CPU分时系统的模拟

分时操作系统和实时操作系统分时操作系统：分时操作系统将系统处理机时间与内存空间按⼀定的时间间隔（划分时间⽚），采⽤轮转运⾏⽅式轮流地切换给各终端⽤户的程序使⽤（例如规定每个作业每次只能运⾏⼀个时间⽚）。

由于时间间隔很短，每个⽤户就感觉像独占全机⼀样，这样就解决了主机共享问题。

⽽对于⼈机交互，为实现⽤户键⼊命令后能对⾃⼰的作业及其运⾏及时控制或修改，各个⽤户的作业都必须留在内存中（作业在磁盘上是不能运⾏的），⽤时间⽚进⾏切换管理。

分时操作系统的特点是可有效增加资源的使⽤率，⽀持⼈机交互与资源共享。

例如UNIX系统就采⽤了剥夺式动态优先的CPU调度以⽀持分时操作。

简⽽⾔之，分时操作系统的核⼼原理在于将作业直接放⼊内存，并引⼊了时间⽚的概念，采⽤轮转运⾏的⽅式，规定每个作业每次只能运⾏⼀个时间⽚，然后就暂停该作业并⽴即调度下⼀个作业运⾏。

在不长的时间内使所有的作业都执⾏⼀个时间⽚的时间，便可以使每个⽤户都能及时地与⾃⼰的作业进⾏交互，从⽽使⽤户的请求得到及时响应。

这样就解决了在分时系统中最重要的及时接收、及时处理问题。

特征与其前辈批处理系统相⽐，分时系统有如下⼏个特点：·多路性：系统允许将多台终端同时连接到⼀台主机上，并按分时原则为每个终端分配系统资源，提⾼资源利⽤率，降低使⽤费⽤。

·独⽴性：各终端之间相互独⽴，互不⼲扰，每个⽤户都感觉像⼀⼈独占主机⼀样。

·及时性：⽤户的请求能在很短的时间内就得到响应。

·交互性：⽤户可通过终端与系统进⾏⼈机对话，例如请求多⽅⾯的服务。

实时操作系统：在某些领域（如军事、⼯业、多媒体等）要求系统能够实时响应并安全可靠，实时操作系统在这样的需求下诞⽣。

因此实时操作系统是指是指当外界事件或数据产⽣时，能够接受并以⾜够快的速度予以处理，其处理的结果⼜能在规定的时间之内来控制⽣产过程或对处理系统做出快速响应，调度⼀切可利⽤的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调⼀致运⾏的操作系统。

虚拟化原理（2）虚拟化概述将底层的计算机资源虚拟成多组彼此之间互相隔离的计算平台，并且每⼀个计算平台都应该有五⼤部件的所有设备（运算器，控制器，存储器，IO设备）。

虚拟化技术的分类模拟：硬件+操作系统+模拟器软件，虚拟机的cpu架构和物理cpu的架构可以不⼀致。

（模拟器模拟出来的CPU指令集和底层物理CPU 的指令集不同，就需要虚拟机监视器将模拟的CPU指令集转化为真正物理CPU的指令集，这个过程需要软件参与⽽且性能差）常⽤的模拟⼜：PearPC, Bochs, QEMU完全虚拟化：虚拟CPU和物理CPU的架构完全相同。

（虚拟CPU和物理CPU的架构完全相同，对虚拟机⽽⾔只要不是调⽤到特权指令或敏感指令，普通指令就能直接在底层物理CPU上执⾏，⽆需进⾏转化。

如果虚拟机调⽤到特权指令，特权指令由虚拟机监视器捕获后进⾏翻译后转化成宿主机的指令集或者虚拟机向虚拟机监视器(VMM)通过调⽤hypersor call的⽅式来实现，这取决于是完全虚拟化还是半虚拟化。

完全虚拟化可以借助于HVM技术省略指令转换的过程）常见的完全虚拟化有：VMware Workstation, VMware Server, Parallels Desktop, KVM, Xen半虚拟化：para-virtualization在硬件之上运⾏hypervisor，hypervisor将底层功能通过hypervisor call向上输出，要开发能够运⾏在hypervisor上的操作系统时，内核需要调⽤hypervisor call进⾏开发（称为API），运⾏时也需要调⽤hypervisor call运⾏（称为ABI）。

