第1章 操作系统引论汇总

第一章操作系统引论●什么是操作系统?操作系统：是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

1)OS是什么：是系统软件（一整套程序组成，如UNIX由上千个模块组成）2)管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）●操作系统的主要功能?操作系统的功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口管理1.存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护和内存扩充2.处理机管理：作业和进程调度，进程控制和进程通信3.设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性4.文件管理：文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的读写管理和存取控制5.用户接口：命令界面，程序界面，图形界面●操作系统的地位操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。

它是整个系统的控制管理中心，既管硬件，又管软件，它为其它软件提供运行环境。

●操作系统的发展历程1.最初是手工操作阶段，需要人工干预，有严重的缺点，此时尚未形成操作系统2.早期批处理分为联机和脱机两类，其主要区别在与I/O是否受主机控制3.多道批处理系统中允许多道程序并发执行，与单道批处理系统相比有质的飞跃●操作系统的基本特征？操作系统基本特征：并发，共享和异步性。

1. 并发：并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。

2. 共享：共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。

3. .异步性：每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。

但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。

●操作系统的主要类型？多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统1.多道批处理系统1)批处理系统的特点：多道、成批2)批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大3)批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力2.分时系统1)分时：指若干并发程序对CPU时间的共享。

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 1.2 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。

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
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。
在20世纪60和70年代，又分别出现了能有效提高I/O设备 和CPU利用率的SPOOLing系统和改善存储器系统利用率的虚 拟存储器技术，以及在网络环境下，在服务器上配置了允许 所有网络用户访问的文件系统和数据库系统。
第一章 操作系统引论 2．方便用户 当资源利用率不高的问题得到基本解决后，用户在上机、 调试程序时的不方便性便又成为主要矛盾。于是人们又想方 设法改善用户上机、调试程序时的环境，这又成为继续推动 OS发展的主要因素。随之便形成了允许进行人机交互的分时 系统，或称为多用户系统。在20世纪90年代初出现了受到用 户广泛欢迎的图形用户界面，极大地方便了用户使用计算机， 使中小学生都能很快地学会上机操作，这无疑会更加推动计 算机的迅速普及。
时相应OS的功能和性能也都有显著的增强和提高。
第一章 操作系统引论 在多处理机快速发展的同时，外部设备也在迅速发展。 例如，早期的磁盘系统十分昂贵，只能配置在大型机中。随
着磁盘价格的不断降低且小型化，很快在中、小型机以及微
型机上也无一例外地配置了磁盘系统，而且其容量还远比早 期配置在大型机上的大得多。现在的微机操作系统(如
外部存储器 软盘 输入设备
0 0 1 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 101

31
操 作 系 统
网络OS和分布式OS的区别
(1) 分布具有各个计算机间相互通讯， 无主从关系；网络有主从关系； (2) 分布式系统资源为所有用户共享；
第 一 章 操 作 系 统 引 论
而网络有限制地共享； (3) 分布式系统对用户是透明的。
32
操 作 系 统
3.微型机(个人）操作系统
计算机在某一时间内为单用户服务,其追求目 标是界面友好，使用方便，丰富的应用软件。
借助于通道和中断技术，输入输出操作可以在中央 处理机控制之下完成。这时，原有的监督程序不仅要负 责调度作业自动运行，而且还要提供输入输出控制功能， 它比原有的监督程序的功能增强了。这个发展了的监督 程序常驻内存，称为执行系统。 20
操 作 系 统
二、 操作系统的完善
1． 多道批处理系统
多道程序设计技术是指在计算机内存中同时存放多 个作业，它们在管理程序控制之下交替执行，共享系统 中的各种资源。 多道程序运行的特征： 1）主存中存放多道程序； 2）宏观上并行； 3）微观上串行。
28
操 作 系 统
三、操作系统的发展
1．网络操作系统
计算机网络是通过通信设备和通信线路将地理上分散的多 个计算机系统相互连接起来，实现信息交换、资源共享、 可互操作和协作处理的系统。 网络环境下的操作系统是网络用户和网络之间的接口， 它除了具有通常操作系统的资源管理功能外，还具有网络 管理、网络通信、网络资源共享、系统安全和多种网络应 用服务的功能。 网络操作系统既要为本机用户提供使用网络资源的手 段，又要为网络用户使用本机资源提供服务。
•错综复杂、纵横交叉： 与硬件有关、与其它软件有关、与用户有关、 讲课过程中往往用到后面的知识。
3

