第4 节操作系统的观点对于系统设计人员来说，考虑的是如何使计算机各个部件正确运行，以实现各种系统功能；对于用户来说，他要求系统提供最方便的使用方法，至于计算机内部如何运行却没有必要了解；对于专门研究程序和数据变化的人员来说，看到的是系统的动态特征；这些不同的观点代表着操作系统的不同侧面，只有将各个侧面综合起来，才能完整地说明操作系统；因此，操作系统研究有三个观点：资源管理观点、用户管理观点、进程管理观点资源管理观点将计算机系统内的所有硬件、软件、数据等看作资源，操作系统的任务就是对这些资源进行分配、释放、相互配合、信息记录和信息修改资源是静态的，而操作系统是动态的动态的管理者不断地调整资源的分配与释放，实现用户所要求的各种功能。Windows 系统中对所有资源的组织与管理由于资源有不同的种类，资源的打开方式和操作方式也是不同的，Windows 将这些展示平台集中在一起，用户可以自由选择用户管理观点将系统中的所有行为都看作是对用户任务的执行系统中存在着不同用户的许多任务操作系统就是要对任务的产生、执行、停止进行安排许多用户正在同一个主机上执行他们的任务。操作系统的工作就是让用户可以直接控制这些任务，用户可以开始新的任务、结束旧的任务、或者将某个后台任务转变成前台任务。进程管理观点认为系统中存在着大量的动态行为：处理机在执行着程序；存储器上面的页面被不断地换出、换进；设备上数据在流动；用户在不停地命令计算机做事。这一切动态的行为都是以叫做进程的形式存在着，操作系统对进程进行管理，管理进程的建立、运行、撤消等。进程不是静态的程序，而是程序运行起来才会存在的一个实体，进程是一个动态的概念。本章小结对目前常用的操作系统进行了简单介绍。当操作系统完成它的初期发展过程以后，设计者按不同的设计目标将系统分为三种基本类型：批处理系统、分时系统和实时系统。操作系统的功能包括：处理机管理、存储器管理、作业管理、文件管理、设备管理、标准输入/ 输出设备、中断处理和错误处理。多道程序联机系统在计算机资源的利用、方便用户使用、综合控制与管理上代表着操作系统的趋势。讨论题操作系统在计算机系统中处于什么位置，有何作用？为你的手机设计一款操作系统，你认为该系统至少应该具有哪些主要功能？并说明原因。你认为用于证券交易的计算机系统应配置一款什么类型的、至少具有哪些主要功能的操作系统？建议对于以上每个问题建议从以下3 个方面考虑：从网络上查找相关问题的资料，简要列出几个主要结果。你自己对相关问题的看法和建议。每个问题均无惟一正确答案。计算机系统发展初期为了减少人的参与，操作员对要送到计算机上运行的程序进行如下组织：Step1: 凡是运行步骤大致相同的程序组织成为一批；Step2: 由操作员通过输入机输入到磁带机上；Step3: 再将磁带机连接到计算机主机上准备运行；Step4: 余下的控制工作交由称为监督程序的程序来控制完成；Step5: 完成后操作员将存有输出结果的磁带机取下；Step6: 再连接到输出设备上逐一地输出不同程序的输出结果，最后交给用户。脱机批处理系统操作员的一部分工作被监督程序替代，监督程序模拟操作员的工作：将磁带机上的程序调入存储器，安排程序运行，将运行结果输出到磁带机上，然后安排下一个程序的运行，如此周而复始直到这一批程序全部处理完毕。新的问题：由于输入/ 输出设备是纯机械设备或者机械加磁设备，而计算机主机是电子器件，如何解决电子速度与机械速度严重不匹配的问题呢？——增加主机工作量！多道批处理系统当主存储器中存放着不止一批的作业，处理机在调用一批作业运行时，如发现输入/ 输出所产生的等待，监督程序就引导处理机去执行另外的程序，这样就使处理机总是处于工作状态。这时的监督程序变得更为复杂，它不但要管理某一批程序的运行与中断，还要对不同批次的程序进行处理机时间的分配。从理论上讲，存储器上存放的程序批次越多，处理机的利用率就越高。为了提高计算机的利用率，多道批处理系统不允许用户的干预。问题：用户无法干预并不等于用户不想干预，这就给管理程序提出了更高的要求：既要尽可能高的提高主机的利用率，又要使用户能够方便地干预程序的运行。联机多道程序系统联机多道系统靠程序来控制计算机设备和用户终端，它要面对多个用户：要进行处理机时间的安排进行内存空间的划分安排用户分享能够共享的输入/ 输出设备协调用户在运行程序时发生的各种冲突等等这种程序有一个新的名字——称为操作系统。第3 节操作系统的分类多道批处理系统分时系统实时系统几种操作系统的比较典型操作系统介绍多道批处理系统多道批处理系统按用户作业的类型不同分成若干批次，将不同批次的作业都存放于存储器中，每一批次作业顺序处理。如果需要输入/ 输出，就调用另一批次的作业运行，从而实现资源的充分利用。多道批处理系统的一些具体概念单道程序多道程序在主存储器中只存放着一批程序（或者一个程序），当CPU 运行该程序发生某种条件等待时，CPU 暂停当前程序的运行，在等待的条件被满足以前，CPU 将一直处于闲置状态。