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操作系统原理第一章 绪言

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操作系统原理教程-操作系统概述

操作系统原理教程-操作系统概述

应用软件 ：应用软件是完成用户某项要求的软件，是服务于特定用户的，它满足某一 个应用领域。应用软件包括计算机源程序和应用软件包。
1.2 操作系统的目标、作用与模型
1.2.1 操作系统的作用 1.2.2 操作系统的目标 1.2.3 操作系统的层次模型
1.2.1 操作系统的作用
操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，是对计算机硬件功能的首次扩 充。其他软件只有在操作系统的支持下，才能对计算机硬件工作。 操作系统的地位如图1-4所示。 操作系统是一种重要的系统软件。计算机硬件加上I/O管理软件称为虚拟机， 虚拟机再加上文件管理软件称为较强的虚拟机，较强的虚拟机再加上窗口软 件称为极强的虚拟机，如图1-5所示。
1．无操作系统
无操作系统的计算机系统的资源管理和控制由人工负责。 方式：
人工操作方式：原理和特点 脱机输入输出方式 ：原理和特点
2．批处理系统
批处理系统主要是采用了批处理技术。批处理技术是指计算 机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。 方式：
单道批处理系统：原理和特点 多道批处理系统：原理和特点
1.3.1 推动操作系统发展的动力
1．不断提高资源利用率的需要 2．方便用户操作 3．硬件的不断更新换代 4．计算机体系结构的不断发展
1.3.2 操作系统的发展
1．无操作系统 2．批处理系统 3．分时操作系统 4．实时系统 5．微机操作系统 6．多处理机操作系统 7．网络操作系统 8．分布式操作系统
1.1.1 计算机硬件
概念Biblioteka 计算机硬件是指组成计算机系统的设备或机器，是“看得见，摸得着” 的物理部件，它是组成计算机系统的基础。
组成
计算机硬件一般包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入 设备和输出设备，其中CPU与内存储器合称为主机，外存储器、输入 设备和输出设备合称为外部设备。
西安交通大学操作系统原理第一章

西安交通大学操作系统原理第一章


Common Functions of Interrupts
• Interrupt transfers control to the interrupt service routine generally, through the interrupt vector, which contains the addresses of all the service routines
• 输入一个命令,就执行一个库函数
• 缺点：
– 机器等人:效率低下
ENIAC计算机
美国宾夕法尼亚大学制造，运算速度1000次/每秒，数万个真空 管，占地100多平方米，重量130吨，功耗140kW.
1.2.2单一操作员、单一控制端操作系统
• 主要矛盾 – 人机矛盾：人工操作方式与机器利用率的矛盾 – CPU与I/O之速度不匹配的矛盾
– User mode and kernel mode – Mode bit provided by hardware
• Provides ability to distinguish when system is running user code or kernel code
• Some instructions designated as privileged, only executable in kernel mode
1 Introduction 操作系统引论
• What is an operating system? • Development and Types of OS • The features of OS • The functions of OS
Computer System Organization
操作系统原理_庞丽萍_第一章绪言

操作系统原理_庞丽萍_第一章绪言

40
三. 桌面系统
随着微电子技术的发展，操作系统的目标： 不再是最大化CPU和外设的利用率 而是最大化用户方便性和响应速度 各种类型的Windows替代MS-DOS， IBM公司将MS-DOS升级为多任务OS/2 Linux个人计算机操作系统(类似于UNIX)
个人计算机操作系统得益于大型机操作系统的研制成果。 另一方面，微型计算机硬件费用很低，有些技术实现可简单。
2
为什么学习操作系统 ?
掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统 软件的技能，设计操作系统或者修改现有的系统
为后继课程打好基础 ———— 数据库、网络、分布式系统 了解当前流行的实际操作系统的使用方法与实 现技术 ———— UNIX，Linux, Windows
3
操作系统能做什么 ?
12
软 操 统
件 程 序
用
其 户
二. 存储程序式计算机的结构和特点
存储程序式计算机(Von Neumann计算机)
1. 基本部件
CPU、主存储器、I/O设备、控制台 2. 特点 集中顺序过程控制 集中控制：由CPU集中管理 顺序性：程序计数器控制 过程性：模拟人们手工操作过程
13
3. 计算机系统结构与操作系统的关系
16
二. 批处理阶段
1. 联机批处理
特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
17
2. 脱机批处理 特点：有监督程序；作业自动过渡
问题：CPU高速与I/O慢速的矛盾
解决：由卫星机负责I/O
输入机
输入带
输入带
卫星机
主机
打印机
输出带
操作系统原理

