一、串行处理

20世纪40年代后期到50年代中期

处理机制

• 无操作系统

• 程序员通过操控控制台运行程序，控制台包括显示灯、触发器、某种类型的输入设备和打印机

• 程序通过输入设备(如卡片机阅读器)载入计算机

• 用户按顺序访问计算机

主要问题

• 调度。使用硬拷贝登记表来预订机器时间，登记时间与完成工作时间不一致，导致时间浪费或未完成工作。

• 启动时间。加载编译器、源程序，保存目标程序，加载目标程序，链接公用函数等，需要大量时间。

二、简单批处理系统

监控程序（Monitor）

• 对一批作业进行自动处理

• 内存中只能存放一道作业

处理过程

计算机操作员收集用户的作业按顺序组织成批，并将整个批作业放在输入设备上，供监控程序使用每个程序完成处理后返回到监控程序，同时监控程序自动加载下一个程序。

监控程序的功能

• 作业的自动连续

• 内存保护：保护监控程序所在的内存区域

• 定时器：防止某作业独占系统

• 特权指令：只能有监控程序执行的指令，如I/O指令

• 中断：早期计算机模型无此能力，可以使控制权的转移更加灵活

运行模式

• 用户模式（user mode）：某些内存区域被保护而不能被用户使用，也不允许用户执行特权指令

• 内核模式（kernel mode）：可执行特权指令及访问受保护的内存区域

处理机经常处于空闲状态

原因：I/O设备速度比处理器慢

小剧场

（读入一个作业，并存储到内存中的一部分。处理器执行监控程序中的指令）

处理器：呀，读入了一个作业。监控程序，我要从哪里开始执行呢？

监控程序：从这里，这是用户程序开始处。（分支指令）

处理器：好的好的。（开始执行用户程序中的指令）

（遇到一个结束指令或错误条件，处理器从监控程序中取下一条指令）

处理器：监控程序，我又要从哪里开始执行呀？ （循环循环，不能让处理器偷懒！）

三、多道批处理系统

I/O设备相对于处理器而言速度太慢了，处理器仍然经常处于空闲状态。

处理器：好耶！又遇到I/O指令啦！我又可以休息好久呀！

（不许偷懒！等待I/O的时候可以去执行另一个用户程序！像资本家一样剥削你！）

扩充存储器，保存操作系统（常驻监控程序）和多个用户程序，当一个作业需要等待I/O时，处理器可以切换到另一个可能并不在等待I/O的作业。

两个程序的多道程序设计

三个程序的多道程序设计

• 多道程序设计示例

  • 系统可用内存250MB（未被操作系统占用）
  • 一个磁盘、一个终端、一台打印机

示例程序执行属性：

• 多道程序设计技术可以显著提高资源的利用率和系统吞吐量

• 多道批处理系统——简单批处理系统的改进

  • 内存中同时存放多个作业
  • 多个作业可并发执行
  • 作业调度程序负责作业的调度

• 多道批处理系统的硬件支持

  • I/O中断
  • 直接存储器访问（DMA）
  • …

• 多道批处理系统的特征

  • 多道性、调度性、无序性、无交互能力

• 需要解决的基本问题

  • 内存管理
  • 处理机管理
  • 作业管理
  • I/O设备管理
  • 文件管理

操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以及方便用户使用的程序的集合。

四、分时系统

多道程序设计允许处理器同时处理多个批作业，还可以处理多个交互作业。处理多个交互作业可以使得多个用户分享处理器的时间，因而该技术称为分时（time sharing）。

产生原因

人机交互、共享主机、方便上机

分时系统的特征

多路性、独立性、及时性、交互性

比较

	批处理多道程序设计	分时
主要目标	处理器使用最大化	响应时间最小化
提交给操作系统的指令来源	作业中的作业控制语言指令	终端键入的命令

小剧场

操作系统：处理器去这里！

（处理器跑去干活）

系统时钟敲铃了！处理器停止干活。

操作系统：处理器去那里！

（处理器跑去干活）

系统时钟敲铃了！处理器停止干活。

操作系统：下一个下一个！

（处理器被迫海王，每一个用户都需要雨露均沾……）

（但是处理器的精力是有限的，n个用户每个用户只能得到它的1/n）

（那又怎样呢，处理器这么有活力可不能让它闲着！）

五、实时系统

概念

系统能够及时(即时)响应外部事件请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。

分类

软实时系统	硬实时系统
各个任务运行得越快越好，并不要求限定某一任务必须在多长时间内完成。	各任务不仅要执行无误而且要做到准时。

大多数实时系统是二者的结合。

应用领域

• 航空航天
• 军事
• 工业控制

实时系统的特征

实时性、可靠性、独立性、交互性