·课程教学目标：学会OS的桌面应用、网络应用、 系统安装-配置-维护-管理的基本技能；知道OS的 基本概念、作用及资源管理等基础知识；提高学生 IT职业素质。
课程教学开始之前（2）
操作系统实用教程
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·课程是计算机类专业必修的核心课程之一，但它 具有理论性强、知识点多、概念难理解等特点，变 成教师最难教、学生最难学的课程。课程要开，但 内容要调整，教学方法要改进，OS应用自学为主， OS知识讲授为主，并积极开展学习讨论活动。
·问题3：单道批处理系统需要作业调度程序吗？多 道批处理系统的作业调度程序需要解决哪些问题？
第1章 操作系统引论 1.2 操作系统的发展与分类
操作系统实用教程
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·分时系统
同时性 交互性 独立性 及时性
分时系统：在不同的时间间隔内，不同程序访问 （共享）同一个设备或其他资源。
3.0—95—98—2000—XP—2003，微软公司，微 机
·UNIX操作系统
主要运行在大中小型计算机上，重点行业与关键事 务
·Linux操作系统
UNIX技术、Windows对手、UNIX补充，自由软 件
第1章 操作系统引论
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1.6 Windows 2003 的安装与启动
第1章 操作系统引论
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·学习目标：理解操作系统的概念，知道操作系统 的功能，了解操作系统的类型、特征及内容结构， 了解常用操作系统的基本情况。
·学习内容：操作系统的定义、操作系统的分类、 操作系统的功能和性能、操作系统的特征结构、实 用操作系统、Windows 2003安装与启动。

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。

– UNIX操作系统通过对每个文件赋予一个9位 的二进制保护代码，对UNIX中的文件实现 保护。 – 保护代码rwxr-x--x的含义是所有者可以读、 写或执行该文件，其他的组成员可以读或执 行（但不能写）该文件，而其他人可以执行 （但不能读和写）该文件。
29
1.5.6 shell（1）
① 常用ＳＨＥＬＬ命令接口： 系统访问：login, logout, exit 编辑和文件管理：vi, cat, pr, cp, mv, rm 目录操作命令：ls, mkdir, pwd, cd, rmdir, chmod eg. $chmod go+rw file 编译，链接命令：cc, link 日期命令：date
第 1 章 引论
主要内容
1.1 什么是操作系统 1.2 计算机硬件介绍 1.3 操作系统的历史 1.4 操作系统大观园 1.5 操作系统的概念 1.6 系统调用 1.7 操作系统的结构
1
引论
• 操作系统所处的位置
– 用户态和内核态 – 硬件与软件 – 操作系统，它的任务是为用户程序提供一个更好、更 简单、更清晰的计算机模型，并管理所有硬件设备
19
1.3.7 启动计算机
• 在计算机启动时，BIOS开始运行 • 然后，BIOS通过尝试存储在CMOS存储 器中的设备清单决定启动设备。 • 启动设备上的第一个扇区被读入内存并 执行。 • 然后，操作系统询问BIOS，以获得配置 信息。
20
1.4 操作系统大观园
• • • • • • • • • 大型机操作系统 服务器操作系统 多处理器操作系统 个人计算机操作系统 掌上计算机操作系统 嵌入式操作系统 传感器节点操作系统 实时操作系统 智能卡操作系统
7
1.2 操作系统的历史(3) ——批处理系统示例

第一章操作系统引论一、什么是操作系统操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

解释：资源的概念被计算机系统工作时所引用的一切客体都称为资源。

这里所说的客体可能是处理机、设备、内存、外存等硬件，也可能是程序、数据、信息等软件。

为了资源可以被引用，资源都有名字。

控制资源的使用，有两条资源管理命令：申请资源和释放资源。

我们约定：申请命令在程序使用资源前发出，如果所申请的资源可以使用，则程序可立即得到该资源的使用权，称为程序占有该资源或把这个资源分配给申请它的程序。

释放命令在程序使用资源后发出，表示程序放弃对于资源的使用权，称为程序释放该资源或把这个资源由占有它的程序处收回。

操作系统需要管理的资源一般多是下面三种类型：单一资源--由一个资源实体组成的资源。

如一台打字机、一台处理机等。

根据单一资源被占用的情况，分为“空闲”和“工作”两个状态。

有限资源--由若干个相同的单一资源组成的资源集合。

它的使用限制与集合中元素的个数有关，它可以被多次占用，也可以被不同的程序同时占用。

如内存是由多个单一资源即单元构成的，是有限资源。

无穷资源--由无限多个相同单一资源组成的资源集合。

如果有限资源中的元素个数多到充分够用，可以看作由无穷多个单一资源所组成。

如当内存的容量无限大时，可以看成是无穷资源。

二、操作系统的主要功能操作系统主要有五大功能：存储器管理��内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。