操作系统原理

– – – –
互斥：任意时刻只允许一个进程使用资源 请求和保持：进程在请求其他资源的时候，不主动 释放已经占用的资源 非剥夺：进程已经占用的资源，不会被强制剥夺 环路等待：环路中的每一进程在请求另一进程已经 占有的资源。
处理死锁的基本方法-3.6.2/3/4

死锁的预防
–
–
预防死锁是指通过某种策略来限制并发进程对资源的请求， 使系统在任何时候都不满足死锁的必要条件。 预先静态分配法和有序资源使用法。 基本思路是在操作系统中保存资源的请求和分配信息，利用 某种算法对这些信息加以检查，以判断是否存在死锁。 资源分配图 最合理做法应该是在分配资源时判断是否出现死锁，只有确 信不会导致死锁时才分配资源。 银行家算法
One Producer, One Consumer, N Buffers One Producer，N Consumer, N Buffers N Producer, One Consumer, N Buffers N Producer, N Consumer, N Buffers
One Producer, One Consumer, N Buffers
Readers-Writers problem (10 mins)
Wmutex:semaphore； Rmutex:semaphore; Rcount:=0; Process Writer begin P(Wmutex); write; V(Wmutex); end /*可以写，初值 1 */ /* 可以读， 初值 1 */ /* 读进程个数 */ Process Reader begin P(Rmutex); If(Rcount==0)P(Wmutex); ++Rcount; V(Rmutex);/*释放，供其他进程读*/ read; P(Rmutex); --Rcount; If(Rcount==0) V(Wmutex); V(Rmutex);
CH1

CH1


操作系统原理 1.20
桌面系统（Desktop Systems）
个人计算机 –一种专注于个人用户的计算机系
统 I/O 设备 – 键盘, 鼠标, 显示器, 小型打印 设备 使用方便、随意 采用了大量过去大型机操作系统所采用的技术 ，但由于是针对个人用户，一般不需要采用的 保护技术 可以运行多种操作系统 (Windows, MacOS, UNIX, Linux)
广泛应用于各种设备当中，但大部分的嵌入式系统并不需 要操作系统 随着硬件的发展，嵌入式系统的应用领域日益扩大，提供 的应用功能也越来越复杂，当初的控制程序被随之逐步加 入了许多功能，而这些功能有很多是可以由操作系统来提 供的。这很自然地会让人联想到应该为嵌入式系统做一个 嵌入式操作系统。 嵌入式操作系统一般都注重占用空间小和效率高等特点。
操作系统原理
1.28
实时系统（Real-Time Systems）
在一个特定的应用中，实时系统称作为一
个控制设备，例如用于控制科学实验、医 学影像系统、工业生产过程控制等等 精确的时间约束要求 实时系统一般分为硬实时系统和软实时系 统两种
操作系统原理
1.29
实时系统(Cont.)
硬实时系统（Hard real-time）: 有限的二级存储器的使用或者根本就没有，
数据被存储在RAM 或 ROM中 由于硬时系统的要求与分时系统的要求相抵触 ，因此它不被通用操作系统支持。
软实时系统（Soft real-time）
在工业控制领域，如机器人控制 在多媒体、虚拟现实的有关应用，需要操作系
统的高级特性
操作系统原理
1.30
实时系统可分为实时控制系统和实时信息处理系统。 （1）实时控制系统：实时控制系统要求尽快地测量出被控 系统的各种数据，并尽快地做出响应（处理）。这种系统 的特点是响应速度快，可靠性要求高，在军事和工业控制 领域应用广泛。 （2）实时信息处理系统：根据用户提出的查询请求进行信 息检索和处理，并在较短的时间内对用户做出正确的响应 。例如，把计算机用于民航飞机票的预定、查询、售票及 情报检索系统等。 （3）实时系统的特征：实时系统最主要的特征就是其快速 的处理能力，适应这种实时性的要求。实时系统在设计时 力求简单而实用。一般的实时系统都拥有高精度的实时时 钟；具有快速的中断响应和中断处理能力；支持多道程序 设计，任务调度算法简单、实用，数据结构简洁、明了,任 务切换速度快，能够处理时间驱动的任务（周期性任务） 和事件驱动的任务；可靠性高；
操作系统原理最全课后答案

