1.3 操作系统的功能和主要特征

第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
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、可靠地操纵计算机硬件和 运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
(3) 图形、窗口方式：用户通过屏幕上的窗口和 图标来实现与OS的通信，并取得它的服务。（用户 接口）
第一章 操作系统引论
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者
计算机系统资源： 硬件：处理器
I/O软 件 物理接口
硬件 虚机器
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
第一章 操作系统引论
3. OS实现了对计算机资源的抽象
同样，可以再覆盖一层用于文件管理的软 件，由它来实现对文件操作的细节，并向 上提供一组对文件进行存取操作的命令， 方便用户对文件进行存取。
由此可见，OS是铺设在计算机硬件上的 多层系统软件，它们不仅增强了系统的功 能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由 它们实现了对计算机硬件操作的多个层次 的抽象。
第一章 操作系统引论
外围机（卫星机）
外围机：专门用于与I/O设备打交道，完 成面向用户的输入输出（纸带或卡片）， 中间结果暂存在磁带或磁盘上。
第一章 操作系统引论
1.1.1 操作系统的目标
有效性：提高系统资源的利用率；提高系 统的吞吐量（指系统在单位时间内所完成 的总工作量）。
方便性：配置操作系统后可使计算机系统 更容易使用。

用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1.2 OS作为接口的示意图
(1) 命令接口。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言), 用户可通过键盘输入有关命令, 来直接操纵计算机 系统。
(2) 程序接口。OS提供了一组系统调用, 用户可在 自己的应用程序中通过相应的系统调用, 来操纵计算机。
(1) 用户独占全机。 (2) CPU等待人工操作。
2.脱机输入/输出(Off-Line I/O)
这种脱机I/O方式的主要优点如下: 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。
输 入设 备
图
外 围机
1.3 I/O
脱
机
主机
示 意 图
外 围机
磁盘 输 出设 备
1.2.2 单道批处理系统
1.单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
1.2 操作系统的发展过程
1.2.1 无操作系统的计算机系统
1. 人工操作方式
从第一台计算机诞生(1946年)到50年代中期的计算机，属 于第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即 程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程 序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸 带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算 机， 然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点:
3. OS
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机), 即使其功能 再强, 也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一层 I/O设备管理软件, 用户便可利用它所提供的I/O命令, 来进行 数据输入和打印输出。此时用户所看到的机器, 将是一台比 裸机功能更强、使用更方便的机器。通常把覆盖了软件的机 器称为扩充机器或虚机器。如果我们又在第一层软件上再覆 盖上一层文件管理软件, 则用户可利用该软件提供的文件存 取命令, 来进行文件的存取。此时, 用户所看到的是一台功能 更强的虚机器。如果我们又在文件管理软件上再覆盖一层面 向用户的窗口软件, 则用户便可在窗口环境下方便地使用计 算机, 形成一台功能更强的虚机器。

1995年 年
Windows95
Windows NT 3.51(NT第3版) 第 版 Windows NT 4.0(NT第4版) 第 版
1998年 年 2000年10月 年 月 2001年下半年 年下半年
Windows 98 Windows CE Windows me Windows 2000(NT5.0) ( )
1.3 操作系统分类
根据操作系统在用户界面的使用环境和 功能特征的不同,操作系统一般可分为三 种基本类型,即批处理系统,分时系统和 实时系统.随着计算机体系结构的发展, 又出现了许多种操作系统,它们是嵌入式 操作系统,个人计算机操作系统,网络操 作系统和分布式操作系统.
1. 批处理操作系统
批处理(Batch Processing)操作系统的工作方式是: 用户将作业交给系统操作员,系统操作员将许多用户的作 业组成一批作业,之后输入到计算机中,在系统中形成一 个自动转接的连续的作业流,然后启动操作系统,系统自 动执行每个作业.最后由操作员将作业结果交给用户. 批处理操作系统的特点是:多道和成批处理.但是用户自 己不能干预自己作业的运行,一旦发现错误不能及时改正, 从而延长了软件开发时间,所以这种操作系统只适用于成 熟的程序. 批处理操作系统的优点是:作业流程自动化,效率高,吞 吐率高.缺点是:无交互手段,调试程序困难.
5. 用户接口
操作系统为用户提供了以下接口 : ① ② ③ ④ 命令接口. 命令接口. 脱机命令接口. 脱机命令接口. 程序接口. 程序接口. 图形接口. 图形接口.
1.4.2 操作系统的主要特征
1.并发性 1.并发性 2. 共享性 互斥共享方式. (1)互斥共享方式. 同时访问方式. (2)同时访问方式. 3. 虚拟性 4. 不确定性

