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  • 多道批处理系统与分时系统:并发
    2021-03-11 11:12:19

    多道批处理系统

    简单批操作系统I/O设备的速度比处理器要慢,大部分时间用来等待I/O设备从文件中取数据或者将数据写入文件。 

    当一个作业需要等待I/O的时候,处理器可以专区处理另外一个不需要等待I/O的作业。multitasking

    分时系统

    • 多个用户分享处理时间
    • 多个用户从终端同时访问系统,操作系统控制每个用户程序以很短是的时间为单位交替进行。
    • 因此,有n个用户同时请求服务,如果不计操作系统开销,则每个用户将获得计算机有效能力的1/n 

    多道批处理系统与分时系统对比:

    多道批处理系统:处理器使用最大化,指令来源:作业中的作业控制语言之指令

    分时:响应时间最小化,终端输入的指令

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  • 文章目录操作系统的发展导言手工操作阶段批处理阶段单道批处理系统多道批处理系统(操作系统正式诞生)分时操作系统实时操作系统其他几种操作系统总结感谢 操作系统的发展 导言 操作系统的发展阶段:手工操作阶段...

    操作系统的发展


    导言

    操作系统的发展阶段:手工操作阶段、批处理阶段(单道批处理系统,多道批处理系统(操作系统开始出现))、分时操作系统、实时操作系统。而随着操作系统的发展,网络操作系统、分布式操作系统、个人计算机操作系统也出现了。
    下面将介绍每个阶段的过程以及优缺点。(各阶段的主要优点都是解决了上一阶段的主要缺点)


    手工操作阶段

    过程:用户把程序写在纸带上(其实就是在纸带上打孔),然后输入到计算机中,计算机随后会处理这个程序,把输出结果又放在纸带中(其实还是打孔),展示给用户看。
    在这里插入图片描述由于用户在纸带上编写程序的速度很慢,纸带输入输出的速度也很慢,而计算机的处理速度快,所以系统资源的利用率极低。
    主要缺点: 用户独占全机,人机速度矛盾导致系统资源利用率极低。


    批处理阶段

    单道批处理系统

    单道批处理系统引入了脱机输入/输出技术(用磁带完成),但是每次只能往内存中输入一道程序,监督程序(这是操作系统的雏形)负责控制程序的输入输出。
    过程:多个用户把程序写在纸带上,然后通过外围机录入到磁带中,监督程序会控制程序的输入和输出,每次只允许计算机内存中存在一道用户程序。
    在这里插入图片描述
    PS:最后的"…"就是完成信息向用户展示的任务。

    由于磁带录入到处理器中的速度比纸带快得多,所以单道批处理系统一定程度上缓和了人机速度矛盾,资源利用率有所提升,
    主要优点: 缓和了一定程度的人机速度矛盾,资源利用率有所提升。
    主要缺点: 内存中仅能有一道用户程序运行,只有该程序运行结束后才能调入下一道程序,CPU有大量的空闲时间是在等待I/O完成,资源利用率依然很低。

    在这里要解释一下,什么叫"CPU有大量的时间是在空闲等待I/O完成",I/O其实就是输入/输出(Input/Output)。这句话的意思就是,程序在输入输出的时候,什么事情都不做,必须等输入输出完成,该程序才做接下来的事情。
    举个现实的例子:你去买宵夜,你和奶茶小贩说:"老板,我要一杯奶茶"后,你就在那里等,而不是去买其他的东西。
    在这里,你就是CPU,奶茶小贩就是输出设备,而你向奶茶小贩说了你的需求(这就是CPU要输出设备做的事)后,你没做其他的事情,而是站在那里等,那这个等的时间就是空闲时间,其实你可以在这个空闲时间做其他事情。

    多道批处理系统(操作系统正式诞生)

    每次往计算机内存中输入多道程序,并引入了中断技术,由操作系统负责管理这些程序的并发运行。
    过程:和单道批处理系统差不多,只不过是可以向计算机内存中调入多道程序,让他们在计算机内存中并发运行。
    主要优点:多道程序并发运行,共享计算机资源,资源利用率大幅提升,CPU和其他资源保存"忙碌"状态的时间增长。
    主要缺点:用户响应时间长,没有人机交互功能(用户提交自己的作业之后只能等待计算机处理完成,中间不能控制自己作业的执行)