处理机管理��作业和进程调度、进程控制和进程通信。

设备管理��缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。

文件管理��文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。

用户界面管理��命令界面、程序界面和图形界面。

● 操作系统的产生和发展
●
操作系统的特征 操作系统的功能 操作系统的类型
●
●
1.1 操作系统的定义
资源管理的观点 1
●操作系统：是控制和管理计算机的软、硬件资源， 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 合理地组织计算机的工作流程， 合。 2 用户的观点
● ● ●
高可靠性 过载保护 对截止时间的要求
微机操作系统
●CP/M
操作系统
● MS-DOS ● OS/2 ● ●
操作系统
操作系统
UNIX 操作系统 Linux 操作系统
● Windows
操作系统
多处理机操作系统
● 引入原因 ●增加系统吞吐量 ●
节省投资
●提高系统可靠性
● 多处理机OS类型 多处理机OS类型 ●非对称多处理模式 非对称多处理模式——主-从模式 主 从模式 ●对称多处理模式 对称多处理模式——
1958年 年
第二代计算机上有了监控系统（OS雏形） 第二代计算机上有了监控系统（ 雏形） 雏形
第二代： 第二代：监控系统
● 第二代计算机主要用于科学和工程计算，程序大 多用FORTRAN语言书写，该语言适用于作数值运 算，当时主机上用的控制程序称之为监控程序 （Monitor），其功能相对比较简单，监控程序是 操作系统的雏形 。 ● 单道批处理系统（Simple Batch System）是将所有 的作业用一台相对比较便宜的计算机（如IBM 1401） 输入到磁带上，此计算机称为输入/输出机，实施 数值运算、速度较快的计算机称为主机（如 IBM7094）。大批的作业在输入/输出机的控制下 输入到磁带后，用一个特殊的程序来控制作业的读 入和运行，这个特殊的程序叫作业控制语言（JCL， Job Control Language）书写，它能控制程序的运行， 如图所示。

第一章第一章 操作系统引论操作系统引论1.1 1.1 操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用操作系统的目标和作用1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.3 1.3 操作系统的基本特性操作系统的基本特性操作系统的基本特性1.4 1.4 操作系统的主要功能操作系统的主要功能操作系统的主要功能 1.5 1.5 操作系统的结构设计操作系统的结构设计操作系统的结构设计计算机系统由硬件和软件组成，操作系统（OS,Operating OS,Operating SystemSystem ）是配置在计算机硬件上的第一层系统软件；其它系统软件、应用软件都依赖于OS 。

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：1.1.有效性(早期):提高系统资源利用率;提高系统吞吐量；2.2.方便性（近年来）：用户->OS->计算机硬件3.3.可扩充性：便于增加和修改功能和模块4.4.开放性：遵循世界标准规范；遵循OSI 标准注意：有效性和方便性是开发OS 时最重要的目标计算机系统上配置OS 的目标与计算机系统的规模(大中型机和小型机)和应用环境(查询系统，实时工业控制和武器控制)有关。

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作为一个系统软件，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。

如图1-1，用户通过以下三种方式使用计算机：图1-1 OS作为接口的示意图用 户应用程序系统调用 命令 图标、窗口操作系统计算机硬件(1) 命令方式：由OS提供了一组命令，用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机。

(2) 系统调用方式：OS提供了一组系统调用，用户可在应用程序中通过相应的系统调用来操纵计算机。

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。

第一章操作系统引论在我们日常使用电脑、手机等电子设备时，操作系统就像是一个默默工作的幕后英雄，为我们的各种操作提供了稳定、高效的支持。

但你是否真正了解它是什么，又是如何发挥作用的呢？操作系统，简单来说，是管理计算机硬件与软件资源的程序，是计算机系统的内核与基石。

它就像是一个大管家，负责协调和分配计算机的各种资源，让计算机的各个部件能够有条不紊地协同工作，以满足用户的需求。

想象一下，如果计算机没有操作系统，那将会是怎样的混乱场景？每次我们要使用某个硬件设备，比如打印机，都需要自己去编写复杂的控制程序；每运行一个新的软件，都要从头开始了解计算机的硬件配置和底层工作原理。