操作系统的性能指标和功能特征
1、性能指标：
系统的RSA
可靠性(Reliability):用平均无故障时间(MTBF)度量
可维修性(Serviceability):用平均故障修复时间度量
可用性(Availability):正常工作的概率
系统吞吐量: 单位时间完成的作业数
系统响应时间: 从输入到回应所需时间
资源利用率:资源(CPU,内存,I/O设备)实际使用比例
可维护性: 改错、改变功能、扩充功能
可移植性: 将OS移植到另一机型所需工作量
方便用户: 用户界面友好，使用灵活方便
2、功能：
处理机管理
多道程序环境下,处理机管理以进程为基本单位.
进程控制
进程调度
进程同步
进程通信
存储管理
为方便用户使用存储器,提高主存的利用率.
地址重定位
存储分配
存储保护
存储扩充
设备管理
缓冲管理
设备分配
设备处理
设备独立性和虚拟设备
文件管理
目录管理
文件读、写管理
文件存取控制
文件存储空间的管理
用户接口
命令接口
程序接口
图形接口
3、主要特征：
并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生
共享性：系统中多个资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，有互斥和同步两种共享方式
虚拟性：将一个物体影射为若干个逻辑实体
不确定性
程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现。

多道程序设计环境下，程序按异步方式运行。

信息传输、控制协调等工作，为用户提供一个统一的界面，标
准的接口，用户通过这一界面实现所需的操作和使用系统的资
源，但操作和计算是在哪一台计算机上执行或使用哪个计算机
的资源则由操作系统自动完成，用户不用知道，即分布或操作
系统是透明的。
返回本节
中国水利水电出版社
计算机操作系统教程
1.3 操作系统的基本概念 • 1.3.1 操作系统的定义 • 1.3.2 操作系统的基本功能 • 1.3.3 操作系统的特征
返回本节
中国水利水电出版社
计算机操作系统教程
1.2 操作系统的发展历史 • 1.2.1 无操作系统的计算机 • 1.2.2 单道批处理系统与多道 批处理系统及执行系统 • 1.2.3 分时系统 • 1.2.4 实时系统 • 1.2.5 微机操作系统、网络操 作系统与分布式操作系统
返回本章首页
中国水利水电出版社
第7章 Windows 98中文版的使用
• 本章学习目标 • 7.1 文件和文件夹的管理 • 7.2 磁盘驱动器的管理 • 7.3 附件 • 7.4 打印机的管理 • 7.5 Windows 98 的设置
中国水利水电出版社
计算机操作系统教程
• 欢迎您使用
计算机操作系统教程
主 编：柯敏毅
结束放映
中国水利水电出版社
中国水利水电出版社
计算机操作系统教程
第3章 进程管理
•3.1 引言 •3.2 进程的引入和定义 •3.3 进程的状态和进程控制块 •3.4 进程控制 •3.5 线程的基本概念 •3.6 进程调度 •3.7 进程通信 •3.8 死锁问题
中国水利水电出版社
计算机操作系统教程
第4章 存储管理
• 4.0 • 4.1 • 4.2 • 4.3 • 4.4

第1章 操作系统概述
（3） 设备驱动。 实现CPU与通道和外设之间的通信。 由CPU向通 道发出I／O指令， 后者驱动相应设备进行I／O操作。 当I／O任务完成后， 通道向CPU发中断信号， 应的中断处理程序进行处理。 （4） 设备无关性。 又称设备独立性， 即用户编写的程序与实际使用 的物理设备无关， 由操作系统把用户程序中使用的逻 辑设备映射到物理设备中。 由相
处于核心的最高层， 离用户层最近。 如图1-4所示。
第1章 操作系统概述
图形界面 用 命令界面
应
shell层
层
程序界面 (系统调用)
作
系 统
核
硬件
操
图1-4 操作系统的三种界面
心
第1章 操作系统概述
2） 命令界面
操作系统所提供的最重要的系统程序是命令解释
程序， 它是最初启动作业（进程）或用户刚进入分时 系统时就正在系统中运行的那个程序。 在批处理系统中， 利用控制卡片向操作系统提出 命令； 而在交互式系统中， 用户直接在终端上输入命 令， 这些命令就起与控制卡同样的作用。
① 监视各种资源并随时记录它们的状态；
② 实施某种策略以决定谁获得资源， 何时获得， 获得多少； ③ 分配资源供需求者使用； ④ 回收资源， 以便再分配。
第1章 操作系统概述
（3） 设置操作系统的另一个目的是扩充机器功能 以方便用户使用。 计算机系统的基本资源包括硬件 （如处理机、 内存、 各种设备等）、 软件（系统软件 和应用软件）和数据。
第1章 操作系统概述
输入设备
主
机
打印机
操作员 控制台
图1-5 第一代计算机的控制关系
第1章 操作系统概述
(2) 串行工作， 人的操作与计算机的运行以及计算

