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第01章 计算机操作系统 操作系统引论

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操作系统课件第1章 引论

操作系统课件第1章 引论
运行目标 程序
源程序有 错吗？
否
装配目标 程序
在计算机系统中安装 一个监控程序 Monitor,作业在其控 制下顺序连续处理。
缺点： 资源得不到充分利用
优点： 简单
三、多道批处理系统（第7页）
t
多道批处理系统是真正的OS
特征：
•多道性 •无序性 •作业调度性
•CPU利用率↑ •内存利用率↑ •I/O设备的利用率↑
出设备的使用顺序和时间如下：
A：I2(30ms)；CPU (10ms)；I1 (30ms)；CPU(10ms)；I2(20ms) B： I1(20ms)； CPU (20ms)； I2(40ms) C： CPU (30ms) ； I1 (20ms)； CPU (10ms)； I1(10ms) 假定：CPU、I1，I2能并行工作， A优先级最高，B次之、C优
1.4 操作系统的功能
• 处理机管理 • 储存器管理 • 设备管理 • 文件管理 • 用户接口
处理机管理
1) 进程控制：创建、管理、撤消 2)进程同步:互斥、同步 3)进程间的通信：交换信息 4)调度：作业调度和进程调度
储存器管理
1)内存分配
静态内存分配、动态内存分配
2)内存保护 3)地址影射 4)内存扩充
先级最低，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的 CPU但不能抢占I1和I2。 要求：
（1）画出三个程序的运行情况。 （2）计算从投入到完成CPU利用率和每个I/O设备的利用率。
1.3 操作系统基本特征
一、并发性 二、共享性 三、虚拟性 四、异步性
一、并发性(Concurrence)
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行：是指两个或多个事件在同一时刻同时发生。 单处理器系统：宏观上是并行的，微观上是串行的。 多处理器系统：宏观和微观上都是并行的。 并发机制的引入的目的：有效改善了系统资源的利用

操作系统C 第1章 操作系统引论

操作系统C 第1章 操作系统引论

31
1.5.1 传统操作系统结构
1）无结构操作系统：功能的实现和获得高的效率。 过程的集合，各过程可以互相调用。 庞大不清晰结构，也叫整体结构。
32
2）模块化结构（图1-5）：
基于分解和模块化原则，由独立功能的模块构成。
优点：
• 提高OS设计的正确性、可理解性、可维护性。 • 增强了OS的适应性。 • 加速了OS的开发过程。
操作系统 开发人员
48
例题： 设内存中有三道程序A,B,C，它们按照A,B,C的优 先次序执行，它们的计算时间和I/O操作的时间 如表所示：单位：ms
程序 操作 计算 I/O操作 计算 30 40 10 60 30 10 20 40 20 A B C
假设三道程序使用相同设备进行I/O操作，即程序 以串行方式使用设备，试画出单道运行和多道运 行的时间关系图，并计算完成这三道程序花费的 时间。
42
微内核结构：以微内核为OS核心，以客户 /服务器为基础，采用面向对象的程序设 计方法，应用机制与策率分离的原理设 计的操作系统。
43
微内核的基本功能
进程管理 内存管理 进程通讯管理 低级I/O管理。
44
微内核操作系统的优点
• • • • • 提高系统的可扩展性 增强系统的可靠性 增强了移植性 提供了对分布式系统的支持 融入了面向对象的技术
29
1.4.4 文件管理功能
存储空间管理：记录使用、分配与回收 目录管理：目录项（文件名，文件属性，物理地 址），目录文件，按名存取，文件共享，目录查询。 文件读写管理和保护：
30
1.5 操作系统的结构设计
无结构操作系统 模块式结构 层次式结构 微内核结构
传统的OS结构 现代的OS结构

