OS1操作系统概论

1、操作系统Operating System计算机教研室 2018年3月课程特点及要求q计算机操作系统课程特点是：计算机操作系统课程特点是：1）涉及较多硬件知识的系统软件课程，在计算机）涉及较多硬件知识的系统软件课程，在计算机软硬件的体系结构上起到承上启下的作用。软硬件的体系结构上起到承上启下的作用。2）概念多（进程，作业，文件）概念多（进程，作业，文件/文件系统，死锁，文件系统，死锁，中断等）、原理性强、较抽象。中断等）、原理性强、较抽象。课程介绍q操作系统课程的重要性操作系统课程的重要性/目的目的q1） 必修课必修课q2）基础核心课程）基础核心课程q3）计算机等级考试）计算机等级考试/升本升本

2、/考研考研/博考试科目博考试科目q4） 找工作面试笔试必考内容找工作面试笔试必考内容q有利于对计算机系统的理解和软件开发。有利于对计算机系统的理解和软件开发。课程介绍q操作系统在整个计算机系统中的重要性操作系统在整个计算机系统中的重要性 每当我们打开计算机，启动成功后，首先映每当我们打开计算机，启动成功后，首先映入眼帘的就是操作系统的界面。我们所做的一切入眼帘的就是操作系统的界面。我们所做的一切的工作都是在操作系统之上来完成的。可是谁也的工作都是在操作系统之上来完成的。可是谁也不会去想：为什么鼠标的拖拖曳曳就能完成对文不会去想：为什么鼠标的拖拖曳曳就能完成对文件、磁盘、各种软硬件资源的管理；谁

3、也没意识件、磁盘、各种软硬件资源的管理；谁也没意识到是因为到是因为有了操作系统的支撑，我么才那么有了操作系统的支撑，我么才那么方便方便的使用计算机的使用计算机。q操作系统这门课程并不是教你如何使用操作系统操作系统这门课程并不是教你如何使用操作系统的，而是的，而是讲操作系统内部机制讲操作系统内部机制的。的。 操作系统的目操作系统的目标是为用户提供一个标是为用户提供一个良好的界面良好的界面，方便用户使用，方便用户使用计算机，同时对内部各种软硬件资源能够进行有计算机，同时对内部各种软硬件资源能够进行有效地管理和分配，使整个系统能高效率得运行。效地管理和分配，使整个系统能高效率得运行。q操作系统的五大

4、功能：处理机管理、存储管理、操作系统的五大功能：处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理、用户接口。设备管理、文件管理、用户接口。q每道程序在什么时候使用每道程序在什么时候使用CPU，这需要合理得分，这需要合理得分配协调才行。配协调才行。q如何存放才能井井有条，互不干扰，而且能充分如何存放才能井井有条，互不干扰，而且能充分合理的利用有限空间。合理的利用有限空间。 q使用打印机，只要单击打印机按钮即可将内容传使用打印机，只要单击打印机按钮即可将内容传到打印机进行后台打印，轻松的调用外部设备。到打印机进行后台打印，轻松的调用外部设备。q文件是放在那个道那个扇区上么？有时你不想让文件是放在那个道那个

5、扇区上么？有时你不想让自己的文件被外人看到，还可设置权限。自己的文件被外人看到，还可设置权限。 qWindows中开始菜单下里的运行，可执行命令。中开始菜单下里的运行，可执行命令。 用户：我要打印这用户：我要打印这份报告。份报告。裸机：听不懂！裸机：听不懂！打印机：没反应！打印机：没反应！我要打印这份报告。我要打印这份报告。用户用户接收用户输入的文档内接收用户输入的文档内容；驱动打印机；将文容；驱动打印机；将文档放入缓冲；文档送至档放入缓冲；文档送至打印机！打印机！安装了操作系统的计算机安装了操作系统的计算机工作！打印！工作！打印！打印机打印机课程定位q操作系统是计算机系统中的重要系统软件，是

6、计操作系统是计算机系统中的重要系统软件，是计算机科学与技术专业重要的专业课程。算机科学与技术专业重要的专业课程。q本课程的目的和任务是使学生全面地了解和掌握本课程的目的和任务是使学生全面地了解和掌握操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角操作系统的目标、作用和模型，从资源管理的角度领会操作系统的功能和实现过程。使学生受到度领会操作系统的功能和实现过程。使学生受到系统科学地分析问题和解决问题的训练，提高运系统科学地分析问题和解决问题的训练，提高运用理论知识解决实际问题的能力。用理论知识解决实际问题的能力。 q推荐参考书本：推荐参考书本：q书目：q计算机操作系统原理教程与实训（第（第2版）版）q