•内存中若干道程序交替地运行。 • 当运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度另 一道程序运行。 •保持了CPU处于忙碌状态。
第一章 操作系统引论
用户 程序 监督 程序
I/O 中断 请求 启动 I/O
I/O 操作
t1 t2
I/O 中断 请求
I/O 完成 结束 中断
启 动 I/ O
t3 t4
t5 t6
(3) 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图 标来操纵计算机系统和运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者 计算机系统资源分为四类：处理器、存储器、 I/O 设备以及信息(数据和程序)。 •处理机管理， 用于分配和控制处理机； •存储器管理，主要负责内存的分配与回收； •I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵； •文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
是
源 程序
有 错吗 ？
否
运行 目 标程 序
装配 目 标程 序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
2. 单道批处理系统的特征 单道批处理系统并非是现在人们所理解的OS。但比 起人工操作方式的系统已有很大进步。
该系统的主要特征如下： (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。
程序 C
程 序D I/O 请 求
程序 D
调度 程序
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
(2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2) (2) 无序性。 (3) (3) 调度性。 （作业调度，进程调度）

年VIP
月VIP
连续包月VIP
VIP专享文档下载特权
享受60次VIP专享文档下载特权，一 次发放，全年内有效。
VIP专享文档下载特权自VIP生效起每月发放一次， 每次发放的特权有效期为1个月，发放数量由您购买 的VIP类型决定。
每月专享9次VIP专享文档下载特权， 自VIP生效起每月发放一次，持续有 效不清零。自动续费，前往我的账号 -我的设置随时取消。
包权
人书友圈7.三端同步
第一章 操作系统引论
(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算 机系统。
(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户 可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵 计算机。
(3) 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图 标来操纵计算机系统和运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
特权福利
特权说明
第一章 操作系统引论 VIP用户有效期内可使用VIP专享文档下载特权下载或阅读完成VIP专享文档（部分VIP专享文档由于上传者设置不可下载只能 阅读全文），每下载/读完一篇VIP专享文档消耗一个VIP专享文档下载特权。
0下载券文档一键搜索 VIP用户可在搜索时使用专有高级功能：一键搜索0下载券文档，下载券不够用不再有压力！
内容特 无限次复制特权 权 文档格式转换
VIP有效期内可以无限次复制文档内容，不用下载即可获取文档内容 VIP有效期内可以将PDF文档转换成word或ppt格式，一键转换买的VIP时长期间，下载特权不清零。
100W优质文档免费下 载

(1) 用户独占全机，即一台计算机的全部资源由上机用 户所独占。
(2) CPU等待人工操作。当用户进行装带(卡)、卸带(卡) 等人工操作时，CPU及内存等资源是空闲的。
整理课件 13
第一章 操作系统引论
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 为了解决人机矛盾及CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛 盾，20世纪50年代末出现了脱机I/O技术。该技术是事先将 装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机 的控制下，把纸带(卡片)上的数据(程序)输入到磁带上。当 CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。
整理课件 9
第一章 操作系统引论
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
整理课件 10
第一章 操作系统引论
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求
整理课件 11
整理课件
2
第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 OS结构设计 习题
整理课件 3
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
操作系统的目标与应用环境有关。例如在查询系统中所 用的OS，希望能提供良好的人—机交互性；对于应用于工 业控制、武器控制以及多媒体环境下的OS，要求其具有实 时性；而对于微机上配置的OS，则更看重的是其使用的方 便性。
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。
整理课件 26
第一Байду номын сангаас 操作系统引论

《计算机操作系统》教案备课教师：晁妍职称：助教教学班级计科专业09级本科2班时间：2011年9月已教轮数：1计算机与信息学院2011-2012学年度第一学期课程教学目的及教学要求：本课程是计算机科学与技术专业的主要专业基础课和主干课。