操作系统原理最全课后答案

第一章操作系统引论1．设计现代OS的主要目标是什么？答：〔1〕有效性〔2〕方便性〔3〕可扩大性〔4〕开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：〔1〕OS作为用户及计算机硬件系统之间的接口〔2〕OS作为计算机系统资源的管理者〔3〕OS实现了对计算机资源的抽象3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。

OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。

4．试说明推动多道批处理系统形成和开展的主要动力是什么？答：主要动力来源于四个方面的社会需求及技术开展：〔1〕不断提高计算机资源的利用率；〔2〕方便用户；〔3〕器件的不断更新换代；〔4〕计算机体系构造的不断开展。

5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O 是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。

该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进展的。

而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进展的。

6．试说明推动分时系统形成和开展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和开展的主要动力是更好地满足用户的需要。

主要表现在：CPU 的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。

7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是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，在用户能承受的时延内将结果返回给用户。

解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。

操作系统原理第1章操作系统概论

操作系统原理第1章操作系统概论

• ②协作式（cooperative）是指多个任务联合动作，通过某种通信方式来分 享CPU。Windows和Novell公司的Netware网络操作系统是协作式的。
• 多机1操.作3系.2统多的类机型：操作系统
• ①主从模式，是一种非对称多处理模式，主CPU只有一个，从CPU可有多个。 主从式系统是在主CPU上配备操作系统，它控制所有的系统资源，将整个任 务分解成许多个子任务，并将这些子任务分配给其他的从CPU，让其执行， 并且它还要协调这些从CPU的执行过程。
1.1.2操作系统的目标
• ⒈方便性 • 用户便可通过操作系统所提供的各种命令来使用计 算机系统，从而使计算机变得易学易用。 • ⒉有效性 • 操作系统的基本目标就是提高计算机系统中各种资 源的利用率 。 • ⒊可扩充性 • 操作系统必须具备很好的可扩充性来适应发展的要 求。
•⒋开放性、标准化• 源自放性、标准化是指操作系统遵守国际标准和规范，使不同计算机体 系结构的系统之间可以相互数据通信。
•⒌可靠性
• 可靠性包括正确性和健壮性。
•⒍可移植性
• 可移植性是指把一个程序从一个计算机系统环境中移到另一个计算机 系统环境中并能正常执行的特性。
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1.1.3操作系统的地位和作用
1.操作系统是用户与计算 机系统之间的接口
•①命令行接口 •②图形用户接口 •③程序接口
2.操作系统是计算机系统资源的管 理者和竞争资源的仲裁者
1.1.1操作系统和网络操作系统
•⒈操作系统的定义 •操作系统（Operating System，简称OS） 是负责控制、管理和调度计算机系统软 硬件资源的系统软件，控制并协调多个 任务的活动，并向用户提供方便用户的 接口、应用支撑平台和工作环境。
操作系统第一章.ppt.Convertor

操作系统第一章.ppt.Convertor

教材计算机操作系统教程（第3版）张尧学史美林张高编著清华大学出版社参考书汤子瀛，计算机操作系统，西安电子科技大学出版社，1988年孙仲秀等，操作系统教程高等教育出版社1995年12月(第二版)William Stallings, Operating Systems(3rd edition), 清华大学出版社, 1998年6月David A. Solomon, Mark E. Russinovich, Inside Microsoft Windows 2000, 3rd Edition, Microsoft Press, 2000课程主要内容用户接口进程管理处理机管理存储管理文件系统外部设备管理操作系统的功能管理系统软硬件资源扩展计算机的功能向用户提供服务课程的目的与要求课程目的对操作系统的基本概念和基本结构有清楚的认识从资源管理的角度领会操作系统的原理、功能和技术提高运用理论知识解决实际问题的能力。