这几乎是不可能完成的任务，而且效率极其低下。

而有了操作系统，这一切都变得简单和便捷。

操作系统的主要功能可以概括为几个方面。

首先是进程管理。

进程就像是计算机里的一个个任务，操作系统要负责合理地安排这些任务的执行顺序和时间，确保它们能够高效地运行，不会出现互相冲突或者抢占资源的情况。

比如，当你同时打开多个程序时，操作系统会根据它们的优先级和资源需求，合理地分配 CPU 时间，让每个程序都能得到及时的处理。

其次是内存管理。

内存是计算机存储数据和程序的地方，操作系统要确保内存的合理分配和使用，防止某个程序占用过多的内存导致其他程序无法正常运行。

它就像一个精明的仓库管理员，知道如何把有限的内存空间分配给不同的需求，并且在程序不再需要时及时回收内存，以便给其他程序使用。

然后是文件管理。

我们在计算机中存储的各种文档、图片、视频等都以文件的形式存在，操作系统要负责对这些文件进行组织、存储和检索。

它为我们提供了一个清晰的文件目录结构，让我们能够方便地找到和操作自己需要的文件。

还有设备管理。

计算机连接着各种各样的外部设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等，操作系统要负责管理这些设备的驱动程序，确保它们能够正常工作，并且在多个设备同时请求服务时进行协调。

操作系统还提供了用户接口，让我们能够与计算机进行交互。

5. 操作系统的作用
2. OS作为计算机系统资源的管理者 作为计算机系统资源的管理者 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。归纳起来可将资源分为四类： •处理器 •存储器 • I/O设备 • 文件(数据和程序)。 事实上，当今世界上广为流行的一个关于OS作用的观 点，正是把OS作为计算机系统的资源管理者。
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
• 多道性
–内存中驻留多道程序，并允许它们并发执行，从而 提高资源利用率和系统吞吐量。即某个作业占用 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
• 无序性 • 调度性
–作业调度：外存后备作业队列-->内存 –进程调度：内存的作业-->CPU
50年代早期 出现了穿孔卡片 程序写在卡片上然后读入计算机
人工操作方式的特点
特点: • 用户独占全机 • CPU等待人工操作 缺点: • 计算机的有效机时严重浪费
–人机矛盾 –CPU与纸带机之间速度不匹配的矛盾
• 效率低
2. 脱机输入/输出方式
在采用脱机输入输出方式时，程序和数据的输 入输出都是在外围计算机的控制下完成的，即它们 是脱离主机进行的，故称之为脱机输入输出操作。
4.分时系统实现中的关键问题
• 及时接收
– 使用多路卡同时接收各路数据 – 每个终端配置一个缓冲区记录用户的输入
• 及时处理
– 所有的用户作业直接进入内存 – 在较短的时间内就能使每个作业运行一次， 以处理用户的输入。
5.分时操作系统特点
同时有多个用户使用一台计算机 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 用户根据系统响应结果进一步 用户感觉不到计算机为其他人服务 提出新请求(用户直接干预每一步) 提出新请求(用户直接干预每一步) OS提供虚机器 提供虚机器， （OS提供虚机器，各个用户的虚 机器互不干扰） 机器互不干扰） 系统对用户提出的请求及时响应