本课程的学习目的在于使学生掌握操作系统的基本概念、基本原理、设计方法和实现技术，具有初步分析实际操作系统的能力，为其今后在相关领域开展工作打下坚实的基础。

教材：《计算机操作系统》（第三版）汤小丹等推荐参考书：[1] 《计算机操作系统》（第二版）汤子瀛等西安电子科技大学出版社[2]《计算机操作系统教程》张尧学史美林清华大学出版社[3]《UNIX教程》（第2版）（美）Syed Mansoor Sarwar Robert Koretsky 张玉洁孟祥武译机械工业出版社[4]《计算机操作系统.学习指导与题解》梁红兵、汤小丹西安电子科技大学出版社[5]《操作系统实验指导—基于linux内核》徐虹编清华大学出版社第1、2讲（周次：第2周）(注：线右侧写教学方法、实验演示、新增补内容、重要标注、时间分配等) 教学章节：1.1 操作系统的目标和作用（简略）1.2 操作系统的发展过程（每种OS的不足与各自特点）教学目的及要求：目的：是使学生建立起 OS的基本概念。

要求：了解OS的引入和发展；理解多道程序设计技术；重点、难点：(注：重点和难点如果一致，则写在一起，若不同则应分开写)：OS引入和发展、OS的基本特征和功能。

教学内容：板书设计见PPT。

(注：内容每节课1-2页为宜)复习引入：首先说明对课程的成绩如何评定，提出学习要求，以及教材的使用并推荐参考教材。

然后介绍本课程的特点、性质和目的，以及如何学习，最后对本课程内容以及课时分配做简单的介绍。

新课讲授：操作系统在计算机系统中的地位：（结合课件中图加以说明，由此引出目标和作用）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。

信息系统管理工程师笔记第1章计算机硬件基础1.1、计算机基本组成：1、按照冯诺依曼结构，计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备五部分组成。

2、运算器和控制器合称为中央处理器也就是CPU，内存储器和中央处理器合称为主机；其它设备称为外部设备简称外设。

3、运算器进行算数运算和逻辑运算，控制器用于协调整个计算机的工作，包括指令寄存器、指令译码器、时序控制器三部分，存储器通过地址线和数据线同其它部件相连。

4、字节是表示CPU一次可以处理的位数的单位，有8位，16位，32位，64位。

1.1.1、中央处理器CPU1、运算器：运算器可以进行算数逻辑运算，由算数逻辑运算部件ALU和寄存器组成，寄存器用来存放操作数、操作数地址、结果，CPU一般有多个寄存器，如8个、16个、32个。

累加器中不但可以保存运算中的操作数还可以保存中间结果和最终结果。

字长指运算器的位数，字长越长处理器能够计算的精度就越高。

2、控制器：控制器的工作实质是解释和执行指令，为保证计算机可以正确执行指令，控制器要保证CPU可以按照正确的时序产生操作控制信号.3、控制器包括如下4个部分：程序计数器PC：指令寄存器或指令指针PC，用于存放下一条执行的指令的地址，在顺序执行时每次PC自动加1，在需要跳转执行时，通过转移类指令形成转移地址存放到PC；指令寄存器：用于存放现行指令；指令译码器：用于对现行指令进行解释；脉冲源：用于产生时钟脉冲信号；总线带宽：单位时间内可以通过总线传输的数据总量，单位是MB/S；总线的位宽：总线能同时传输的数据位数，有32位、64位。

4、存储器：存储器用于存储指令和数据，分为三种，高速缓冲存储器，（即高速小容量存储器，速度接近CPU，用于存放指令和数据）。

主存储器，（用于存放计算机运行时的大量数据）。

外部存储器，（大容量低速度）。

其中高速缓冲存储器和主存储器合称为内存储器，CPU 可以直接访问内存储器。

4、输入输出设备：键盘：由按键和键盘控制电路组成，其中键盘控制电路由逻辑电路或单片机组成，功能是进行扫描判断键盘的位置，进而将对应的码转换为ASCII码，通常按照键盘控制器的结构将键盘分为编码键盘和非编码键盘。

