第1章操作系统概述

第一章操作系统概述1操作系统：是管理系统资源，控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。

2操作系统功能：a处理器管理b存储管理c设备管理d文件管理e网络与通信管理f用户接口3操作系统的主要特性：并发性，共享性，异步性并发性：两个或两个以上的活动或时间在同一时间间隔内发生，其实质是对有限的物理资源强行复用，供多用户共享以提高效率并行性：两个或两个以上的活动或事件在同一时刻发生并发性和并行性的关系：并行活动一定是并发的，反之并发活动未必是并行的，并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展4多道程序设计基本思想多道程序设计是指允许多个作业同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法，也就是说，主存中多个相互独立的程序处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，多道程序设计都处于运行过程中，但尚未运行结束；从微观上看是串行的，各道程序轮流占用cpu交替地执行，引入多道程序设计技术，可以提高cpu的利用率，充分发挥计算机硬部件的并行性5内核及其属性内核是一组程序模块，作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作，通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序内核的功能：资源抽象，资源分配，资源共享内核的属性：a内核是由中断驱动的b内核是不可抢占的c内核部分程序在屏蔽中断状态下执行d内核可使用特权指令6API，库函数和系统调用第二章处理器管理1特权指令和非特权指令，访管指令，原语特权指令：指仅供内核程序使用的指令，如启动设备，设置时钟，控制中断屏蔽位，清空主存，建立存储键，加载psw等敏感性操作内核能够执行全部指令，应用程序只能使用非特权指令访管指令包括操作码和访管参数两部分，前者表示此指令时访管指令，后者则表示具体的访管要求原语是在管态下执行，完成系统特定功能的过程，其特点是执行过程中不允许被中断。

《操作系统》教案（第一至第五章）一、教案概述本教案主要针对《操作系统》课程的五个章节进行详细的教学设计，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤和教学评价等方面。

通过本教案的学习，学生将掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术。

二、教学目标1. 了解操作系统的概念、发展和分类。

2. 掌握操作系统的主要功能和架构。

3. 理解进程管理、内存管理、文件管理和设备管理的基本原理。

4. 学习操作系统的设计方法和实现技术。

三、教学内容第一章：操作系统概述1. 操作系统的概念和发展历程2. 操作系统的目标和功能3. 操作系统的分类和特点第二章：操作系统架构1. 操作系统的主要组件2. 操作系统的层次结构3. 操作系统的接口和API第三章：进程管理1. 进程的概念和特性2. 进程的状态和转换3. 进程调度算法4. 进程同步与互斥5. 死锁与饥饿问题第四章：内存管理1. 内存分配与回收策略2. 内存分页和分段3. 虚拟内存技术4. 页面置换算法5. 内存保护机制第五章：文件管理1. 文件和目录的概念2. 文件系统的组织结构3. 文件存储分配策略4. 文件访问控制5. 磁盘空间管理和文件备份策略四、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。

2. 案例分析法：分析实际操作系统案例，加深对原理的理解。

3. 实验法：通过上机实验，巩固理论知识。

4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力。

五、教学步骤1. 引导：介绍本章主题，激发学生兴趣。

2. 讲解：详细讲解本章的核心概念和原理。

3. 案例分析：分析实际案例，加深学生对原理的理解。

4. 练习与讨论：布置练习题，组织小组讨论。

5. 总结：对本章内容进行归纳和总结。

六、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况。

2. 练习题：评估学生对知识的掌握程度。

3. 实验报告：评价学生的实践操作能力。

4. 小组讨论报告：评估学生的团队合作和沟通能力。

七、教学资源1. 教材：选用权威、实用的操作系统教材。

第一章 操作系统概述　 本章的学习目的是要建立起　ＯＳ　的基本概念。

学生应对以下几个重点、难点问题作认真的学习，切实掌握　ＯＳ　的一些基本概念。

一、ＯＳ的引入和发展　 由于　ＯＳ　随着计算机技术和应用需求的不断发展，由简单变为复杂，由低级变为高级，故在学习“　ＯＳ　的引入和发展”时，应对下述几个问题有较清晰的认真： （１）　早期无　ＯＳ　的计算机系统中，存在着所谓的“人机矛盾”和“　ＣＰＵ－Ｉ／Ｏ　设备速度不匹配的矛盾。

”它们对计算机资源的利用率有何严重的影响？ （２）　单道批处理系统中引入了哪些技术，它们是如何解决上述两对矛盾的？　 （３）　单道批处理系统还存在哪些不足之处，而多道批处理系统又是通过哪些技术措施来解决这些不足的？ （４）　多道批处理系统还有哪些地方不能满足用户的需求，或者说，是在什么样的需求推动力的作用下，由批处理系统发展为分时系统的？实现分时系统的关键技术是什么？ （５）　上述几种系统还有哪些地方不能满足用户的需求，或者说，是在什么样的需求推动力的作用下由分时系统发展为实时系统的？在学习时还应注意分析和比较分时系统与实时系统的特征。

二、ＯＳ　的基本特征和功能　 在多道程序的环境下，　ＯＳ　具有四大特征和五大功能。

在学习该问题时，应对下述四个方面的内容有较深入的理解： （１）　ＯＳ　的特征。

　ＯＳ　具有并发、资源共享、虚拟和异步性四大特征，在学习时应对每种特征的具体含义和形成原因有较清晰的认识。

（２）　ＯＳ　四大特征之间的关系。

这四大特征之中，最重要的是并发特征，其他三个特征都是以并发为前提的。

在学习时必须弄清楚并发和资源共享之间的关系，并理解它们是如何导致虚拟和异步性特征的产生。

（３）　ＯＳ　的功能。

　ＯＳ　具有处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和提供友好的用户接口等五大功能。

在学习时应了解各个功能的主要任务，并必须深入了解处理机管理功能和　ＯＳ　的并发和共享特征之间的关系。

计算机操作系统课后答案计算机操作系统课后答案第一章：操作系统概述1.1 操作系统的定义与作用操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供统一的接口和服务。

