多道程序系统
3.1 前置知识
- 并发：是伪并行，即看起来是同时运行就是并发。单个cpu+多道技术就可以实现并发，（并行也属于并发）
- 并行：真正意义的同时运行
PS： 1. 并行肯定可以算作并发 2. 单核的计算机肯定不能实现并行，但是可以实现并发！
补充：我们假设单核就是一个核的CPU，同一时间只能进行一个任务操作，不需要计算CPU里面的内核数
3.2 多道程序设计技术
多道技术的目的就是单核实现并发效果
3.2.1 单道技术
单道技术，也可以称之为串行
所谓多道程序设计技术，就是指允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。
在A程序计算时，I/O空闲， A程序I/O操作时，CPU空闲（B程序也是同样）；必须A工作完成后，B才能进入内存中开始工作，两者是串行的，全部完成共需时间=T1+T2。
3.2.2 多道技术
将A、B两道程序同时存放在内存中，它们在系统的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上运行：当A程序因请求I/O操作而放弃CPU时，B程序就可占用CPU运行，这样 CPU不再空闲，而正进行A I/O操作的I/O设备也不空闲，显然，CPU和I/O设备都处于“忙”状态，大大提高了资源的利用率，从而也提高了系统的效率，A、B全部完成所需时间<<T1+T2。
多道程序设计技术不仅使CPU得到充分利用，同时改善I/O设备和内存的利用率，从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量（单位时间内处理作业（程序）的个数），最终提高了整个系统的效率。
单处理机系统中多道程序运行时的特点：
（1）多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序；
（2）宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕；
（3）微观上串行：实际上，各道程序轮流地用CPU，并交替运行。
多道程序系统的出现，标志着操作系统渐趋成熟的阶段，先后出现了作业调度管理、处理机管理、存储器管理、外部设备管理、文件系统管理等功能。
由于多个程序同时在计算机中运行，开始有了空间隔离的概念，只有内存空间的隔离，才能让数据更加安全、稳定。
除了空间隔离之外，多道技术还第一次体现了时空复用的特点，遇到IO操作就切换程序，使得cpu的利用率提高了，计算机的工作效率也随之提高。
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空间上的复用：
- 多个程序共用一套计算机硬件
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时间上的复用：
- 利用其他任务的I/O操作带来的CPU闲置时间来执行另一个任务，实现时间上的合理安排
- 在进行CPU切换的时候，都会将上一个未完成的任务状态保存，方便下次执行时完美衔接
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切换+保存状态
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CPU切换分为两种情况：
1. 当一个程序遇到I/O操作时，操作系统会剥夺该程序的CPU执行权限
案例：比如执行一个程序，当该程序遇到了I/O操作时，就会将CPU分配给另一个程序执行，在I/O操作完成后，又将CPU分配回去
作用：提高CPU利用率，并且也不影响程序的执行效率
2. 当一个程序长时间占用CPU的时候，操作系统也会剥夺该程序的CPU执行权限
案例：比如微信需要运行一个小时，用户点击了QQ，那么这个时候，CPU就会立即剥离微信的执行权限，转而去执行QQ，当QQ执行完毕后，再将CPU分配给微信
作用：降低了程序的执行效率（原本时间+切换时间）
切换时间=获取CPU资源程序执行时间+切换CPU资源时间
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3.3 多道批处理系统
20世纪60年代中期，在前述的批处理系统中，引入多道程序设计技术后形成多道批处理系统（简称：批处理系统）。
它有两个特点：
（1）多道：系统内可同时容纳多个作业。这些作业放在外存中，组成一个后备队列，系统按一定的调度原则每次从后备作业队列中选取一个或多个作业进入内存运行，运行作业结束、退出运行和后备作业进入运行均由系统自动实现，从而在系统中形成一个自动转接的、连续的作业流。
（2）成批：在系统运行过程中，不允许用户与其作业发生交互作用，即：作业一旦进入系统，用户就不能直接干预其作业的运行。
批处理系统的追求目标：提高系统资源利用率和系统吞吐量，以及作业流程的自动化。
批处理系统的一个重要缺点：不提供人机交互能力，给用户使用计算机带来不便。
虽然用户独占全机资源，并且直接控制程序的运行，可以随时了解程序运行情况。但这种工作方式因独占全机造成资源效率极低。
一种新的追求目标：既能保证计算机效率，又能方便用户使用计算机。 20世纪60年代中期，计算机技术和软件技术的发展使这种追求成为可能。