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2.3 第三阶段:批处理操作系统(20世纪50年代)
12-10-29    奋斗的小年轻
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操作系统是计算机系统的核心系统软件,负责控制和管理整个系统,使之协调工作。本书对操作系统的核心内容进行了全面分析,包括操作系统的发展历史和基本概念、进程与线程、内存管理、文件系统、输入与输出、多核...立即去当当网订购

为了提高单一操作员单一控制终端的操作系统SOSC的效率,人们提出了批处理操作系统。在仔细考察了SOSC后,人们发现,SOSC效率之所以低下,是因为计算机总是在等待人的下一步动作,而人的动作总是很慢。因此,人们觉得,如果去掉等待人的时间,即让所有的人先想好自己要运行的命令,列成一个清单,打印在纸带上,然后交给一个工作人员来一批一批地处理,效率不就提高了吗?这样就形成了批处理操作系统。

批处理操作系统的代表、第二代通用计算机IBM的 1401和7094等,就是这样通过减少人机交互的时间而达到CPU和输入输出利用率的改善。批处理的过程是:用户将自己的程序编在卡片或纸带上,交给计算机管理员处理。管理员在收到一定数量的用户程序后,将卡片和纸带上的程序和数据通过IBM 1401机器读入,并写到磁带上。这样每盘磁带通常会含有多个用户的程序。然后,计算机操作员将这盘磁带加载到IBM 7094上,一个一个地运行用户的程序,运行的结果写在另一个磁盘上。所有用户程序运行结束后,将存有结果的磁盘取下来,连到IBM 1401机器上打印结果,然后就可以将打印结果交给各个用户了。

很显然,在批处理下,操作系统的功能和复杂性均得到提升。在SOSC环境下,每个用户自己控制程序的开始和结束。而在批处理下,很多用户的程序一个接一个地存放在磁带上,用户本人并不在场,无法自己控制程序的开始和结束。而这个任务就交给了批处理操作系统。负责这个任务的操作系统功能就称为批处理监视器(batch monitor)。而整个批处理操作系统就是由批处理监视器和原来的操作系统库函数组成的,如图2-1所示。


 

批处理监视器的功能就是按部就班地执行用户的程序。这个时代的操作系统仍然只能在同一时间执行一个程序,但此时文件的概念已经出现。之前在SOSC诞生时期没有文件的概念。为什么到批处理时期出现了文件的概念呢?因为磁带上的多个用户程序必须以某种方式进行隔离,这需要一个抽象的东西来区分。这个抽象的东西不是别的,就是文件。除了文件管理外,此时的操作系统还能够管理读卡机、磁带、打印机等。此种操作系统的任务就是加载一个程序、运行、打印结果,然后执行下一个程序。批处理操作系统的两个部分的关系也很清楚:一部分是控制程序执行,一部分是支持程序执行。

批处理操作系统的重要代表有IBM开发的FORTRAN 监视系统FMS,用于IBM 709;IBM开发的基于磁带的工作监控系统IBSYS,用于IBM 7090 和7094;以及密歇根大学开发的UMES(密歇根大学执行系统),用于IBM 7094。

密歇根大学执行系统(UMES):操作系统的黎明

在当时,世界上最先进的计算机是IBM 7094。作为礼物,IBM分别给密歇根大学(UM)和麻省理工学院(MIT)各捐赠了一台。密歇根大学坐落在密歇根湖和伊犁湖旁,麻省理工学院紧邻大西洋。IBM的高管喜欢搞帆船比赛。每次搞帆船比赛都需要使用计算机来安排赛程、计算成绩、打印名次等。因此,IBM在捐赠机器给UM和MIT时有一个要求:平时归学校使用(MIT的机器还需要与新英格兰周围的学校如达特茅斯学院等共享),一旦进行帆船比赛就得停下一切计算任务为IBM服务。这当然使得学校很恼火。因为那个时候很难在程序执行中间停下来,将中间结果保留等以后再执行。只要停下来,就要从头再来。

于是,密歇根大学的R.M.Graham、Bruce Arden和Bernard Galler在1959年开发出了当时著名的MAD/UMES系统,即密歇根算法译码器和密歇根大学执行系统。密歇根算法译码器是一种可扩展的程序设计语言,而密歇根大学执行系统是一个能够保存中间结果的操作系统。有了这个系统,密歇根大学的计算机运行基本上不受IBM帆船比赛所造成的中断的影响。MIT在知道这个系统后,将其安装到自己的7094机器上。MAD编程语言随后又进一步移植到Philco、Univac和CDC等机器上,其很多功能后来被加入到FORTRAN语言里。

驱动这个阶段操作系统发展的动力是改善效率。因为机器的昂贵,我们不能容忍机器在操作员思考或I/O设备工作期间闲置起来。

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