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计算机操作系统课件(汤子瀛) PPT

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汤子赢计算机操作系统课件第2章PPT学习教案

汤子赢计算机操作系统课件第2章PPT学习教案
首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出将其pcb中的现行状态由阻塞改为就绪然后再将该pcb插入到就绪队第33页共122页224进程的挂起与激活进程的挂起当出现了引起进程挂起的事件时比如用户进程请求将自己挂起或父进程请求将自己的某个子进程挂起系统将利用挂起原语suspend将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起
完成。 在分时系统中，用户可利用Logs off去表示进程运
行完毕， 此时同样可产生一个中断，去通知OS进程已运
行完毕。
第27页/共122页
2) 异常结束
在进程运行期间，由于出现某些错误和故障而迫使进程 终止。这类异常事件很多，常见的有：① 越界错误。这是指 程序所访问的存储区，已越出该进程的区域； ② 保护错。 进程试图去访问一个不允许访问的资源或文件，或者以不适 当的方式进行访问，例如，进程试图去写一个只读文件； ③ 非法指令。程序试图去执行一条不存在的指令。出现该错误 的原因，可能是程序错误地转移到数据区，把数据当成了指 令；④ 特权指令错。用户进程试图去执行一条只允许OS执 行的指令； ⑤ 运行超时。进程的执行时间超过了指定的最 大值； ⑥ 等待超时。进程等待某事件的时间， 超过了规定 的最大值；⑦ 算术运算错。进程试图去执行一个被禁止的运 算，例如，被0除；⑧ I/O第故28页障/共。12这2页是指在I/O过程中发生了错 误等。
第16页/共122页
2.1.5 进程控制块
1. 进程控制块的作用 进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能 独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单 位，一个能与其它进程并发执行的进程。或者说，OS是 根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。
第17页/共122页
2. 进程控制块中的信息 1) 进程标识符

2024版操作系统课件汤子瀛本科操作系统5[1]

2024版操作系统课件汤子瀛本科操作系统5[1]

2024/1/29
26
设备分配与回收
设备分配策略
先来先服务、优先级高者先服务等。
设备分配数据结构
设备控制表、设备分配表等。
设备回收
当设备不再使用时，需要将其回收并更新相关数据结 构。
2024/1/29
27
设备驱动程序
设备驱动程序定义
控制和管理特定设备的软件程序。
设备驱动程序功能
提供与设备硬件交互的接口，实现设备初始化、数据传输、错误处 理等。
设备驱动程序结构
通常由设备无关层和设备相关层组成，提高了设备驱动的可移植性和 可维护性。
2024/1/29
28
设备独立性软件
设备独立性概念
应用程序独立于具体使用的物理设备。
设备独立性软件功能
将应用程序的I/O请求转换为具体的设备I/O 操作，提供了统一的设备接口。
2024/1/29
设备独立性实现
通过逻辑设备名、设备类驱动程序等实现设 备独立性。
设备分类
按传输速度、共享属性、连接方式等分类，如块设备、字符设备等。
25
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制I/O操作，简单但效率低。
中断驱动方式
CPU发出I/O请求后等待中断，提高了CPU利用率。
DMA方式
直接内存访问，减少了CPU的干预，提高了数据传输效率。
通道控制方式
通道控制器独立控制I/O操作，进一步减轻了CPU负担。
2024/1/29
覆盖与交换技术
覆盖技术是将程序分为多个段，常用的段常驻内存，不常用的段在需要时调入内存。交换技术是将内存中暂 时不能运行的进程或程序调出到外存上，以便腾出足够的内存空间给新的进程或程序使用。

计算机操作系统(汤子瀛)完整版PPT课件

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后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和
系统中的各种资源。
-
14
第一章 操作系统引论
在OS (1) 提高CPU的利用率。
当内存中仅有PU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤
其因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 1-
(1) 及时接收。
(2) 及时处理。
-
22
第一章 操作系统引论
3. 分时系统的特征 (1) 多路性。 (2) (2) 独立性。 (3) (3) 及时性。 (4) (4) 交互性。
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第一章 操作系统引论
1.2.5 实时系统
所 谓 “ 实 时 ” ， 是 表 示 “ 及 时 ” ， 而 实 时 系 统 (RealTime System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求， 在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务 协调一致地运行。
1.1.1 操作系统的目标
目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目 标各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS，其目
1. 方便性
2. 有效性
3. 可扩充性
4. 开放性
-
3
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、可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。 应注意，OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接 口。
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