active（）
第二章 进程的描述与控制
三、进程同步
１、进程同步的基本概念
进程间的约束关系 互斥关系 进程之间由于竞争使用共享资源而 产生的相互约束的关系。这种因共享资源而产生的 制约关系称为进程的互斥。— 间接相互制约关系 同步关系 并发执行进程之间通过在执行时序 上的某种限制而达到相互合作的这种约束关系称为 进程的同步 — 直接相互制约关系
第二章 进程的描述与控制
二、 进程控制
1、ＯＳ内核 ① 进程运行状态
操作系统中，为了防止用户进程对OS及PCB等关键信息 的破坏。一个进程在其生命期中有两种机器运行状态： 系统态 （核心态，管态） 具有较高的访问权，可访问核 心模块。 用户态 （目态 ） 限制访问权。
② 原语（primitive）
① PCB 块的内容
外部标识信息
一、 进程的描述
进程标识信息
内部标识信息 进程家族标识
处理机状态信息
通用寄存器 指令计数器 程序状态字（PSW）用户栈指针
进程调度信息
进程状态 进程优先级 其它调度信息 等待事件
进程控制信息
程序数据地址 进程同步及通信 资源清单 链接指针
在引入线程的系统中，PCB还包括TCB信息。
计算机四大类资源
C PU 内 存 外 设 信息文件
用 户 接 口
处 理 机 管 理
设 备 管 理
文 件 管 理
第一章 操作系统引论
二、 操作系统的特征
为了实现以上功能，操作系统应该具有以下基 本特征：
并发性（Concurrence） 共享性（Sharing） 虚拟性（Virtual）
异步性（Asynchronism）
3) 时钟管理 OS的许多重要· 操作，如：按时间片轮转调度， 实时系统中的截止时间控制等，都依赖于时钟管理。

1.1计算机硬件结构一．计算机系统是由硬件和软件组成的。

软件裹在硬件之上。

二．硬件是软件建立与活动的基础，而软件是对硬件进行管理和功能扩成功。

三．现代计算机体系结构基本上乃沿用V on Neumann（冯·诺依曼）体系结构四．计算机系统是由CPU，内存和若干I/O设备组成。

它们经由系统总线连接在一起，实现彼此通信。

五．是由五大功能不减组成，即运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。

六．运算器和控制器集成在一片或几片大规模或超大规模集成电路中，称为中央处理器。

（CPU）1.1.1 处理器七．CP工作的基本周期是：提取指令，译码分析，执行指令。

八．一般系统都提供核心态和用户态两种处理器执行状态。

1.1.2存储器一．存储器分类（按照速度、容量和成本划分）1ns 寄存器典型容量＜1KB CPU内部寄存器，其速度与CPU一样快，存取没有延迟，成本高，容量小，通常都＜1KB 2ns 高速缓存（Cache）2MB大多数由硬件控制，速度快，成本高，容量较小，一般＜2MB10ns 内存（RAM，随机存取存储器）512~2GB 是存储器系统的主力，RAM中存放的信息是易变的，当机器电源被关闭后，内存中的信息就全部丢失了。

10ms 磁盘（硬盘，辅助存储器，辅存，外存）120~250GB 外存上可以永久保留书籍，容量特别大，由于是机械装置，外存上的数据的存取速度低于存取速度。

100s 磁带20~100GB 它记录额数据可以持久保存，存取速度很慢，主要用途是文件系统的后背。

其他存储器–软盘、光盘（CD-ROM）U盘等。

1.1.3 I/O设备一．简单来说I/O设备就是输入装置（键盘，鼠标等。

）二．它通常由控制器和设备本身两部分组成。

三．控制器是I/O设备的电子部分，它细条和控制一台或多台I/O设备的操作，视线设备操作与整个系统操作的同步。

四．设备的种类很多，因而设备控制器的类别就很多，这就需要不同的软件来控制它们。

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(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1.1.3.推动操作系统发展的主要动力(1)不断提高计算机系统资源的利用率(2)方便用户(3)器件的不断更新换代(4)计算机体系结构的不断发展(5)不断提出新的应用需求1.2 操作系统的发展过程1.2.1.未配置操作系统的计算机系统(1)人工操作方式早期的操作方式是由程序员将事先已穿孔的纸带（或卡片），装入纸带输入机（或卡片输入机），再启动它们将纸带（或卡片）上的程序和数据输入计算机，然后启动计算机运行。

仅当程序运行完毕并取走计算结果后，才允许下一个用户上机。

人工操作方式的缺点:(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。

可见，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。

(2)脱机输入/输出方式利用脱机输入/输出技术,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。

类似地，当CPU需要输出时，可先由CPU把数据直接从内存高速地送到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带上的结果通过相应的输出设备输出。

脱机输入/输出方式的优点:(1)减少了CPU 的空闲时间装带、卸带，以及将数据从低速I/O 设备，送到高速磁带上（或反之）的操作，都是在脱机情况下由外围机完成的，并不占用主机时间，从而有效地减少了CPU 的空闲时间。