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现代密码学理论与实践之五 第八章 操作系统 目 录 8.1 什么是操作系统（目标、地位、用户接口、功能） 8.2 操作系统的形成与发展 8.3 操作系统实例 1. 状态机OS（1940以前） 人 OS代表 状态转换程序：根据特定输入和特定的状态进行状态转换 状态机OS 演算机、差分机、机电式计算机 计算机 2. 单一操作员、单一控制端OS（40年代） 人 OS代表 提供一些标准命令供用户使用。任何时候只能做一件事情 SOSC 数字电子计算机埃尼阿克（ENIAC） 计算机 人们用机器语言编程后，用穿孔机将编写好的程序及相应的数据穿孔在纸带/卡片上，通过纸带/卡片机输入计算机 启动计算机执行程序，通过控制台上的开关、按钮和指示灯来操作和控制程序的执行 程序执行完并取走计算结果后，下一个用户才能使用该计算机 高速的CPU绝大部分时间处于等待慢速的手工操作和外设运行，计算机资源得不到有效利用 3. 批处理OS（50年代） 管理文件、读卡器、磁带、打印机 功能 FMS、IBSYS、UMES OS代表 让所有的人先把自己要运行的命令列成清单，打印在纸带上，然后交给一个工作人员来一批批处理。同一时间执行一个程序，出现文件 Batch OS IBM701、IBM650、IBM705、IBM704、IBM620、 IBM7094 计算机 随着计算机速度的提高，在整个计算中人工操 作所占的比例越来越大。为了尽量摆脱人工的干 预，解决人机矛盾，提高自动化程度，人们研制 了监控程序，由监控程序自动依次处理一系列任 务，于是进入了“单道批处理阶段”。在监控程 序的帮助下一个程序独享计算机资源 4. 多道批处理OS（60年代） 管理工作、内存（分段管理）、CPU调度 功能 OS/360 OS代表 在一个程序输入输出时，让另一个程序继续执行 多道Batch OS IBM360、PDP-8 、90列卡片机、系统－3计算机系统 计算机 随着中断技术和多道程序技术的出现，监控程序 发展成为一个重要的软件分支——操作系统。在 批处理操作系统的帮助下，多个程序可以同时运 行，共享资源 批处理是指用户作业可以成批输入并处理，即将 作业一批一批地输入系统并暂存在外存中，组成 一个后备作业队列 每次按一定的调度原则从后备作业中挑选一个或 多个装入主机处理，作业完成后退出主机，作业 的装入和退出均由系统自动实现 批处理操作系统的特点： 优点：系统的吞吐量大，资源利用率高 缺点：是用户在其作业运行期间不能在控制台或终端上请求系统的服务以直接干预其作业的运行过程，所以不适合做交互性强的工作 批处理系统主要配置在较大的计算机系统上，由 于这些机器的硬件设置齐全，价格昂贵，希望有 作业的大吞吐量，以便充分利用系统资源 5. 分时OS、实时OS（70年代） 资源的公平管理（池化、互斥、进程通信） 功能 MULTICS、UNIX OS代表 分给每个人有限时间，只要时间到了，就换一个进程 分时 OS 伊利阿克IV巨型计算机 、微处理机4004 、ATARI-8800微电脑、苹果-II型微电脑、手提式微电脑 计算机 分时是指多个用户对系统资源进行时间上的分享 安装有分时操作系统的计算机能为多个终端用户 服务，同时可保证每个用户都能经常与计算机进 行交互 在分时操作系统中把CPU的时间分成很短的时间 片，在每一个时间片内，CPU专为一个用户工 作，时间一到，无论工作结束与否CPU都会暂停 服务，转而为下一个用户工作 分时操作系统的特点 ： 多路性：宏观上，多个用户通过终端同时工作，共享资源；微观上，各终端作业轮流在自己的时间片内进行处理 交互性：分时系统中用户的操作方式是联机方式。即用户通过终端采用人机会话的方式直接控制程序运行，所以在程序运行中，系统与用户可以及时进行广泛的人机对话 独占性：由于CPU处理的速度大大高于用户操作 的速度，所以尽管CPU按时间分片为多个用户轮 流服务，每个用户的感觉仍然认为自己好像独占 着计算机系统 及时性：由于时间片很短，每个作业等待运行的 时间不会很长，所以系统对每一个用户的输入请 求能作出较快的响应 使用时注意最多用户数目： 分时操作系统中工作的主动权掌握在计算机手里，其分时时间片的大小在一定程度上取决于时间片的切换速度，即随着时间片时间的减少，切换时间所占的比例随之增大，随着用户数目的不断增加，这种矛盾会越来越突出 所以在使用多用户分时系统时要注意操作系统厂商提供的最多用户数目 进程调度 功能 VxWorks、DART OS代表 计算机对这些应用必须在规定时间内作出响应，不然就会发生事故或灾难。所有的任务都在规定时间内完成 实时 OS 伊利阿克I