01 第一章 操作系统教程概论(1.1操作系统概观)

操作系统与其它软件的区别
• 程序意图不同，各有不同任务，解决不同问题； • 具有控制与被控制的关系； • 操作系统是软件系统的核心，是各种软件的基础
运行平台； • 通用操作系统提供共性功能支持，与硬件相关但
和应用领域无关； • 支撑软件及应用软件不能直接而只能通过操作系
统来使用计算机系统的物理资源。
2.操作系统中三个基础抽象
文件(file) （文件是设备的一种抽象）
用户：运行应用程序，使用文件
虚拟机界面 write...
open、 read、
OS:文件及其管理
物理机界面
设备驱动
硬件:磁盘及其他设备
文件是通过将文件中的 字节映射到存储设备的 物理块中来实现文件抽 象。 文件抽象的效果是让用 户感觉到总能满足自己 对设备上信息的存取需 求，而且使用十分方便。
可以把多门课程内容综合起来 学习核心技术并能在其他地方应用之。
2019/9/30
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5.课程内容学时安排
• 考查课。理论课32学时，实验课8学时 • 理论课：理解操作的基本概念、原理、
技术和方法 • 实验课：模拟实现OS功能；
熟悉多种OS的特点及操作； 网上查询有关知识。
课前必须做好实验准备，编写代码。
基础抽象的包含关系
进程抽象
处理器
虚存抽象 文件抽象
内存
设备
3操作系统虚拟机
• 什么是操作系统虚拟机? • 操作系统虚拟机的组成：
1) 虚拟处理器 2) 虚拟内存 3) 虚拟辅存 4) 虚拟设备
操作系统虚拟机
进程P1
虚 虚虚 虚 处 内辅 设 理 存存 备 器
虚拟机1
…
操作系统资 源管理技术 (复用、虚拟、 抽象)

1.1.1 操作系统的地位和作用
1.地位 ➢ 计算机系统由硬件和软件组成 ➢ 操作系统在硬件基础上的第一层软件 ➢ 是其他软件和硬件之间的接口
OS
操作系统和软硬件的层次关系图
应用软件设计者
各种应用软件 编译软件等 操作系统
裸机
系统软件设计者 操作系统设计者
OS
1.1.1 操作系统的地位和作用
2.作用 ➢ 从一般用户的观点
第一章 操作系统概论
➢1.1 操作系统概念 ➢1.2 操作系统的形成和发展 ➢1.3 操作系统的分类 ➢1.4 操作系统的结构设计 ➢1.5 Linux操作系统简介
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
软件范筹，开放性接口都已作为一种明 确的或实际的行业标准广泛应用在公开 OS 发行的文档中。
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
1.1.2 操作系统的定义
1.1.3 操作系统的功能（续）
5.网络管理
网络管理的主要功能包括： （1）网上资源管理功能。计算机网络的主要目的之一是共享 资源，网络操作系统应实现网上资源的共享，管理用户对资源 的访问，保证信息资源的安全性和完整性。 （2）数据通信管理功能。计算机联网后，结点之间可以互相 传送数据，按照通信协议的规定，完成网络上计算机之间的信 息传送。 （3）网络管理功能。包括：故障管理、安全管理、性能管理、 配置管理等。

1.1.3 操作系统的功能
(1) 内存分配
内存分配指的是为每道程序分配合适的内存空间，使其能在 运行期间将运行所需数据放置在内存指定区域，以保证CPU 能够顺利地获取指令并存取指定数据。 分配内存空间时应尽量提高内存空间的利用率，减少不可用 内存空间。此外还应能响应正在运行的程序发出的动态空间 申请，以便满足新增指令和数据对新空间的需求。 内存分配通常采用的方式有动态和静态两种方式。静态分配 方式指的是程序在装入内存时需要估计所需空间，一旦进入 内存开始运行，就不能再申请新的空间，也不能将该程序所 占空间“搬运”到其它位置。动态分配方式指的是尽管程序 装入内存时申请了一定的空间，但在程序运行期间还可以为 运行过程中所需的新的程序和数据再申请额外的空间，以满 足程序空间动态增长的需要。
有效性指的是OS应能有效地提高系统资源利用率和系统吞 吐量。 方便性指的是配置了OS后的计算机应该更容易使用。 这两个性有效和方便的特性是操作系统最重要的设计目标。 开放性指的是OS应遵循世界标准规范。 可扩展性指的是要提供对系统软硬件组成以及功能的扩充保 证。
1.1.5 操作系统的性能指标
操作系统性能的优劣显著地影响用户工作的效率 和成本，而衡量其性能优劣的指标有系统吞吐量、 资源利用率、响应速度等。
1.1.3 操作系统的功能
现代操作系统的主要任务就是维护一个优良的运 行环境，以便多道程序能够有序地、高效地获得 执行，而在运行的同时，还要尽可能地提高资源 利用率和系统响应速度，并保证用户操作的方便 性。 操作系统的基本功能
处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理。 友好的人机接口
1.1.3 操作系统的功能
1.1.3 操作系统的功能
(4) 虚拟设备
通过SPOOLing虚拟技术实现，该技术可将一台物 理设备虚拟为多台逻辑设备，每个用户使用一台逻 辑设备，即将独占的物理I/O设备交由多个用户共 享使用。 这种方法能够大大提高I/O速度，改善设备利用率， 对每个用户而言也感觉自身具有一台独享的物理设 备，改善了用户请求的响应感受。

送一个数据都需要一次中断处理。
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第一章 操作系统引论
1.2.4 SPOOLING
• 当作业要将输出送至打印机时，该输出实际上 是通过系统缓冲区写到磁盘中的，在该作业运 行结束后，才由操作系统自动打印存储在磁盘 中的输出结果。 • 这种由操作系统将磁盘模拟为输入／输出设备 的处理方式称为 SPOOLING（Simultaneous Peripheral Operating On Line），即“并行 的外部设备操作联机”，也称“假脱机”。 • SPOOLING 系统是以磁盘为几乎无限巨大的缓 冲区来解决低速的I/O设备与高速的CPU之间的 速度匹配问题。
这种脱机I/O方式的主要优点如下： (1) 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。
输入 设备 外围 机 磁盘
主机
外围 机
输出 设备
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第一章 操作系统引论
2. 批处理系统
基本思想：操作员取来一批作业，将它们输入到磁带 中；操作系统先从磁带上将第一个作业读入内存，启动 它运行，并将运行结果输出到另一条磁带上；当第一个 程序运行完毕，操作系统能自动地从输入磁带上读入下 一个作业，并予以运行和输出，如此直到整批作业全部 处理完毕。 由于系统作业是成批地进行处理，但在内存中只能保 持一个运行作业，故该类系统又称为单道批处理系统。 批处理系统解决了高速计算机的运算、处理能力与人工 干预之间的速度矛盾，实现了作业自动过渡。
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第一章 操作系统引论
2.用户观点——用户使用计算机的界面 OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含 义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户 通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮
助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算