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---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------操作系统辅导讲义1 第一章操作系统引论一、基本概念操作系统是裸机上的第一层软件，它是对硬件系统功能的首次扩充，是填补人与机器之间的鸿沟。
设置操作系统的目的：1 方便性2 有效性3 可扩展性4 开放性5 便于远程用户上机用户可以通过两种方式来使用计算机 1. 命令方式2. 系统调用方式操作系统的层次结构操作系统的发展 1、人工操作方式一台计算机的所有资源由用户独占，降低了计算机资源利用率，人操作慢，出现了严重的人机矛盾。
2、脱机输入输出方式在外围计算机的控制下，实现输入输出。
主要解决了 CPU 与设备之间不匹配的矛盾 3、单道批处理系统 1、在内存中仅存一道作业运行，运行结束或出错，才自动调另一道作业运行。
2、单道批处理系统主要特征：自动性、顺序性、单道性。
3、单道批处理系统主要优点：减少人工操作，解决了作业的自动接续。
1 / 34、单道批处理系统主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。
4、多道批处理系统 1、在内存中存放多道作业运行，运行结束或出错，自动调度内存中的另一道作业运行。
2、多道批处理系统主要特征：多道性、无序性、调度性。
3、多道批处理的主要优点：提高了资源利用率和吞吐能力。
4、多道批处理的主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。
5、分时系统① 用户需要：人机交互共享主机便于用户上机② 交互性应包括：及时性及时处理用户接口：命令接口、程序接口、图型接口对对象操作和管理的软件集合操作系统对象：处理机、存储器、设备、文件和作业 2 ③ 分时系统实现的方法简单分时系统具有前台和后台的分时系统多道分时系统④ 分时系统的特征：多路性：多个用户分时使用一台计算机。
第一章操作系统概论操作系统的定义：1.资源管理的观点：操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以及方便用户的程序集合。
2.用户的观点：操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充。
操作系统形成：操作系统的发展过程中，多道批处理系统和实时控制系统的出现，标志着操作系统的正式形成。
操作系统的特征：并发性、共享性、虚拟性、不确定性操作系统的功能进程管理、存储管理、设备管理、文件管理、操作系统接口操作系统接口分类：程序接口（为程序员提供）、命令接口(为用户提供)操作系统类型基本类型：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统新型：微机操作系统、多处理机操作系统、网络操作系统、分布式操作系统、嵌入式操作系统多道程序设计技术：为了提高系统吞吐量和资源利用率，允许多个程序同时驻留内存，使处理机在这些程序之间切换，在一段时间内，执行完多个程序的处理技术称为多道程序设计技术。
批处理操作系统：用户的作业被成批的输入到计算机中，然后在操作系统的控制下，用户的作业自动地执行。
单道批处理系统：内存中仅放一道作业、作业的完成顺序与进驻内存的顺序相关多道批处理系统：内存中存放多道作业、作业的完成顺序与进驻内存的顺序无严格对应关系。
分时系统：允许多个终端用户同时使用计算机，在这样的紫铜中，用户感觉不到其他用户的存在。
特征：多路性、独立性、及时性、交互性、可靠性实时系统：系统对特定输入做出的反应速度足以控制发出实时信号的对象。
“实时”的含义是指计算机对于外来信息能够及时处理，并且能在被控对象允许的范围内做出快速反应。
（要求更好的及时性）实时系统分类：实时控制系统、实时信息控制系统UNIX是一个多用户、多任务的分时操作系统(声明：习题参考答案均属个人意见，仅供参考，参考答案设置字体为白色，看时请自行设置为其他颜色。
)习题：1. 下列选项中，在用户模式下执行的是（）。
A 命令解释程序B 缺页处理程序C 进程调度程序D 时钟中断处理程序参考答案：A2.用户程序调用操作系统的功能必须使用（）。
1.1 知识要点1.1.1操作系统的形成与发展推动操作系统发展的动力主要有：不断提高计算机资源利用率的需要、方便用户的需要、器件不断更新换代的需要、计算机体系结构不断发展的需要。