计算机操作系统课件(汤子瀛)完整版

计算机操作系统课件(汤子瀛)完整版

计算机操作系统课件(汤子瀛)完整版计算机操作系统课程章节一、引言1.1 课程简介1.2 学习目标章节二、计算机系统概述2.1 计算机系统的组成2.2 计算机硬件2.2.1 CPU2.2.2 存储器2.2.3 I/O设备2.3 计算机软件2.3.1 系统软件2.3.2 应用软件2.4 操作系统的作用章节三、进程管理3.1 进程基本概念3.2 进程状态转换3.3 进程调度算法3.3.1 先来先服务（FCFS）3.3.2 短作业优先（SJF）3.3.3 最高响应比优先（HRRN）3.4 进程同步与互斥3.4.1 临界区3.4.2 信号量3.4.3 互斥量3.5 进程通信3.5.1 管道3.5.2 消息队列3.5.3 共享内存章节四、内存管理4.1 内存管理的基本概念4.2 物理内存管理4.3 逻辑内存管理4.4 虚拟内存管理4.4.1 分页式虚拟存储管理4.4.2 段式虚拟存储管理4.4.3 段页式虚拟存储管理章节五、文件系统5.1 文件系统的基本概念5.2 文件与文件系统的操作5.3 文件的逻辑结构5.4 文件的物理结构5.5 文件的存储空间管理5.6 文件的保护与访问控制章节六、设备管理6.1 设备管理的基本概念6.2 设备的层次结构6.3 设备的分配与释放6.4 设备驱动程序6.5 设备中断处理6.6 设备控制方式6.7 磁盘调度算法6.8RD技术章节七、操作系统安全7.1 安全性的概念7.2 安全性问题与威胁7.3 访问控制机制7.3.1 强制访问控制（MAC）7.3.2 自主访问控制（DAC）7.4 安全性策略7.4.1 安全性功能7.4.2 安全性策略附件：附件一、进程调度算法示例代码附件二、内存管理算法实现代码附件三、设备管理工具包法律名词及注释：1：著作权：法律对创造性表达的原创性作品的保护。

2：版权：著作权人对其作品所享有的专有权利。

3：许可证：允许特定行为或使用的法律文书。

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计算机操作系统第三版课件 第二章

计算机操作系统第三版课件 第二章

第二章 处理机调度
6
所示的前趋图， 对于图 2-2(a)所示的前趋图， 存在下述前趋关系： 所示的前趋图 存在下述前趋关系： P1→P2, P1→P3, P1→P4, P2→P5, P3→P5, P4→P6, P4→P7, P5→P8, P6→P8, P7→P9, P8→P9 或表示为： 或表示为： P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9} →={ (P1, P2), (P1, P3), (P1, P4), (P2, P5), (P3, P5), (P4, P6), (P4, P7), (P5, P8), (P6, P8), (P7, P9), (P8, P9)} 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-2(b)中却有着 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图 中却有着 下述的前趋关系： 下述的前趋关系： S2→S3, S3→S2
第二章 处理机调度
第二章 处理机调度
2
2.1 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征
1. 程序的顺序执行 仅当前一操作(程序段)执行完后，才能执行后继操作。 例如，在进行计算时，总须先输入用户的程序和数据，然后 进行计算，最后才能打印计算结果。 S1: a∶=x+y; S2: b∶=a-5; S3: c∶=b+1;
第二章 处理机调度
7
2.1.3 程序的并发执行及其2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
P1
P2
P3
P4
图 2-3 并发执行时的前趋图
第二章 处理机调度
8
在该例中存在下述前趋关系： 在该例中存在下述前趋关系： Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 是重迭的，亦即在P 以及I 之间， 而Ii+1和 Ci及Pi-1是重迭的，亦即在 i-1和Ci以及 i+1之间，可以并 发执行。 对于具有下述四条语句的程序段： 发执行。 对于具有下述四条语句的程序段： S1: a∶=x+2 ∶ S2: b∶=y+4 ∶ S3: c∶=a+b ∶ S4: d∶=c+b ∶