课程要求掌握现代操作系统的基本概念、基本原理和基本方法能设计并使用程序设计语言编制和调试操作系统的关键算法和组成模块了解和熟悉操作系统在计算机系统中的作用和地位，与硬件和其它软件的关系了解操作系统控制计算机系统工作的全过程第一章绪论什么是操作系统操作系统的发展历史操作系统的分类操作系统的特征操作系统的功能操作系统的结构什么是操作系统操作系统的地位和目标操作系统的作用和组成操作系统举例操作系统的地位和目标图1.1 计算机系统的组成操作系统在计算机系统中的地位操作系统的地位：紧贴系统硬件之上，所有其他软件之下（是其他软件的共同环境）引入操作系统的目标有效性（系统管理人员的观点）：管理和分配硬件、软件资源，合理地组织计算机的工作流程方便性（用户的观点）：提供良好的、一致的用户接口，弥补硬件系统的类型和数量差别可扩充性（开放的观点）：硬件的类型和规模、操作系统本身的功能和管理策略、多个系统之间的资源共享和互操作操作系统的定义操作系统是计算机系统中的一个由一系列模块构成的系统软件，它管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以便有效地利用软硬件资源为用户提供一个功能强、使用方便的工作环境，从而在计算机和用户之间起到接口的作用。