早期的操作系统是单道批处理方式，这种方式具有自动性、顺序性和单道性。
20世纪60年代中期引入了多道程序设计的概念，发展了多道批处理方式、分时处理方式和实时处理方式等，使CPU利用率得到提高，内存和外设的利用率也得到改善，从而使系统的吞吐量大大提高。
多道批处理系统具有交互能力差、平均周转时间长等缺点。
需要解决的问题有：∙处理机管理问题。
∙内存管理问题。
∙设备管理问题。
∙文件管理问题。
∙作业管理问题。
分时处理系统具有多路性、独立性、及时性、交互性。
它要解决的问题是：∙及时接收。
∙及时处理。
实时处理系统具有多路性、独立性、及时性、交互性和可靠性。
它要解决的问题是：∙实时的数据采集和控制。
∙实时处理。
∙所有实时任务的协调运行。
1.1.2 I/O控制技术的发展（1）早期的系统中不配置特别的I/O机制，由处理机直接控制外部设备，进行输入输出操作。
（2）为了使处理机从物理设备的具体细节中分离出来，每一台外部设备上都配置了控制器装置，具体实施物理设备的传输控制。
计算机只要将输入输出命令下达给设备控制器就可以了。
（3）后来，系统中采用了中断机制，处理机可以不需要花费大量时间去等待低速I/O 操作。
中断机制的使用大大提高系统的并行处理能力。
（4）再往后，系统配置了可直接存储器访问控制方式，即DMA方式。
使数据输入输出效率进一步提高。
（5）在系统结构的发展中，又出现了通道控制的I/O机制。
计算机可以将I/O操作交给通道设备去控制完成。
1.1.3系统管理方式操作系统中采用的几种主要管理方式，即批处理、分时处理和实时处理等，这是计算机应用日趋多样化的结果。
其中，批处理又分为单道批处理和多道批处理两种。
我们将各种处理方式实现的系统分别称作单道批处理系统、多道批处理系统、分时系统和实时系统。
第1章操作系统概述
例1 影响计算机系统性能的主要因素是什么？
解: 影响计算机系统性能的主要因素分为软件和硬件两个方面：
(1)硬件方面主要是指构成计算机系统器件的性能和硬件的体系结构，如存储器的速度和容量、多处理机结构、总线结构等。
(2)软件方面主要是指操作系统，因为操作系统决定了硬件是否能被用户使用、硬件的功能是否能发挥出来、其它软件能否在计算机系统上运行。
例2 说明操作系统与软件的关系
解: 操作系统与软件的关系如下：
(1)操作系统是每台计算机必备的系统软件。
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(2)操作系统是所有软件运行的基础，所有的其他软件都是建立在操作系统基础之上的，并得到它的支持和服务。
同硬件一样，软件资源也要操作系统进行有效的管理。
(3)软件的开发依赖于操作系统。
开发软件必需在一定的操作系统环境下进行，操作系统所能提供的功能支持在一定程度上决定软件开发的难易程度。
(4)操作系统影响软件的生命周期。
如果主流操作系统的变更，就意味着一批应用软件生命的结束。
(5)应用软件是操作系统上的可用资源，是操作系统生存的基础。
如何评论一个操作系统的好坏？不仅要考虑其可靠性、易用性、安全性、兼容性等等，还要衡量在此操作系统上开发出的软件的数量和质量。
许多用户使用操作系统的主要目的是使用其上的能够完成某种特定功能的应用软件，例如某些财务公司安装有微软的Windows系列操作系统，而其工作中经常使用的却是Windows
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上开发的各种财务软件，此财务软件是Windows操作系统上的可
用资源。
只有拥有大量应用软件的操作系统才能更多的占有市场，具有旺盛的生命力。
微软的Windows系列是PC机上最流行的操作系统，它不仅拥有众多的软件产品，如软件开发工具VB、VC++、办公软件Office等，还有大量的应用软件。
尽管其操作系统价格高，性能还有许多不足之处，还是拥有大量的用户。
如果说PC上的CPU 不用Intel还可以用AMD或其它公司芯片的话，操作系统则除了选择Windows，其它选择都是困难的。
IBM的OS/2已经退出竞争的舞台。
虽然有PC版的UNIX，如SUN的Solaris和SCO的Unix ware及Open Server ，但在办公自动化、字处理等大宗应用领域远不如Windows来得普及。
Linux系统虽然是免费产品，是唯一从PC到巨型机（包括MPP）系统上全谱系（即可伸缩性强）可运行的系统，其可靠性、稳定性、可扩充性、可伸缩性都是世人称道的。
但是大多数普通用户使用PC的目的是为了字处理、办公自动化、上网浏览、玩游戏，Linux在这方面的软件产品逊色得多，