计算机操作系统第一章+操作系统引论

计算机操作系统第一章+操作系统引论
设备驱动程序与操作系统的关系
设备驱动程序是操作系统的重要组成部分，它负责与硬件交互，实现设备的控制和管理 功能。同时，设备驱动程序也依赖于操作系统的内核提供的接口和功能。
03 操作系统的结构 与组成
操作系统的结构
层次结构
操作系统可以按照功能和抽象程度的不同，自底向上分为多个层 次。
微内核结构
将操作系统的核心功能模块化，每个模块都是一个独立的进程，通 过消息传递进行通信。
操作系统可靠性保障措施
容错技术
容错技术用于提高操作系统的可靠性，通 过在系统中引入冗余资源来保证系统在出
现故障时仍能正常运行。
入侵检测与防御技术
入侵检测与防御技术用于实时监测和防御 针对操作系统的攻击，保护系统的安全性
。
备份与恢复技术
备份与恢复技术用于在系统出现故障或数 据丢失时恢复系统和数据，保证系统的可 用性。
05 操作系统的性能 评价与优化
操作系统的性能评价
01
响应时间
用户从发出请求到接收到响应所 经过的时间，是评价操作系统性 能的重要指标之一。
吞吐量
02
03
资源利用率
单位时间内系统处理的作业数或 事件数，反映了系统的处理能力 。
系统中各种资源的使用情况，包 括CPU、内存、磁盘等，反映了 系统的资源利用效率。
操作系统负责创建、调度和终止进程，以 及处理进程之间的并发和同步问题。
内存管理
文件系统
操作系统负责管理计算机的内存空间，包 括内存的分配、回收、保护等。
பைடு நூலகம்
操作系统提供文件存储和访问的功能，包 括文件的创建、删除、修改、查找等。
操作系统的服务
系统调用
操作系统提供了一组系统调用接口，供 应用程序使用，以请求操作系统提供服

计算机操作系统-第一章-操作系统引论

计算机操作系统-第一章-操作系统引论

2021/4/6
4
虚拟存储管理
虚存是由操作系统调度，采用内 外存的交换技术，各道程序在必需 使用时调入内存，不用的调出内存， 这样好象内存容量不受限制。
2021/4/6
5
虚存的特点
虚存容量不是无限的，极端情况受内存 和外存可利用的总容量限制
虚存容量还受计算机总线地址结构限制 速度和容量的“时空”矛盾，虛存量的
最近最少使用页面先淘汰（LRU） （Least Recently Used）
最不经常使用的页面先淘汰（LFU） （Least Frequent Used）
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页面淘汰算法（2）
最近没有使用页面先淘汰（NUR） 最优淘汰算法（OPT） （Optimal Replacement Algorithm） 随机数淘汰页面算法 （Random Replacement Algorithm）
2021/4/6
13
第四章 存储管理
第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理
2021/4/6
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请求页式存储管理
实现原理 页表设计 页面淘汰算法 页式存储管理的优点及缺点
2021/4/6
15
页式存储管理实现原理
基于程序在运行时不需要一 开始都装入内存，更不应该 把最近较长一段时间内不用 的程序装入内存。
即前面一段没有退出前，在不影响工作
前提下，后面一段又可重新装入。而可
重入程序的特点是执行程序中指令不变 称纯代码（纯码）,而工作区和数据区由 调用者自带。
2021/4/6
23
第四章 存储管理
第一节 概述 第二节 分区分配存储管理 第三节 请求页式存储管理 第四节 段式存储管理 第五节 段页式存储管理

1操作系统 - 操作系统引论

1操作系统 - 操作系统引论

操作系统定义：是一组控制和管理计算机硬件和软
件资源，合理地组织计算工作流程，以及方便用户 使用的程序集合。
17
1.2操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统（分享处理器时间） 分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器 和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端， 以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 分时系统的产生 • 人机交互：随时修改程序 • 共享主机：共享而透明 • 便于用户上机：远程的传输 分时系统实现中的关键问题 • 及时接收和及时处理：直接进入内存，时间片 分时系统的特征 • 多路性、独立性、及时性和交互性。
3
1.1操作系统的目标和作用
1.1.2操作系统的作用
1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2、作为计算机系统资源的管理者 3、实现对计算机资源的抽象
4
1.1操作系统的目标和作用
1.1.2操作系统的作用 1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 • 命令方式 用 户 • 系统调用方式 • 图形、窗口方式 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口 操作系统 计算机硬件
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
16
1.2操作系统的发展过程
1.2.3多道批处理系统
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
操作系统的形成:
为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件 以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的 软件，这样便形成了操作系统。
33
1.5操作系统的结构设计
1.5.1传统的操作系统结构 2、模块化结构OS • OS是采用“模块化程序设计”技术，按其功能划分 为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好 各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可 按子功能进一步细分下去。 • 优点 – 提高了OS设计的正确性，可理解性和可维护性 – 加速了OS的开发过程 • 缺点： – 模块及接口划分较困难