所以各个虚拟机的内核是经过修改的，这样虚拟机⾃⾝就知道⾃⾝是运⾏在虚拟化环境中。

所以在半虚拟化环境中需要修改guest os的内核。

（通常IO半虚拟化⽆需修改内核，只需安装特定驱动即可。

CPU半虚拟化需要修改内核）常见的半虚拟化有：xen, uml(user-mode linux)。

操作系统复习题1一、判断题1。

分时系统中，时间片设置得越小，则平均响应时间越短。

（）2.多个进程可以对应于同一个程序，且一个进程也可能会执行多个程序.（）3。

一个进程的状态发生变化总会引起其他一些进程的状态发生变化。

（）4。

在引入线程的OS中，线程是资源分配和调度的基本单位。

(）5。

信号量的初值不能为负数。

（）6。

最佳适应算法比首次适应算法具有更好的内存利用率。

（）7。

为提高对换空间的利用率,一般对其使用离散的分配方式.（）8。

设备独立性是指系统具有使用不同设备的能力。

（）9。

隐式链接结构可以提高文件存储空间的利用率，但不适合文件的随即存取.（）10.访问控制矩阵比访问控制表更节约空间.(）二、选择题1。

在设计分时操作系统时，首先要考虑的是(A）；在设计实时操作系统时,首先要考虑的是（B）；在设计批处理系统时,首先要考虑的是(C)。

A，B,C :（1)灵活性和适应性；（2）交互性和响应时间;（3）周转时间和系统吞吐量；（4）实时性和可靠性。

2.对一个正在执行的进程：如果因时间片完而被暂停执行，此时它应从执行状态转变为（D）状态；如果由于终端用户的请求而暂停下来，则它的状态应转变为（E）状态；如果由于得不到所申请的资源而暂停时下来，则它的状态应转变为(F)状态。

D，E，F：（1）；静止阻塞(2）;活动阻塞(3）；静止就绪(4）；活动就绪（5）执行.3.我们如果为每一个作业只建立一个进程，则为了照顾短作业用户，应采用（G）；为照顾紧急作业用户，应采用（H）;为能实现人机交互，应采用（I);而能使短作业、长作业和交互作业用户满意时，应采用（J）。

G，H，I，J：(1）；FCFS调度算法(2）；短作业优先调度算法;（3）时间片轮转算法；（4)多级反馈队列调度算法；（5)基于优先权的剥夺调度算法。

4。

由固定分区发展为分页存储管理方式的主要推动力是（K）;由分页系统发展为分段系统,进而发展为段页式系统的主要动力分别是（L)和（M）。

1．操作系统：操作系统(OS,Operating system): 操作系统是计算机系统中的一个系统软件；是这样一些程序模块的集合：它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合理的组织计算机工作流程，以便有效地利用这些资源为用户提供一个功能强大,使用方便和可扩展的工作环境，从而在计算机与其用户之间起到接口的作用。

2. 分时系统：是指多个用户分享使用同一台计算机，即是把计算机的系统资源(主要是cpu)在时间上加以分割，形成一个个的时间段，每个时间段称为一个“时间片”，每个用户依次使用一个时间片，从而可以将cpu工作时间轮流地提供给多个用户使用。

3. 实时系统：指计算机对于外来信息能够及时进行处理，并在控制对象允许时间范围内作出快速反应，实时系统对响应时间的要求比分时系统更高。

实时系统按其使用方式不同可分为：实时控制系统、实时信息处理系统。

4. 多道程序设计：是在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，使它们在管理程序控制之下，相互穿插的运行。

两个或两个以上程序在计算机系统中同处于开始个结束之间的状态。

这就称为多道程序技术运行的特征：多道、宏观上并行、微观上串行5. 系统调用：系统调用(System call): 它是操作系统提供给软件开发人员的唯一接口，开发人员可利用它使用系统功能。

6. 作业调度：根据一定的原则，从输入井的后备作业队列中选择适当的作业，为它分配内存等资源，并将其调入内存投入运行。

又称高级调度，远程调度。

7. 作业控制块：OS向用户提供一组作业控制语言，用户用这种语言书写作业说明书，然后将程序、数据和作业说明书一齐交给系统操作员。

8. 并发性：又称为共行性是指能处理多个同时性活动的能力。

9．并行性：指同时发生的两个并发事件。

10. 进程：是可并发执行的程序。

在一个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，也是称活动、路径或任务，它有两方面性质：动态性、并发性。