精编计算机操作系统第三版全部课件资料

精编计算机操作系统第三版全部课件资料

• 多处理机系统
– 具有公共内存的多CPU系统
• 对称多处理机系统(SMP)
– 没有主从关系的多处理机系统
• 多处理机操作系统
– 有效管理和使用多个CPU的操作系统 – 复杂性：多个主动体（CPUs)
• 例子：
– UNIX, Linux, Windows
1.5 操作系统的功能
• 处理机管理 • 存储管理 • 设备管理 • 信息管理（文件系统管理） • 用户接口
1.4.2 分时操作系统（On-line）
HAL Time Sharing OS
终端 终端 …... 终端 界面1：交互式命令语言(eg. shell, command) 界面2：图形用户界面(GUI)
1.4.2 分时操作系统
• 特点：
– 多路性：一个主机与多个终端相连； – 交互性：以对话的方式为用户服务； – 独占性：每个终端用户仿佛拥有一台虚拟机。
2.4.2 Windows的命令控制界面
Windows的命令控制界面分为 两个部分：
窗口交互：通过键盘和鼠标在 图形上操作。
命令解释器：通过cmd.exe为 用户服务。
2.4.2 Windows的命令控制界面
图2.6相互调用批处理示例
2.5 系统调用
系统调用分为6类： 1 设备管理 2 文件管理 3 进程控制 4 进程通信 5 存储管理 6 线程管理
1.6 计算机硬件简介
1.6.1 计算机的基本硬件元素 构成计算机基本硬件元素包含以下4种：处理器、 存储器、输入输出控制与总线、外部设备。
计算机的基本硬件元素
1.6.2 与操作系统相关的几种 主要寄存器
1. 数据寄存器 2. 地址寄存器 3. 条件码寄存器 4. 程序计数器PC 5. 指令寄存器IR 6. 程序状态字PSW 7. 中断现场保护寄存器 8. 过程调用用堆栈
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1.1 存储程序式计算机
存储程序式计算机之前，计算是一种手工计算方式。
计算方案→输入原始数据→第一步计算→记下中间结果→第二步 计算→直到最终结果→结果记录。
著名数学家 Von Neumann 总结了手工操作的规律，提出了 “存储程序式计算机”方案，使计算初步实现了自动化。
自动地计算要求：
技术发展快（20世纪40年代——至今）
5
基本目的
介绍操作系统的基本概念、基本结构及运行环境 介绍操作系统原理、设计方法和实现技术 介绍操作系统的演化过程、发展研究动向、新技 术以及新思想 介绍各种有代表性的、典型的操作系统实例
培养学生分析问题、解决问题的基本能力，培养 创造型人才
手工操作阶段 —— 无操作系统；
批处理系统 —— 早期批处理（联机、脱机）、执行系 统；
操作系统形成 —— 批处理操作系统、分时操作系统、 实时操作系统； 现代操作系统 —— 个人计算机操作系统、网络操作系 统、分布式操作系统。
14
1.2操作系统的发展历程
1 手工操作阶段
特点：无任何软件，主要元件是电子管，速度慢。由主机、 输入设备、输出设备、控制台组成。
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1.1 存储程序式计算机
3. 计算机系统结构与操作系统的关系
冯.诺依曼型计算机的特点
顺序计算模型 如何解决矛盾 ?
OS采用了一系列软件技术-----多道程序设计技术、 分时技术、资源分配与调度等。
13
并行作业
并行计算模型
冲突
1.2操作系统的发展历程
从1950年至今，操作系统的发展主要经历了如下 几个阶段：
பைடு நூலகம்
有人工干预 独占性 串行性 问题：人—— 机矛盾
机器 作业在机器上 速度 计算所需时间 1万次/秒 1小时 60万次/秒 1分钟 人工操 操作时间与机器 作时间 有效运行时间之比 3分钟 1 ：20 3分钟 3 ：1
必须使机器可以“看到”计算方案即计算机程序 能够“理解”程序语言的含义并顺序执行指定的操作
可以及时取得初始数据和中间数据，能够自动地输出结果。
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1.1 存储程序式计算机
存储程序式计算机的结构和特点
存储程序式计算机(Von Neumann计算机)基本部件：CPU + 存储器 + I/O设备。 CPU：解释指令、执行指令、控制操作顺序执行。包括算 术逻辑运算单元（ALU）+ 控制单元。 ALU：算术和逻辑操作的功能单元 + 寄存器。
参考教材
现代操作系统 陈向群等译 Windows操作系统原理 操作系统教程 武伟 计算机操作系统教程 周长林 左万历 操作系统教程 孟庆昌 版社 操作系统教程 曾平等 操作系统原理 谢青松 操作系统原理 [美]伯尔；梁洪亮译
Modern Operating System Operating Systems Operating System Concept Applied Operating System Concept
机械工业出版社 机械工业出版社 机械工业出版社 高等教育出版社 西安电子科技大学出
清华大学出版社 人民邮电出版社 清华大学出版社
Andrew S.Tanenbaum William Stallings Abrahan Silberschatz,etc Abrahan Silberschatz,etc
地址总线 数据总线
主存储器
设备控制器和设备
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1.1 存储程序式计算机
存储程序式计算机的特点
集中顺序过程控制：即控制部件根据程序对整 个计算机的活动实行集中过程控制，并根据程 序规定的顺序依次执行每一个操作。
集中控制：由CPU集中管理
顺序性：程序计数器控制
过程性：模拟人们手工操作过程
I/O设备：完成信息的传输。
分存储设备 + 字符设备 + 通信设备 总线（Bus），一般指通过分时复用的方式，将信息以一个或多个源部件 传送到一个或多个目的部件的一组传输线。是电脑中传输数据的公共通道。 每个设备都通过设备控制器与计算机的地址和数据总线相连。
中央处理器CPU 算术逻辑运算单元（ALU） 控制单元
通用寄存器能为功能单元提供操作数，并接收、保存操作 结果。 控制单元：一个程序计数器（PC）+ 一个指令寄存器 （IR）。负责从主存储器提取指令、分析其类型，并产生 信号通知计算机其他部分执行指令所指定的操作。
10
1.1 存储程序式计算机
存储器：计算机存储程序和数据的部件。
主存接口：存储地址寄存器（MAR）+ 存储数据寄存器（MDR）+ 命令 寄存器（CR）。
3
操作系统能做什么 ?
操作系统提供一系列服务：
多任务、用户界面 内存管理、内存保护 文件存取、网络 设备控制、硬件控制 错误检测及恢复系统、安全
4
操作系统特点
内容庞杂、涉及面广
负责全部资源管理。与计算机软、硬件及用户都有着 密切的交互
实践性强
与实际运行着的各类操作系统有着密切的联系
1
授课方式和成绩考核
授课时间
1周——12周（48个课时）
授课形式
课堂讲授
成绩考核
平时成绩
考试成绩
30%
70%
2
为什么学习操作系统?
掌握操作系统的基本理论，具备开发核心系统软件的技 能，设计操作系统或者修改现有的系统
掌握并行处理的思想方法，加深对使用的OS的理解，有 利于深入编程 用户为了开发应用程序必须与操作系统打交道 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推广应用到其他 领域 为后继课程打好基础 ——数据库、网络、分布式系统 了解当前流行的实际操作系统的使用方法与实现技术— —UNIX, Linux, Windows
6
主要内容
1 2 3 4 5 6 7 8 9 绪论 操作系统的组织结构 用户界面 并发处理 资源分配与调度 处理机调度 主存管理 输入/输出管理 文件系统
7
第一章 绪 论
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 存储程序式计算机 操作系统发展历程 操作系统的基本概念 操作系统的基本类型 UNIX操作系统