)彼此間會發生相互制約關係，需要設定程式同步機制。程式之間往往需要交換資訊，為此係統要提供通訊機制。

1.5.3 裝置管理功能

緩衝區管理: 管理各類I/O裝置的資料緩衝區，解決CPU和外設速度不匹配的矛盾。

裝置分配: 根據I/O請求和相應分配策略分配外部裝置以及通道、控制器等。

裝置驅動: 實現使用者提出的I/O操作請求，完成資料的輸入輸出。這個過程是系統建立和維持的。

裝置無關性: 應用程式獨立於實際的物理裝置，由作業系統將邏輯裝置對映到物理裝置。

1.5.4 檔案管理功能

檔案儲存空間的管理：記錄空閒空間、為新檔案分配必要的外存空間，回收釋放的檔案空間，提高外存的利用率等。

目錄管理: 目錄檔案的組織、及實現使用者對檔案的“按名存取”、目錄的快速查詢和檔案共享等。

檔案的讀寫管理和存取控制: 根據使用者請求，讀取或寫入外存。並防止未授權使用者的存取或破壞，對各檔案（包括目錄檔案）進行存取控制。

1.5.5 使用者介面管理

命令介面: 系統提供一套命令，每個命令都由系統的命令解釋程式所接收、分析，然後呼叫相應模組完成命令所需求功能。

圖形介面: 考慮使用者使用計算機的方便性，現代作業系統都提供了圖形使用者介面。它也是一種互動形式，只不過將命令形式改成了圖形提示和滑鼠點選。

程式介面: 也稱系統呼叫介面，是程式層次上使用者與作業系統打交道的方式。

1.6併發與並行

並行指兩個或多個事件在同一時刻發生，併發 性指兩個或多個事件在同一時間間隔內發生。

什麼是並行？什麼是併發？

併發：併發性是指兩個或多個事件在同一給定的時間間隔中進行。

並行：並行性是指兩個或多個事件在同一時刻發生。

併發與並行的區別：並行性指兩個或多個事件在同一時刻發生，併發性指兩個或多個事件在同一時間間隔發生。

1.7 程式

指在系統中能夠獨立執行並作為 資源分配的基本單位，由一組機器指令，資料和堆疊等組成，是一個活動實體。多個程式 之間可以併發執行和交換資訊。能夠極大的提高系統資源的利用率和增加系統吞吐量。

第一章測試題

1. 在計算機系統中配置作業系統的主要目的是（`提高系統資源的利用率`）。

2. 作業系統的主要功能是管理計算機系統中的（`資源`），其中包括處理機、儲存器、檔案和裝置。

3. 允許多個使用者以互動方式使用計算機的作業系統，稱為（`分時作業系統`）。

4. 允許多個使用者將若干個作業提交給計算機系統集中處理的作業系統稱為（`批處理作業系統`）。

5. 在（`實時作業系統`）的控制下，計算機系統能及時處理由過程控制反饋的資料，並做出響應。

6. 在IBM-PC機上的作業系統稱為（`微機作業系統`）。

7. 作業系統是一種系統軟體，它負責為使用者和使用者程式完成所有（`與硬體相關並與應用無關`）的工作。

8. （`高階程式設計語言的編譯`）不是作業系統關心的主要問題。

9. 使用者在程式設計過程中，可通過（`系統呼叫`）獲得作業系統的服務。

10. 為實現多道程式設計需要有（`更大的記憶體`）。

11. 在多道批處理系統中，為了充分利用各種資源，系統總是優先選擇（`計算型和I/O型均衡的`）多個作業投入執行。

12. 為了提高吞吐量，系統總是想方設法縮短使用者作業的（`週轉時間`）。

13. 分時系統的響應時間（及時性）主要是根據（`使用者所能接受的等待時間`）確定的。

14. 實時系統的響應時間是由（`控制物件所能接受的時延`）確定的。

15. 當使用者數目為100時，為保證響應時間不超過2秒，此時的時間片最大應為（`20ms`）。

16. 從下面關於併發性的論述中，選擇一條正確的論述。`併發性是指若干事件在同一時間間隔內發生`

17. 在單處理器系統中，可以併發但不可以並行工作的是（`程式與程式`）。

18. 採用（`微核心`）結構時，將OS分成用於實現OS最基本功能的核心和提供各種服務的伺服器兩個部分。

19. 通常，下列模組中必須包含在作業系統核心中的是（`中斷處理`）模組。

20. 與早期的OS相比，採用微核心結構的OS具有很多優點，但這些優點不包含（`提高了OS的執行效率`）。

21. Windows XP、Windows 7及Windows 8是（`單使用者多工`），它們都是由Microsoft公司開發的。

22. UNIX作業系統最初是由Bell實驗室推出的，它屬於（`多使用者多工`）類作業系統。

23. Linux是一個多使用者多工的作業系統，其核心的創始人是Linux Torvalds，所謂Linux是一個“Free Software”，這意味著（`Linux可以自由修改和釋出`）。

24. 在8位微機上佔據統治地位的作業系統是（`CP/M`）。

25. #### 16位微機事實上的作業系統標準是（`MS-DOS`）。