第1章 操作系统引论
操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 操作系统的主要功能 操作系统的结构设计 **UNIX系统简介 本章作业
OS引论
1.1 操作系统的目标和作用
一、操作系统目的/目标 二、计算机系统组成 三、 操作系统的作用
返回目录
OS引论
二、计算机系统组成
待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。
返回
OS--------Introduction
1.2.4 多道批处理系统
特征：（1）调度性
（2）无序性 （3）多道性
优点：（1）资源的利用率高 （2）系统吞吐量大
缺点：（1）平均周转周期长 （2）无交互能力
需解决问题
处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件及作业管理问题
多用户多任务：UNIX, Solaris x86, Linux。
返回
OS--------Introduction
六、多处理机操作系统
多处理机系统引入原因 增加系统的吞吐量 节省投资 提高系统的可靠性
多处理机系统的类型 紧密耦合MPS 松散耦合MPS
多处理机操作系统的类型 非对称多处理模式 对称多处理模式
精心设计的，能实现现代OS核心功能的小型内核，它 小而精炼，运行在核心态下，开机后常驻内存，不会因内 存紧张而换出，它为构建通用OS提供了一个重要基础。
微内核的基本功能
进程管理 存储器管理 进程通信管理 I/O设备管理
特点
小而精练 系统的灵活性和可扩充性好 系统的可靠性高 适用于分布式系统
1.2.3 单道批处理系统 用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算
1、工作流程： 机系统所做的全部工作。

(3) 当I/O操作完成(或出错)时，通道以中断方式中断 CPU正在执行的程序，请求CPU的处理
多道程序设计原理
第一章 操作系统概论
①
作 业 程 序A
③ I/O 请 求 ② 读 /写 数 据 ⑦
数据
主 存缓 冲 区
通
④
道
作 业 程 序B ⑥
⑤ I/O 结 束 中 断
图
1
.
4
多
道
磁带
程 序
运
行
概
念
图
计算采用多道程序设计方法时，处理器的利用率 为多少？
第一章 操作系统概论
多道程序设计的实现
为实现多道程序设计， 必须妥善解决以
(1) 存储保护和地址重定位。 (2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。
第一章 操作系统概论
通道 1 通道 2 调度程序 程序 A 程序 B 程序 C
图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换
第一章 操作系统概论
文件管理
（2）由于文件都存放在外存，要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配， 哪些为待分配。
（3）制定文件存储空间的分配策略，实施具体 的分配和回收。
（4）确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
（5）提供一系列文件使用命令，以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
第一章 操作系统概论
共享(sharing)
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作 系统要对系统资源进行合理分配和使用。 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享（如音频设备）：资源分配后到释 放前，不能被其他进程所用。
同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 资源分配难以达到最优化 问题：资源的分配、对数据同时存取的保护。

精品课件
第一章 操作系统引论 3. OS用作扩充机器
•裸机：一台完全无软件的计算机系统。 •扩充机器或虚机器：覆盖了软件的机器。 •若在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，可用来进行数据 输入和打印输出。 •若再覆盖上一层文件管理软件，可用来进行文件的存取。 •若再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环 境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。
1. 方便性(机器语言难使用， OS可编译) 2. 有效性 (改善资源的利用率及提高系统呑吐量) 3. 可扩充性 (层次化和模块化使之可扩充) 4. 开放性 (遵循同一标准，软硬件兼容)
精品课件
第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口： 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。 OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。
精品课件
第一章 操作系统引论 2. 内存保护 内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间内
运行，彼此互不干扰。 一种比较简单的内存保护机制：设置两个界限寄存器。 须对访问的地址进行越界检查，越界则停止程序执行。
程序A
A完成
程序B I/ O请求
程序B
程序B I/ O完成
程序C I/ O请求
C I/ O完成 C 再 被 调 度
程序C
程序D I/O请求
程序D
调 度 程序
(b) 四 道 程 序 运 行 情 况 精品课件
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论 (2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 •“用户的需求”是分时系统发展的动力。 •用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人—机交互。（如调试程序） (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。 （终端直接连入）