    这里举个例子说说:为什么多道批处理系统能使资源利用率大幅提升呢?
    假如现在计算机中有3个设备,输入设备、CPU、输出设备,他们分别负责输入、计算、输出。
    那现在有3个作业,每个作业需要1s输入,1s计算,1s输出。
    假如采用单道批处理系统。那过程将如下图。
    在这里插入图片描述
    可以看出,
    输入设备的工作区间为[0,1],[3,4],[6,7]。
    CPU的工作区间为[1,2],[4,5],[7,8]。
    输出设备的工作区间为[2,3],[5,6],[8,9]。
    这些设备的工作区间都没有重叠。
    整个过程用了9s。

    假如采用多道批处理系统。那过程将如下图。
    在这里插入图片描述
    可以看出,
    输入设备的工作区间为[0,3]。
    CPU的工作区间为[1,4]。
    输出设备的工作区间为[2,5]。
    这些设备的工作区间有重叠,而且在[2,3]时,输入设备,CPU,输出设备都在工作。
    整个过程用了5s。

    从对比可以看出,多道批处理系统能使资源利用率大幅提升,也提升了工作效率。


    分时操作系统

    概述:计算机以时间片为单位轮流为各个用户/作业服务,各个用户可通过终端与计算机进行交互。
    (时间片就是一个很短的时间,比如50ms)
    图示如下:
    在这里插入图片描述主要优点:用户请求可以被即时响应,解决了人机交互问题,允许多个用户使用一台电脑,并且用户对计算机的操作相互独立,感受不到别人的存在。
    主要缺点:不能优先处理一些紧急任务,操作系统对各个用户/作业都是完全公平的,循环地为每一个用户/作业服务一个时间片,不区分任务的紧急性(有时候我们需要某个作业被马上执行,比如导弹发射,如果不能实时操作,必将产生灾难性的后果)


    实时操作系统

    为了解决分时操作系统不区分任务的紧急性的问题,实时操作系统诞生了。
    在实时操作系统的控制下,计算机系统接收到外部信号后能及时进行处理,并且要在严格的时限内处理完事件, 实时操作系统的主要特点是及时性和可靠性。
    主要优点: 能优先响应一些紧急任务,某些紧急任务不需要时间片排队。
    当然,实时操作系统也分为2类:

    1. 硬实时系统(必须在绝对严格的规定时间内完成处理,如导弹控制系统、自动驾驶系统)
    2. 软实时系统(能偶尔违反时间规定,如12306火车订票系统,有时候票的余量是不准确的,但是也不妨碍系统的正常运行)

    其他几种操作系统

    • 网络操作系统:网络操作系统伴随着计算机网络的发展而诞生,能把网络中的各个计算机有机地结合起来,实现数据传输等功能,实现网络中各种资源的共享(如文件共享)以及各台计算机之间的通信。

    • 分布式操作系统: 主要特点是分布性和并行性,系统之中的各台计算机地位相同,任何工作都可以分布在这些计算机上,他们并行、协同完成这个任务。

    • 个人操作系统: 如 Windows XP,windows 7,10,macOS,方便个人使用。


    总结

    在这里插入图片描述


    感谢

    以上内容大部分来自王道操作系统系列视频教学。

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  • 3、操作系统的分类与发展思维导图:手工操作阶段:批处理阶段:1、批处理阶段——单道批处理系统:2、批处理阶段——多道批处理系统:分时操作系统:实时操作系统:其他操作系统: 思维导图: 手工操作阶段: 不...