计算机操作系统第三版课件

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1.3.2 共享(Sharing)
在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可 供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。由于资 源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主 要有以下两种资源共享方式。
1. 互斥共享方式
系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提 供给多个进程(线程)使用，但为使所打印或记录的结果不致造 成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资 源。为此，当一个进程A要访问某资源时，必须先提出请求， 如果此时该资源空闲，系统便可将之分配给请求进程A使用， 此后若再有其它进程也要访问该资源时(只要A未用完)则必须 等待。 仅当A进程访问完并释放该资源后， 才允许另一进程 对该资源进行访问。我们把这种资源共享方式称为互斥式共 享，而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界 资源或独占资源。 计算机系统中的大多数物理设备，以及某 些软件中所用的栈、变量和表格，都属于临界资源，它们要 求被互斥地共享。
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
(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。
(1) 人—机交互。 (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。
2. 分时系统实现中的关键问题
为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户 能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入 命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结 果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此 即人—机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自 己的键盘键入命令，

教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科_版17样版.ppt

教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科_版17样版.ppt
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）

精编计算机操作系统课件(汤子瀛)资料

精编计算机操作系统课件(汤子瀛)资料

第一章 操作系统引论
在OS (1) 提高CPU的利用率。
当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运行中发出 I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤 其因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 14(a)示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2~t3、 t6~t7时间间隔内CPU空闲。在引入多道程序设计技术后， 由于同时在内存中装有若干道程序，并使它们交替地运行， 这样，当正在运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度 另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。
(1) 及时接收。 (2) 及时处理。
第一章 操作系统引论
3. 分时系统的特征 (1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。
第一章 操作系统引论
1.2.5 实时系统
所 谓 “ 实 时 ” ， 是 表 示 “ 及 时 ” ， 而 实 时 系 统 (RealTime System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求， 在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务 协调一致地运行。
1. 应用需求 (1) 实时控制。 (2) 实时信息处理。
第一章 操作系统引论
2. 实时任务
1) (1) 周期性实时任务。 (2) 非周期性实时任务。 外部设备所发出的激励信号并无明显的周期性， 但都必须联系着一个截止时间(Deadline)。它又可分为： ① 开始截止时间——任务在某时间以前必须开始执行； ② 完成截止时间——任务在某时间以前必须完成。
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. 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展

教材《计算机操作系统(第三版)》汤小丹汤子瀛等编西安电子科60页PPT

教材《计算机操作系统(第三版)》汤小丹汤子瀛等编西安电子科60页PPT
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
教材《计算机操作系统(第三版)》汤 小丹汤子瀛等编西安电子科
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。

11111操作系统辅导汤子赢哲风屏汤小丹.ppt

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5、程序并发执行的特征： ① 间断性 ② 失去封闭性 ③ 不可再现性
二、 进程的基本概念
1、 进程的定义——可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过 程。 2、进程的基本特征 ① 动态性 ② 并发性 ③ 独立性 ④ 异步性 ⑤ 结构特征 3、 进程的基本状态及其转变 4、 进程控制块——描述和控制进程运行，系统为每个进程定义的 一个数据结构。 ① 进程控制块的内容 ② 进程控制块的作用 ③ 进程控制块的组织方式
三、 进程控制
1、 2、 什么叫内核？ 内核的基本功能： ① 中断处理：操作系统的重要活动依赖于中断。 操作系统使用中断机制使计算机系统能实现进程并发执行。 ② 时钟管理：定时功能，最长运行期控制。 ③ 原语：由若干条指令构成，用于完成一定功能的一个过程。 ④ 原子操作（原子性）：一个操作中的所有动作，要么全做， 要么全不做。是一个不可分割的操作。 3、 进程管理 进程图：表明进程的创建关系，创建的进程和被创建的进程 可以并发执行。 4、 引起进程创建的原因 ① 用户登录：为终端用户建立进程。 ② 作业调度：选中的作业建立进程。 ③ 提供服务：为用户提供的服务进程。例如：I/O进程等。 ④ 应用请求：应用程序自己创建的进程。
7、 多处理机操作系统
① 性能主要体现：
增加系统的吞吐量 节省成本 提高系统的可靠性 ② 多处理机系统可分为两种类型 紧密藕合：通过高速的交叉开关，实现处理机互连。 松散藕合：通过通信线路，实现计算机互连。 ③ 多处理机操作系统的类型 非对称多处理机模式（主——从式） 对称多处理机模式（所有处理机都相同）
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。 4、单道批处理系统主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。