1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展经历了批处理系统、分时系统、实时系统和网络操作系统等阶段，逐步提高了计算机的效率和可靠性。

1.3 操作系统的功能和特点操作系统的功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理等。

其特点包括并发性、共享性、虚拟性和异步性等。

第二章：进程管理2.1 进程的概念和属性进程是程序在执行过程中的一个实例，具有独立的地址空间和执行状态。

2.2 进程的调度算法常见的进程调度算法有先来先服务调度、短作业优先调度、高响应比优先调度和时间片轮转调度等。

2.3 进程同步与通信进程同步是指协调多个进程之间的执行顺序，进程通信是指进程之间的数据交换和共享。

第三章：内存管理3.1 内存管理的基本概念内存管理包括内存的分配和回收，以及地址转换和内存保护等操作。

3.2 内存分配的算法常见的内存分配算法有首次适应、最佳适应和最坏适应等。

3.3 虚拟内存的实现原理虚拟内存通过将主存和辅存进行映射，将不常用的数据和程序置换到辅存中，以提高内存利用率。

第四章：文件管理4.1 文件的概念和组织方式文件是存储在存储介质上的数据集合，文件组织方式包括顺序文件、索引文件和哈希文件等。

4.2 文件共享与保护文件共享是指多个进程可以同时访问同一个文件，文件保护是指对文件进行权限和访问控制。

4.3 文件系统的实现原理文件系统通过文件目录和文件控制块来管理文件和目录的存储和访问。

第五章：设备管理5.1 设备管理的基本概念设备管理包括设备的分配和回收，以及设备的驱动程序和设备控制器等。

5.2 设备独立性和设备分配算法设备独立性是指操作系统对设备的不同类型进行统一管理，设备分配算法有等待队列调度和优先级调度等。

5.3 设备中断和错误处理设备中断是指设备发出的中断信号，操作系统需要及时响应并处理中断。

第一章操作系统概述1.操作系统主要特征是什么？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，以方便用户使用的程序集合。

2.“操作系统是控制硬件的软件”这一说法确切吗？为什么？不正确，因为操作系统不仅仅是控制硬件，同时它还控制计算机的软件。

第二章进程与线程1.操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程之间的合作和协调，以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？①为了从变化角度动态地分析研究可以并发执行的程序，真实的反应系统的独立性、并发性、动态性和相互制约，操作系统中不得不引入进程的概念。

②为了防止操作系统及其关键的数据结构受到用户程序破坏，将处理机分为核心态和用户态。

对进程进行创建、撤销以及在某些进程状态之间的转换控制。

2.假设系统就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔300ms轮换一次，CPU在进程切换时所花费的时间是10ms，试问系统化在进程切换上的开销占系统整个时间的比例是多少？就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔进程的运行时间是300ms，切换另一个进程所花费的总时间是10ms，隐刺系统化在进程切换上的时间开销占系统整个时间的比例是：10//(300+10)=3.2%.3.试述线程的特点及其与进程之间的关系。

答：线程是进程内的一个相对独立的运行单元，是操作系统调度和分派的单位。

线程只拥有一点必不可少的资源（一组寄存器和栈），但可以和铜属于一个进程的其他线程共享进程拥有的资源。

关系：1>线程是进程的一部分，是进程内的一个实体；一个进程可以有多个线程，但至少必须有一个线程。

一个线程只能在一个进程的地址空间内活动；2>进程资源的拥有者，同一个进程的多个线程共享该进程占有的所有资源；3>处理机分配给进程，线程是系统的调度单位。

1．这种策略一方面照顾了短进程，一个进程如果在100ms运行完毕它将退出系统，更主要的是照顾了I/O量大的进程，进程因I/O进入阻塞队列，当I/O完成后它就进入了高优先级就绪队列，在高优先级就绪队列等待的进程总是优于低优先级就绪队列的进程。

操作系统第一章操作系统概述1.1 操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标目标：1. 便利性。

不需要人人都是程序员2. 有效性。

工作协调高效3. 可扩充性。

各自独立进展4. 开放性。

移植和互操作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来用法计算机系统。

（从用户角度来看，来操纵计算机。

）(1) 指令输入。

形式又分为以下几种：指令行（Command Line Input ）：由OS供应的一组联机指令（语言），用户可通过键盘输入有关指令，来挺直操纵计算机系统。

图形用户界面（GUI ）：用户通过显示设备上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。

自然输入方式（NUI ）：用户通过语音识别输入来操纵计算机系统和运行自己的程序。

(2) 系统调用方式（System Call ）。

OS供应了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过相应的用法编程调用API1.1.3推动操作系统进展的主要动力1.不断提高计算机资源利用率2. 便利用户3. 器件的不断更新换代4. 计算机体系结构的不断进展用户的需求是推动OS进展的根本动力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含有各种各样的硬件和软件资源。

需要空间和时间来用法这些资源，OS合理调配和用法。

（这是从管理者的角度来看）3. OS用作扩展机、虚拟机隐蔽了计算机具体详情，为用户呈现的是一台虚拟机，功能上扩展了几个功能部件的组合。

（这是从进展的角度来看）Government1.2 操作系统的进展过程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ENIAC 诞生(1945 年2月)到50年月中期的计算机，属于第一代。

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。

2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O) 方式这种脱机I/O方式的主要优点如下：(1)削减了CPU的空闲时间。