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浅析分时系统和实时系统

1.分时系统

分时系统(Time Sharing System),它能很好地将一台计算机提供给多个用户同时使用,提高计算机的利用率。它被经常应用于查询系统中,满足许多查询用户的需要。用户的需求具体表现在以下几个方面:

(1)人-机交互。每当程序员写好一个新程序时,都需要上机进行调试。由于新编写的程序难免有些错误或不当之处需要修改,因而希望能像早起使用计算机时一样对它进行直接控制,并能以边运行边修改的方式,对程序中的错误进行修改,即,希望能进行人-机交互。

(2)共享主机,在 20世纪60年代计算机非常昂贵,不可能像现在这样一人独占一台电脑,而只能是有多个用户共享一台计算机,但用户在使用机器是应能够像自己独占计算机一样,不仅可以随时与计算机交互,而且应感觉不到其他用户也在使用该计算机。

(3)便于用户上机。在多道批处理系统中,用户在上机前必须把自己的作业邮寄或者亲自送到机房。这对于用户尤其是远地用户来说是非常不方便的。用户希望能通过自己的终端直接将作业传送到机器上进行处理,并能对自己的作业进行控制。

由上述不难得知,分时系统是指:在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端,同时允许多个用户通过自己的终端,以交互方式使用计算机,共享主机中的资源。

第一台真正的分时操作系统是由麻省理工学院开发成功的。

1.1分时系统实现中的关键问题

为实现分时系统,必须解决一些列的问题。其中,最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互,即当用户在自己的终端上输入命令时,系统应能及时接受并及时处理该命令,再将结果返回给用户。此后,用户可继续键入下一条命令,次即人机交互。应强调指出,及时有多个用户同时通过自己的键盘输入命令,系统也应能全部地及时接受并处理这些命令。

(1)及时接受。要及时接受用户输入的命令或数据并不困难,为此,只需在系统中配置一个多路卡。例如,当要在主机上连接8个终端时,须配置一个8个用户的多路卡。多路卡的作用是使主机能同时接受各用户从终端上输入的数据。 此外,还须为每一个终端配置一个缓冲区,用来暂存用户键入的命令或数据。

(2)及时处理。人机交互的关键,是使用户键入命令后能及时的控制自己的作业的运行,或修改自己的作业。为此,各个用户的作业都必须在内存中,且应能频繁的获得处理机运行。否则,用户键入的命令将无法作用到自己的作业上。批处理系统是无法实现人机交互的,因为通常大多作业还都主流在外存上, 即使是已调入内存的作业,也经常要经过较长时间的的等待后方能运行,以为使用户键入的命令很难及时作用到自己的作业上。

由此可见,为实现人机交互,必须彻底的改变原来的批处理系统的运行方式。首先用户作业不能先进入擦盘,然后再调入内存。因为作业在磁盘上不能运行,当然用户也无法与机器进行交互,因此,作业应直接 进入内存。其次,不允许一个作业长期占用处理机,直至它运行结束或者出现I/O请求后,方才调度其他作业运行。为此,应该规定每个作业只运行一个很短的时间(例如0.1秒,通常把这段时间称为时间片),然后边暂停该作业的运行,并立即调度下一个程序运行。如果在不长的时间(如3秒)内能使所有的用户作业都执行一次(一个时间片的时间),便可使每个用户都能及时的与自己的作业交互,从而可是用户的请求得到及时响应。

1.2.分时系统的特征

(1)多路性。允许在一台主机上同时连接多台联机终端,系统按分时原则为每个用户服务。宏观上,是多个用户同时工作,共享系统资源;而微观上,则是每个用户作业轮流运行一个时间片。多路性即同时性,它提高了资源利用率,降低了使用费用,从而促进了计算机更广泛的应用。

(2)独立性。每个用户各占一个终端,彼此独立操作,互不干扰。因此,用户所感觉到的,就是他一个人独占主机。

(3)及时性,用户的请求能在很短的时间内获得响应。此时间间隔是以人们所能接受的等待时间来确定的,通常近卫1~3秒钟。

(4)交互性。用户可通过终端与系统进行广泛的人机对话。其广泛性表现在:用户可以请求系统提供的多方面的服务,如文件编辑,数据处理和资源共享等。

分时操作系统按照相等的时间片调度进程轮流运行,分时操作系统由调度程序自动计算进程的优先级,而不是由用户控制进程的优先级。这样的系统无法实时响应外部异步事件。

2.实时系统

所谓“实时”,是表示“及时”,而实时系统(Real Time System)是指系统能够即时相应外部事件的请求,在规定的时间内完成对该时间的处理,并控制所有实时任务协调一致地运行。

实时操作系统能够在限定的时间内执行完所规定的功能,并能在限定的时间内对外部的异步事件作出响应。 分时系统主要应用于科学计算和一般实时性要求不高的场合。实时性系统主要应用于过程控制、数据采集、通信、多媒体信息处理等对时间敏感的场合。

2.1应用需求

(1)实时控制

(2)实时信息处理

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