推动操作系统发展的主要动力
不断提高计算机资源利用率： 方便用户： 器件的不断更新换代： 计算机体系结构的不断发展： 不断提出新的应用需求：
1.2操作系统的发展过程
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理 OS；60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推 出分时系统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS 也相继问世。20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系 结构大发展的年代，导致了微型机、多处理机和计算机 网络的诞生和发展，与此相应地，也相继开发出了微机 OS、多处理机OS和网络OS，并得到极为迅猛的发展。
多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系统， 为使系统中的多道程序间能协调地运行，系统必须解决下述 一系列问题：
(1) 处理机争用问题。既要能满足各道程序运行的需要， 又要能提高处理机的利用率。
(2) 内存分配和保护问题。系统应能为每道程序分配必 要的内存空间，使它们“各得其所”，且不会因某道程序出 现异常情况而破坏其它程序。
(5) 作业管理问题。系统中存在着各种作业(应用程序)， 系统应能对系统中所有的作业进行合理的组织，以满足这些 作业用户的不同要求。
(6) 用户与系统的接口问题。为使用户能方便的使用操作 系统，OS还应提供用户与OS之间的接口。
4、分时系统(Time Sharing System)
分时系统的引入：
前面所介绍的多道批处理系统、分时系统和实 时系统这三种基本操作系统都具有各自不同的特征， 如批处理系统有着高的资源利用率和系统吞吐量； 分时系统能获得及时响应；实时系统具有实时特征。 除此之外，它们还共同具有并发、共享、虚拟和异 步四个基本特征。
并发
并行与并发：
并行性：多个事件在同一时刻发生 并发性：多个事件在同一时间间隔内发生。

存储器分配与回收 地址映射（变换）：逻辑地址到内存物理地址映射 存储保护：保证进程间互不干扰、相互保密 内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利 用率、扩大进程的内存空间
1.1.3 操作系统的功能 文件管理
管理目标：解决软件资源的存储、共享、保密 和保护
文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空 间利用率和读写性能 目录管理：解决信息检索问题。文件的属性（如文 件名）、单一副本赋予多文件名 文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。 系统设口令“哪个用户”、用户分类“哪个用户组”、 文件权限“针对用户或用户组的读写权”
异步（asynchronism ）
也称不确定性：指进程的执行顺序和执行时间的不确定性 进程的运行速度不可预知：分时系统中，多个进程并发 执行，“时走时停”，不可预知每个进程的运行推进快慢 无论快慢，应该结果相同——通过进程互斥和同步手段 来保证 难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行中的错 误） 因为不确定性，在设计OS时，要充分考虑各种可能 性，以便稳定、安全、高效地达到并发和资源共享
1.2 操作系统的发展历史
1.2.2 早期的批处理系统（20世纪50年代）
联机批处理：I/O设备与主机直接连接
系统带 输入设备 纸带机 主机 卡片机 输入带 输出设备 打印机
图1-5 联机批处理系统模型图
1.2 操作系统的发展历史
1.2.2 早期的批处理系统（20世纪50年代）
联机批处理：I/O设备与主机直接连接 用户将程序写在纸上（用高级语言或汇编语言） 将作业穿孔成卡片，再将卡片盒交给操作员 操作员有选择地把若干作业合成一批，通过输入设 备（纸带输入机或读卡机）输入 监督程序读入一个作业 从输入设备调入，编译、连接、运行程序 返回4，再读入一个作业，直到一批作业完成 返回3，处理下一批

① 进程互斥：是指诸进程(线程)互斥地访问临界资源；
② 进程同步：同步机构协调合作完成共同任务的进
程(线程)的执行次序。
•
最简单进程互斥的机制，是为每一个临界资源配置一把
锁W，当锁打开时，允许访问；而当锁关上时，则禁止访问。
第一章 操作系统引论 3. 进程通信 进程通信：实现在相互合作的进程之间的信息交换。
第一章 操作系统引论
2. 内存保护 内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间内 运行，彼此互不干扰。 一种比较简单的内存保护机制：设置两个界限寄存器。 须对访问的地址进行越界检查，越界则停止程序执行。
第一章 操作系统引论
3. 地址映射
“逻辑地址”或“相对地址”：一般应用程序地址都是从 “0”开始的，程序中的其它地址都是相对于起始地址计算 的； 这些地址称为“逻辑地址”或“相对地址”。 “物理地址”：由内存中的一系列单元所限定的地址范围 称为“内存空间”， 其中的地址称为“物理地址”。 地址映射功能：将地址空间中的 逻辑地址 转换为内存空间 中与之对应的物理地址。该功能应在硬件的支持下完成。
并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生； 多处理机上，多个程序被分配到多个处理机上，实现并 行执行 并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
单处理器上，宏观上有多个程序在同时运行，微观上只
能分时地交替执行
第一章 操作系统引论
1.3.2 共享(Sharing)
共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
(2) 可提高内存和I/O设备利用率。
(3) 增加系统吞吐量。
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。