单道程序环境下，操作系统相对简单。主存储器中存放着不止一批的程序（或者多个程序），当CPU 运行某一个程序发生条件等待时，可以转向执行另外的程序。因此，多道程序方案可以减少CPU 的闲置时间。由于多道程序分享CPU 的时间和内存空间，多道系统就必须考虑CPU 时间的分配、主存储器空间的分配、安全及共享、输入/ 输出设备中断系统的实现等。管理多道程序比管理单道程序更为复杂。多道批处理系统的一些具体概念作业是用户交给计算机执行的具有独立功能的任务。作业的执行步骤往往代表着一个具体的子功能，它被称为作业步。作业步的执行顺序是：前一个作业步的输出是后一个作业步的输入，后一个作业步必须在前一个是作业步执行完毕后执行。作业的描述方法有多种，可以通过专用的作业控制语言、高级语言、键盘命令等来对作业进行说明。将作业组织成批，并一次将该批作业的所有描述信息和作业内容输入计算机，计算机将按照作业和作业步进入的先后顺序依次自动执行，在一个批次范围内用户不得对程序的运行进行任何干预；批处理系统是一个脱机处理系统，由于没有用户的介入，它围绕着提高系统的效率而开展工作。批处理多道批处理系统的一些具体概念批处理系统的不足之处：由于批处理系统采用的是脱机工作方式，因此基本不考虑用户的联机要求；又由于系统的设计目标是尽可能提高系统的运行性能和效率，从作业委托到作业完成之间的时间可能比较长。操作系统的分类分时系统对于普通用户来说，更多的是希望参与计算机资源的使用，各种的团体和组织，也需要利用计算机来相互沟通，分时系统正是满足这种需要的系统。分时系统的一些具体概念分时时间片响应时间多用户分时系统安全性分时系统的特征分时系统设计目标及用途分时是指将具有运行能力的资源的时间划分成很小的片段，称为时间片。这些时间片按照一定的规则被分配给需要它的程序，或者说是若干程序以时间片的方式共享资源的运行时间。一般涉及到分时概念的计算机部件有：处理机、输入/ 输出设备等。分时系统的一些具体概念时间片时间片是程序一次运行的最小时间单元。在划分时间片的时候，要根据系统的总体设计框架来考虑；通常说来，在一个时间片内，至少应该能够完成一次输入/ 输出中断处理和现场的保护和恢复过程，以及一个程序原子过程（原子过程在运行期间不可中断）的一次执行；用户要求的响应时间越短，系统一次容纳的用户数目越多，时间片就必然越短。分时系统的一些具体概念响应时间响应时间分为用户响应时间和系统响应时间系统响应时间是计算机对用户的输入作出的反应时间。用户响应时间是指单个用户所感受到的系统对他的响应。响应时间可以和时间片联合起来考虑，一般情况是：时间片越短，响应时间越快。分时系统的一些具体概念多用户分时系统是多用户同时使用的操作系统，用户通过不同的终端同时连接到主机，主机分时地对用户终端程序进行反应，要求产生的结果是：每一个用户都感觉自己在独立地在使用着计算机，用户的行为并不会相互影响。分时系统的一些具体概念分时系统安全性为了保证系统及各个用户程序的安全，系统必须采取一定的安全措施，并且必须能够区分不同的用户，分别完成不同用户的作业。最常见的安全方法是用户登录方式分时系统的一些具体概念当用户登录系统时，须提供用户名和用户密码。操作系统将从输入端获取的用户名和用户密码与系统库存的用户信息进行比较，只有在用户输入正确时才能够正常登录，否则用户将被拒绝对系统的使用。登录后操作系统将用户按其所属权限及类型引导至用户可以操作的目录下，以此来限定用户的工作区域。分时系统的特征多路性独立性及时性交互性分时系统的一些具体概念系统同时支持多路终端的连接多用户各自独立地使用计算机每个终端都及时地得到系统的反应。通过终端直接与计算机进行对话。分时系统设计目标及用途设计目标：满足用户对联机交互和及时响应的需求。用途：众多的电脑工作终端和各种各样的普通用户在共用一个主机时，分时系统正在作用。分时系统的一些具体概念注意：虽然分时系统具有及时性，但其响应时间只是在一个平常用户认可的范围内，可是有许多特殊的领域对计算机的响应要求更为严格。这已经超出了分时系统的服务范围，需要选择新的系统来对计算机进行管理。实时系统实时系统是为了满足特殊用户的需要，在响应时间上有着特殊要求、利用中断驱动、执行专门的处理程序、具有高可靠性的系统。实时系统广泛地应用于军事、工业控制、金融证券、交通及运输等领域。实时系统的一些具体概念专门系统立即响应事件驱动高可靠性专门系统实时系统一般说来都是定制系统，它针对某一个特殊的需要，由设计者设计相应的硬件并配合编制出对应的管理系统。实时系统在各领域之间不能通用，甚至同一领域内由于用途的细微差别也不可能照搬同一个实时系统。因此，系统的设计费用无法均摊，专门系统比普通的分时系统价格要高得多。实时系统的一些具体概念立即响应立即响应要求从事件发生到计算机做出反应之间的时间非常短，通常在微秒数量级范围。不同的系统其反应时间的要求也不同，这种反应时间必须保证