而这正好是Windows的强项。
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（6）操作系统与软件是相互促进的。
好的操作系统下可以开发出更多的软件，而丰富的软件资源有助于操作系统的竞争和生存。
例3. 说明操作系统与计算机硬件的关系。
解:
(1)操作系统的运行需要硬件的支持，如特权指令、中断机构和通道机构等；操作系统性能的发挥受硬件条件的影响，如内存的容量会影响Windows系统的运行速度。
(2)操作系统决定了硬件是否能被用户使用，决定了硬件的功能是否能发挥出来。
(3)操作系统与硬件的发展是相互促进的。
操作系统的重要任务之一是管理计算机的硬件。
操作系统的运行需要硬件的强有力的支持。
为了能使操作系统高效地运行，硬件系统的组织结构也在不断地进行改进。
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(4)一种操作系统只能运行在特定种类的计算机上。
(5)一台计算机可以运行不同的操作系统。
例4 一个操作系统能否管理任何种类的计算机？
解: 操作系统是与计算机硬件关系最密切的软件，负责管理计算机系统的硬件资源，不同种类的计算机有不同体系结构，不同的处理器，不同的指令系统，不同硬件配置，操作系统能够管理的软硬件资源受到一定的限制，一种操作系统只能安装到特定种类的计算机上。
如，Windows98只能用于管理IBM PC兼容机，而不能用于管理APPLE公司的Machintosh计算机。
例5 为什么要区分系统态和用户态？
解: 区分系统态和用户态主要原因如下：
(1)为了防止操作系统及关键数据受到用户程序有意或无意的破
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坏，通常将处理机的执行状态分成系统态和用户态两种。
处于用户态执行的程序的操作要受到限制，不能去执行特权指令，访问操作系统区域和其他程序的区域，这就防止了用户程序对操作系统和其他用户程序的破坏。
操作系统的内核通常是运行在系统态的，用户态的程序通过系统调用接受系统态程序运行的服务。
(2)用户态下的进程能存取它们自己的指令与数据，但不能存取内核指令和数据或其他进程的指令和数据。
然而，系统态下的进程能够存取内核和用户地址。
例如，一个进程的虚拟地址空间可划分成仅在系统态下可存取及在系统态和用户态都可存取的两部分。
某些机器指令是特权指令（Privilege Instruction），如I/O指令等。
在用户态下执行的进程没有执行特权指令的能力，在用户态下执行特权指令会引起错误。
而在系统态下的进程可以执行一切指令。
例6 多道程序系统的意义？
解: 多道程序系统的意义是：
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(1)提高系统资源的利用率和系统吞吐率。
当一道程序需要等待某种事件发生时，处理机不需要空闲等待，而去执行另一道程序，这样也可以使处理机与外部设备并行操作，可以使其它资源并行或并发操作。
(2)客观世界本身就是一个多道系统，客观世界问题的解决要求多道程序系统的出现，这样可以使问题的解决更迅速、更直接、更方便。
例7 实现多道程序系统的最主要硬件支持是什么？
解: 中断系统和通道技术。
(1)很多进程的切换是由时钟中断引起的，尤其是分时系统。
用户程序进行系统调用时通过软中断来实现，如TRAP。
通道和外设的操作也要向操作系统发送中断。
(2)在多道程序系统中，当CPU要求在主存和外设间传输数据
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时，通过发出I/O指令命令通道工作，通道独立地在内存和外设间
进行数据传输，I/o操作完成后，通道以中断方式通知CPU，从而实现了CPU计算与I/O操作的并行。
例8 微软的DOS存在很多技术问题，如内存管理、安全性、单道程序系统，但是它为什么成为了主流操作系统？
解: 主要原因是：
(1)适合当时的硬件条件；
(2)开发并聚集了大量的可用软硬资源；
(3)配备在流行的计算机上。
例9 单道批处理系统如何克服手工操作阶段计算机系统的缺点的？
解: 手工操作阶段就是没有操作系统的时期，主要缺点是用户
操作和准备操作的时间过长，大量的系统时间被浪费在人工操作上。
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