汤子赢操作系统课件

汤子赢操作系统课件

第二章 进 程 管 理
利用信号量能方便地实现互斥。 为一互斥信号量， 利用信号量能方便地实现互斥。设S为一互斥信号量，其 为一互斥信号量 初值为1，表示该临界资源未被占用。 初值为 ，表示该临界资源未被占用。利用信号量实现并 发进程P1， 互斥访问临界区的描述如下 互斥访问临界区的描述如下： 发进程 ，P2互斥访问临界区的描述如下： 进程P1 进程 … P（S） （ ） 临界区 V（S） （ ） … 进程P2 进程 … P（S） （ ） 临界区 V（S） （ ） …
第二章 进 程 管 理 P、V操作为两条原语，信号量的值仅能由这两个原语来改变。 、 操作为两条原语 信号量的值仅能由这两个原语来改变。 操作为两条原语， P操作 P操作记为 （S）， 为一信号量，它执行时主要完成以下动作： 操作 操作记为P（ ）， 为一信号量，它执行时主要完成以下动作： ），S为一信号量 操作记为 S＝S－1 ＝ － ＞＝0， 则该进程继续运行。 若S＞＝ ， 则该进程继续运行。 ＞＝ 若S＜0，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转 ＜ ，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中， 进程调度。 进程调度。 V操作 V操作记为 （S）， 为一信号量，它执行时 主要完成下列动作： 操作 操作记为V（ ）， 为一信号量， ），S为一信号量 主要完成下列动作： 操作记为 S＝S＋1 ＝ ＋ 若S＞0， 则进程继续执行 ＞ ， ＜＝0，则从信号等待队列中选出一个进程， 若S＜＝ ，则从信号等待队列中选出一个进程，使其变为就绪状 ＜＝ 态，然后再返回原进程继续执行或转进程调度 。 P操作用于阻塞进程，V操作用于释放进程。任何一个进程在进入临 操作用于阻塞进程， 操作用于释放进程 操作用于释放进程。 操作用于阻塞进程 界区之前应调用P操作 退出临界区时应调用V操作 操作， 操作。 界区之前应调用 操作，退出临界区时应调用 操作。
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第一章 操作系统引论
2. 分时系统实现中的关键问题 为实现分时系统，其中，最关键的问题是如何使用户 能与自己的作业进行交互，即当用户在自己的终端上键入 命令时， 系统应能及时接收并及时处理该命令，再将结 果返回给用户。 此后， 用户可继续键入下一条命令，此 即人—机交互。应强调指出，即使有多个用户同时通过自 己的键盘键入命令，系统也应能全部地及时接收并处理 (1) 及时接收。 (2) 及时处理。
第一章 操作系统引论
1.3.2 共享 共享(Sharing)
在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可 供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。由于资 源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主 要有以下两种资源共享方式。
第一章 操作系统引论
1. 互斥共享方式 互斥共享方式 系统中的某些资源，如打印机、磁带机，虽然它们可以提 供给多个进程(线程)使用，但为使所打印或记录的结果不致造 成混淆，应规定在一段时间内只允许一个进程(线程)访问该资 源。为此，当一个进程A要访问某资源时，必须先提出请求， 如果此时该资源空闲，系统便可将之分配给请求进程A使用， 此后若再有其它进程也要访问该资源时(只要A未用完)则必须 等待。 仅当A进程访问完并释放该资源后， 才允许另一进程 对该资源进行访问。我们把这种资源共享方式称为互斥式共 享，而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界 资源或独占资源。 计算机系统中的大多数物理设备，以及某 些软件中所用的栈、变量和表格，都属于临界资源，它们要 求被互斥地共享。
第一章 操作系统引论
3. 分时系统的特征 (1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。
第一章 操作系统引论
1.2.5 实时系统
所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(RealTime System)是指系统能及时(或即时)响应外部事件的请求， 在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务 协调一致地运行。 1. 应用需求 (1) 实时控制。 (2) 实时信息处理。
1.2.2 单道批处理系统
1. 单道批处理系统 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程 的处理过程
开始 还有下 一个作业？ 否 停止 是 源程序 有错吗？ 否 运 行 目标程序 装 配 目标程序 是 把下一个作业的源 程序转换为目标程 序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
4. 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
1.2.4 分时系统
1. 分时系统 分时系统(Time-Sharing System)的产生 的产生 的产生 如果说， 推动多道批处理系统形成和发展的主要动力， 是提高资源利用率和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成 和发展的主要动力，则是用户的需求。或者说， 分时系统 是为了满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处 理系统之间，有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表 现在以下几个方面： (1) 人—机交互。 (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。
第一章 操作系统引论
3. OS用作扩充机器 用作扩充机器 用作扩充机器 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。
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 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
第一章 操作系统引论
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(1945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： (1) 用户独占全机。 (2) CPU等待人工操作。
第一章 操作系统引论