第一章 操作系统引论

第一章 操作系统引论

第一章操作系统引论计算机系统有硬件和软件两部分组成。

操作系统（OS，Operating System）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。

1.1 操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.效率（1）提高系统资源利用率。

（2）提高系统的吞吐量2.方便性3.可扩充性（适应于不同的计算机体系结构）4.开放性1.1.2 操作系统的作用1.OS作为应用程序和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可通过三种方式使用计算机：（1）命令方式（2）系统调用方式（3）图形、窗口方式2.OS作为计算机系统资源的管理者在一个计算机系统中，通常都会含有各种各样的引荐和软件资源。

归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备广丽，负责I/O设备以及信息（数据和程序）。

相应地，OS的主要功能也正是针对负责内存的分配与回收；I/O设备管理，负责I/O设备的分配和控制分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。

3.OS实现了针对计算机资源的抽象OS是一种虚拟机。

1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作的计算机系统1.人工操作方式人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，此即所谓的人机矛盾12.脱机输入/输出方式输入/输出（Off-Line I/O）技术是事先将装有用户程序和数据的纸带输入机，在一个外围机的控制下。

把纸带上的数据输入到磁带上。

1.2.2单道批次处理系统(Simple Batch Processing System9)1.单道批次处理系统的处理过程通常把一个批次作业以脱机的方式输入到磁带上，并在操作系统配上监督程序(Monitor)，在它的控制下是这批作业能一个接着一个地连续处理。

其自动护理过程是：首先，由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交给该作业。

当该作业处理完成时，又把控制权交给监督程序，再由监督程序把磁带（盘）上的地问个作业调入内存。

计算机操作系统(汤小丹第三版)第1章_操作系统引论


3
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1 操作系统的目标
通常在计算机硬件上配置的OS，其目标有以下几点：
1、方便性——便于使用 2、有效性 ——效率高 3、可扩充性 ——方便增加模块 4、开放性 ——兼容性
4
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
13
第一章 操作系统引论
2、脱机输入/输出(Off-Line I/O)
图 1-3 脱机I/O示意图 脱机I/O (1) 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。
14
第一章 操作系统引论
1.2.2 单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程
开始
还有下 一个作业？
否 停止
是 把下一个作业的源 程序转换为目标程 序
批处理系统。
（1）同时在内存中装有若干道程序，并使它们交 替地运行。
（2）保持了CPU处于忙碌状态。 （3）进一步提高了资源的利用率和系统吞吐量！
18
第一章 操作系统引论
单道程序与多道程序系统
19
第一章 操作系统引论
1、多道程序设计的基本概念
单道程序与多道程序系统
20
第一章 操作系3 Heavy I/O 10 min. 80 K Yes No Yes
Processor use Memory use Disk use Printer use Elapsed time Throughput rate Mean response time
1） 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。
2）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。

01-第一章操作系统引论


(2) 顺序性 ������
(3) 单道性
卡 片 阅 读 机
卡片
磁带机
打 印 机
IBM 1401
IBM 7094
IBM 1401
输入磁带
输出磁带
图1－4 早期批处理系统
$END Data for program $RUN $LOAD Fortran program $FORTRAN $JOB, 10,429754
3.多道批处理系统的优缺点
(1) 资源利用率高 (2) 系统吞吐量大 (3) 可提高内存和I/O设备利用率 (4) 平均周转时间长 (5) 无交互能力。 面向主机系统,适合大型科学计
算、数据处理。
4.多道批处理需要解决的问题
(1) 处理机管理问题。 (2) 内存管理问题。 (3) I/O设备管理问题。 (4) 文件管理问题。 (5) 作业管理问题。
图 1-6 单道和多道程序运行情况
2.多道批处理系统的特点
• 多道： 多道指某个作业占用CPU，若由于某种原因 暂时不用CPU 则系统让第二个作业占用CPU， 作业宏观并行，微观串行。 • 成批处理： 用户自己不能干预自己作业的运行，一旦发 现作业错误不能及时改正，并延长开发软件 时间，所以适用于成熟的程序。 • 无序性：执行完成次序不定。 • 调度性：作业调度，进程调度。
图 1-2 脱机I/O示意图
脱机输入技术
为解决低速输入设备与CPU速度 不匹配的问题，可将用户程序和数 据，在一台外围计算机的控制下， 预先从低速输入设备输入到磁带上， 当CPU需要这些程序和数据时，再直 接从磁带机高速输入到内存，从而 大大加快了程序的输入过程，减少 了CPU等待输入的时间。
脱机输出技术
OS是掌控计算机上的一切事情的软件系统！