    思维导图:

    在这里插入图片描述

    手工操作阶段:

    在这里插入图片描述

    不难看出,人机速度之间存在着极大的矛盾,计算机可以很快的处理数据,而手工装/取纸带的速度相对而言就极慢,这样就会导致问题计算机资源利用率极低,长期处于空闲状态,而且当时计算机造价昂贵;基于这样的缺点,产生了单道批处理系统,进入批处理阶段

    批处理阶段:

    1、批处理阶段——单道批处理系统:

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    相比于手工操作阶段,它在一定程度上缓解了人机矛盾,完成一个作业的时间减少,提高了资源的利用率;但是在同一时刻,仍然只能运行一个作业,cpu有很大一部分时是在等待I/O完成,实际上其资源利用率仍然不高;基于这种缺点,产生了多道批处理系统

    2、批处理阶段——多道批处理系统:

    在这里插入图片描述

    相比于单道批处理系统,多个作业可以并发进行,共享资源;此时,操作系统正式诞生;极大的提高了资源的利用率;
    但是,作业3想要得到结果,就必须等待作业12完成,用户的响应时间太长,而且没有人机交互功能;
    基于这样的缺点,产生了分时操作系统

    分时操作系统:

    在这里插入图片描述

    分时操作系统以时间片为单位,轮流为各个用户/作业服务,解决了人机交互的问题,同时用户的请求也可以到及时的响应;
    但是在计算机看来,每个用户/作业绝对公平,轮流作业;因此就无法优先处理紧急的作业或者优先级较高的作业;
    基于这种缺点,产生了实时操作系统

    实时操作系统:

    在这里插入图片描述

    主要确保作业的及时性和可靠性,对于优先级较高的作业可以优先执行,而不需要时间片排队。

    其他操作系统:

    在这里插入图片描述

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  • 1.知识总览 2.手工操作阶段

    目录

    1.知识总览

    ​2.手工操作阶段

    3.单道批处理系统

    4.多道批处理系统

    5.多道批处理系统和单道批处理系统比较

    6.分时操作系统

    7.实时操作系统

    8.其他几种操作系统


    1.知识总览

    2.手工操作阶段

    3.单道批处理系统

    4.多道批处理系统

     

    主要优点:多道程序 并发 执行, 共享 计算机资源。 资源利用率大幅提升 CPU 和其他资
    源更能保持“忙碌”状态,系统吞吐量增大。
    主要缺点:用户响应时间长, 没有人机交互功能 (用户提交自己的作业之后就只能等待
    计算机处理完成,中间不能控制自己的作业执行。eg :无法调试程序 / 无法在程序运行过
    程中输入一些参数)

    5.多道批处理系统和单道批处理系统比较

     

     

     由上面的两个图可知:

    由于 多道程序 并发执行,共享计算机资源。资源利用率大幅提升CPU和其他资

    源更能保持“忙碌”状态,系统吞吐量增大

    6.分时操作系统

    分时操作系统:
    计算机以 时间片 为单位 轮流为各个用户 / 作业服务 ,各个用户可通过终端与计算机进行交互。
    主要优点:
    用户请求可以被即时响应, 解决了人机交互问题 。允许多个用户同时使用一台计算机,并且用
    户对计算机的操作相互独立,感受不到别人的存在。
    主要缺点:
    不能优先处理一些紧急任务 。操作系统对各个用户 / 作业都是完全公平的,循环地为每个用户 /
    作业服务一个时间片,不区分任务的紧急性。

    7.实时操作系统

    主要优点:能够优先响应一些紧急任务,某些紧急任务不需时间片排队。

    在实时操作系统的控制下,计算机系统接收到外部信号后及时进行处理,并且 要在严格的时限内处理完事 。实时操作系统的主要特点是 及时性和可靠性

     

    8.其他几种操作系统

    网络操作系统:是伴随着计算机网络的发展而诞生的,能把网络中各个计算机有机地结合起来,实现数据传送等功能, 实现网络中各种资源的共享(如文件共享)和各台计算机之间的通信 。(如: Windows NT 就是一种典型的网络操作系统,网站服务器就可以使用)
    分布式操作系统:主要特点是 分布性和并行性 。系统中的各台计算机地位相同, 任何工作都可以分布在这些计算机上,由它们并行、协同完成这个任务。
    个人计算机操作系统: Windows XP MacOS ,方便个人使用。
    展开全文
  • 单道批处理’ 多道批处理 工作过程 分时操作系统
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在批处理系统阶段