用户程序 监督程序 I/O 操作 I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成 结束中断 I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成 结束中断
t1
t2
t3
t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况 程序A I/O 请求 程序A I/O 完成 程序A再被调度 A完成 程序B I/O 请求
第一章 操作系统引论
用 应用程序 系统调用
户
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
(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的程序。
第一章 操作系统引论
在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处： (1) 提高CPU的利用率。 当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运行中发出 I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤 其因I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 14(a)示出了单道程序的运行情况，从图可以看出：在t2~t3、 t6~t7 时间间隔内CPU空闲。在引入多道程序设计技术后， 由于同时在内存中装有若干道程序，并使它们交替地运行， 这样，当正在运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度 另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。
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2. 脱机输入 输出 脱机输入/输出 输出(Off-Line I/O)方式 方式 方式 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。 图 1 2 脱 机 示 意 图
外围机 输出设备 输入设备 外围机 磁盘
主机
I/O
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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
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1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1 操作系统的目标
目前存在着多种类型的OS，不同类型的OS，其目 标各有所侧重。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 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
程块A 程块B 程块C 程块D 再再程块
程块A 程块B
程序C I/O 请求 程块C
程序B I/O 完成 C I/O 完成 C 再再再再 程序D I/O 请求
程块D
(b) 四四程块四执四四
图 1-4 单道和多道程序运行情况
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(2) 可提高内存和I/O设备利用率。为了能运行较大 的作业，通常内存都具有较大容量，但由于80%以上的 作业都属于中小型，因此在单道程序环境下，也必定造 成内存的浪费。类似地，对于系统中所配置的多种类型 的I/O设备， 在单道程序环境下也不能充分利用。如果允 许在内存中装入多道程序， 并允许它们并发执行，则无 疑会大大提高内存和I/O设备的利用率。 (3) 增加系统吞吐量。在保持CPU、I/O设备不断忙 碌的同时，也必然会大幅度地提高系统的吞吐量，从而 降低作业加工所需的费用。
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1.2.3 多道批处理系统
1. 多道程序设计的基本概念 在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，它无法 充分利用系统中的所有资源，致使系统性能较差。为了进 一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在60年代中期又引 入了多道程序设计技术，由此而形成了多道批处理系统 (Multiprogrammed Batch Processing System)。在该系统中， 用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称 为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从 后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和 系统中的各种资源。
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3. 实时系统与分时系统特征的比较 (1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。 (5) 可靠性。
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1.3 操作系统的基本特性
1.3.1 并发 并发(Concurrence)
并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念，并行性 是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或 多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发 性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在 单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观 上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有 多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个 处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可 并发执行的程序，这样，多个程序便可同时执行。
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