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1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性进程管理1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构为此，系统应设置相应的数据结构，用于记录文件存储空间的使用情况，以供分配存储空间时参考；系统还应具有对存储空间进行分配和回收的功能。

第1章-操作系统引论

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。
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第一章 操作系统引论
1.3 操作系统的基本特性
OS特性一：并发性 并行与并发
并行性（Parallelism）是指两个或多个事件在 同一时刻发生。如T3时刻
并发性(Concurrence) 是指两个或多个事件在 同一时间间隔内发生。如T3—T4时刻 并发性是OS最重要的特征，OS所有的内容都围绕 它展开！！
第一章 操作系统引论
操作系统的进一步发展
操作系统发展的主要动力
器件快速更新换代。 计算体系结构不断发展。 提高计算机系统资源利用率的需要。 让用户使用计算机越来越方便的需要。 满足用户新要求，提供给用户新服务。
操作系统发展的方向
从大中型计算机来看，主要是分布式和网络化。 微机操作系统主要向多用户多功能、虚存、图形、 数据库等方向发展。 操作系统的智能化。
第一章 操作系统引论
分时系统实现中的关键问题 (1) 及时接收。多路卡、输入缓冲区 (2) 及时处理。交互作业应在内存、响应时间应短 采用时间片轮转 分时系统的特征 多路性（同时性） 独立性（独占性） 及时性 （1—3sec） 交互性： “会话”
第一章 操作系统引论
1.2.5 实时系统
第一章 操作系统引论
开始
还有下一 个作业？ 否 停止
是
把下一个作业 的源程序转换 为目标程序
是
源程序 有错吗？ 否
运行目标程序
装配目标程序
图 1-4 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
1.2.3 多道批处理系统（Multiprogrammed Batch Processing System）（第三代计算机）
导致人机矛盾、CPU和I/O设备速度不匹配
第一章 操作系统引论 2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 引入I/O机的概念，解 决CPU和I/O设备 速度不匹配的矛盾。
输入设备
外围机
磁盘
主要优点：
(1)减少了CPU的空闲 时间。
主机
(2) 提高I/O速度。
外围机 输出设备
第一章 操作系统引论
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（功能 的观点）
处理机管理：分配和控制处理机 存储器管理：分配及回收内存 I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与 操作 文件管理：文件存取、共享和保护
第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
引入进程 目的：为了使多个程序能并发执行。 好处：有效地提高了系统资源的利用率和系统 吞吐量，并改善了系统的性能。 进程(Process)：在系统中能独立运行并作为资源 分配的基本单位，它是由一组机器指令、数据和堆 栈等组成的，是一个能独立运行的活动实体。
一个进程在运行时需要一定的资源，如CPU、存 储空间及I/O设备等。
第一章 操作系统引论
更多操作系统
网络操作系统（Network Operating System ） 是建立在主机操作系统基础上，用于管理网络 通信和共享资源，协调各主机上任务的运行， 并向用户提供统一的、有效的网络接口的软件 集合，它是用户和主机操作系统之间的接口。 分布式计算机系统由多台分散的计算机经互连 网络连接而成 嵌入式操作系统指运行在嵌入式(计算机)环境 中，对整个系统及所有操作的各种部件、装臵 等资源进行统一协调、处理、指挥和控制的系 统软件
第一章 操作系统引论
实时系统与分时系统特征的比较 多路性：相似 独立性：相同 及时性：实时系统要求更高 交互性：分时系统交互性更强 可靠性：实时系统要求更高
第一章 操作系统引论
1.2.6
字长划分： 运行方式划分：
微机操作系统的发展
1．单用户单任务操作系统 含义：只允许一个用户上机，且只允许用户程序作为 一个任务运行。（一个人只做一件事） 配臵在8位和16位微机。代表是CP/M，MS-DOS，PC-DOS 。 2．单用户多任务操作系统
概念 多道：系统中同时驻留多个作业 多道程序设计优点 提高CPU利用率（图1-5） 提高内存和I/O设备利用率 增加了系统吞吐量 特征 多道性、宏观上并行、 微观上串行 多道批处理优点 资源利用率高、系统吞吐率大 缺点 平均周转时间长、无交互能力（怎么办？？）
第一章 操作系统引论
I/O请求
I/O请求
I/O完成
A完成 I/O完成
程序C 程序D 调度程序
表示获得CPU
(b)四道程序运行情况
第一章 操作系统引论
多道批处理系统需要解决的问题
(1) 处理机管理问题。 (2) 内存管理问题。 (3) I/O设备管理问题。 (4) 文件管理问题。
(5) 作业管理问题。
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 操作系统概念（p8）
一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合 理地对各类作业进行调度以及方便用户的程 序集合。
计算机系统由硬 件和软件组成
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1 操作系统的目标 有效性：提高系统资源利用率，提高系统吞吐量； 方便性：计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种
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 操作系统的结构设计
第一章 操作系统引论
教学目的： 掌握操作系统的定义及其基本特性、主 要功能 了解操作系统的发展历史和几种类型的 操作系统 教学难重点： 操作系统的定义 操作系统的基本特征 OS结构设计
3. OS实现了对计算机资源的抽象
裸机：对于一台完全无软件的计算机系统称为裸
机。
—— 难 于 使 用 。
扩充机器（虚机器）：把覆盖了软件的机器称为 扩充机或虚拟机。 ——更方便。 分层扩充的特点 P4
第一章 操作系统引论
洋葱头似的扩充
用 应 应 作 他 裸机 操 用 其 户 统 件 程 序 系 软 程 用 序
语言；
（1，2如何折中？） 可扩充性：便于增加新的功能和模块； （如何设计？） 开放性：遵循世界标准规范（OSI）。
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（用 户观点）
用户 程序员
系统设计者
应用程序及实用程序 系统调用，命令，图标，窗口 操作系统 计算机硬件
1.2.2 单道批处理系统(Simple Batch
Processing System) （第二代计算机） 处理过程（图1-4） 概念 监督程序（monitor）：在其控制下使一批作业能一个 接一个的连续处理。 单道批处理系统：系统对作业的处理都是成批进行的、 且内存中始终只保持一道作业，称为单道批处理系统 (Simple Batch Processing System) 。 解决人机矛盾，即提高系统资源的利用率和吞吐量。 特征： 自动性 顺序性 单道性
第一章 操作系统引论
线程
在引入线程的OS中，通常都是把进程作为分配资
源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的
基本单位。
进程和并发是现代操作系统最重要的概念！
第一章 操作系统引论
OS特性二：共享性
共享：系统中资源可供内存中多个并发执行的 进程共同使用 互斥共享：一段时间只允许一个进程访问某资 源. 同时访问：宏观上允许在一段时间内由多个进 程同时对某资源进行访问,但微观上仍是互斥的. 并发与共享是OS的两个最基本的特征,它们互为 存在条件.
图 1－ 5
用户程序
监督程序
I/O中断请求 I/O完成 结束中断 I/O中断请求
启动I/O
启动I/O
I/O完成 结束中断
I/O操作
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8
表示获得CPU
(a)单道程序运行情况
第一章 操作系统引论
图 1－ 5
程序A 程序B
I/O请求 I/O完成 I/O请求 C再运行
而在32位微机上也配臵有多用户多任务操作系统，其中
最有代表性的是UNIIX OS是美国电报电话公司的Bell实验室在1969～
1970年期间开发的。现在最有影响的两个能运行在微机上
的UNIX操作系统的变型是Solaris OS和Linux OS。
第一章 操作系统引论 Linux OS：Linux 是UNIX的一个重要变种，最初是由芬 兰学生Linus Torvalds针对Intel 80386开发的。1991年在
响应时间：指用户发出命令，到系统完成用户命令
所需的时间。
批处理操作系统 没有 分时操作系统 秒级(一般情况） 实时操作系统 微秒级 甚至更小（经典说法） 系统满足用户时限（deadline)的要求(现代）
第一章 操作系统引论
实时任务
按任务执行是否呈现周期性来划分
周期性的 非周期性的（开始截止时间或完成截止时间）
根据对截止时间的要求来划分
硬实时任务：必须满足。实时控制 软实时任务：不太严格。实时信息处理
第一章 操作系统引论
实时操作系统特点 系统对外部的信号必须能及时响应，(在规定的时 间内（deadline）)； 要求高可靠性和安全性，效率则放在第二位； 系统整体性强； 不要求很强的“会话”能力。
图1－1 OS作为接口的从层状示意图
第一章 操作系统引论
用户通过三种方式使用计算机：
(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