7、作 者：周峰等编著q出 版 社：北京大学出版社课程考核q平时成绩（平时成绩（40%）+期末成绩（期末成绩（60%）q平时成绩：课堂考勤平时成绩：课堂考勤+课堂纪律（迟到、早退、课堂纪律（迟到、早退、 玩手机等违纪行为）玩手机等违纪行为）+实验成绩实验成绩q实验成绩：作业完成情况实验成绩：作业完成情况q期末考试：采用闭卷考试方式期末考试：采用闭卷考试方式12学习目标q理解操作系统的基本概念理解操作系统的基本概念q掌握操作系统的管理功能掌握操作系统的管理功能 q处理机管理处理机管理q存储管理存储管理q设备管理设备管理q文件管理文件管理q用户接口用户接口q如何学习操作系统如何学习操作系统qOS是什么

8、？是什么？qOS作什么？作什么？qOS如何做？如何做？ CPU控制器运算器计算机工作流程我是程序我是程序员。员。输入输入数据流数据流输入设备：输入数据，向输入设备：输入数据，向计算机发出指令计算机发出指令CPU：处理数据：处理数据输出输出输输出出输出设备：输出处输出设备：输出处理的结果理的结果其他设备：其他设备：支撑、连支撑、连接各个部接各个部件件内存条内存条硬盘硬盘第1章 计算机操作系统概论本章重点q了解操作系统的结构：了解操作系统的地位了解操作系统的结构：了解操作系统的地位q什么是操作系统什么是操作系统q现代操作系统的特征、功能、类型现代操作系统的特征、功能、类型q基本概念：批处理、多道程

9、序设计、作业、任务基本概念：批处理、多道程序设计、作业、任务、进程和线程、接口、虚拟存储、文件。、进程和线程、接口、虚拟存储、文件。q1.1 操作系统的形成与发展操作系统的形成与发展 q1.2 操作系统的基本概念操作系统的基本概念q1.3 操作系统的结构操作系统的结构q1.4 操作系统的硬件环境操作系统的硬件环境q1.5 当前主流操作系统简介当前主流操作系统简介q1.1.0 OS1.1.0 OS的形成与发展的形成与发展q 50年代中期，简单批处理操作系统q 60年代中期：多道批处理操作系统q 80年代：个人计算机q 实时系统的出现 1.1操作系统的形成与发展q1.1.1 1.1.1 人工操作方

10、式人工操作方式q缺点：缺点：1 1）资源独占）资源独占 2 2）CPUCPU等待人工操作等待人工操作q矛盾：矛盾：CPUCPU与与I/OI/O设备之间速度不匹配设备之间速度不匹配1.1操作系统的形成与发展q19q运算速度：5000次/每秒, 18000个真空管, q占地182平方米，重量130吨，功耗140kW脱机输入输出过程脱机输入输出过程 输入设备 输出设备 外 围 计 算 机 输 入 磁 带 输 出 磁 带 主 机 控制数据输入输出高速磁带q 1.1.2 1.1.2 脱机输入输出技术脱机输入输出技术 为了解决人机矛盾和为了解决人机矛盾和cpu与与I/O设备之间速度不匹配的设备之间速度不匹

11、配的问题，出现了脱机输入输出方式。如图所示。问题，出现了脱机输入输出方式。如图所示。 q脱机输入输出方式脱机输入输出方式：程序和数据的输入输出都是：程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成的，脱离了主机的控制。在外围机的控制下完成的，脱离了主机的控制。相反在主机的直接控制下进行输入输出的方式为相反在主机的直接控制下进行输入输出的方式为联机输入输出方式。联机输入输出方式。q优点：优点：1）减少了）减少了CPU的空闲时间。的空闲时间。 2）提高了）提高了I/O速度。速度。q不足：输出的时候输入空闲。不足：输出的时候输入空闲。q1.1.3 批处理技术批处理技术q 为了提高系统的利用率，在系统中开

12、始配备为了提高系统的利用率，在系统中开始配备监监督程序督程序，在它的控制下把由脱机输入方式输入到，在它的控制下把由脱机输入方式输入到高速磁带的一批作业高速磁带的一批作业一个个一个个装入内存，并装入内存，并一个个一个个执行，直到处理完毕。在此期间，建立了以监督执行，直到处理完毕。在此期间，建立了以监督程序来管理和控制其他程序的方式，形成了操作程序来管理和控制其他程序的方式，形成了操作系统的雏形。系统的雏形。q这种由监督程序控制的系统称为这种由监督程序控制的系统称为单道批处理系统单道批处理系统。q单道批处理系统的特点：单道批处理系统的特点： 单道批处理系统的内存中只有一道作业，可以成批处理作单道批

13、处理系统的内存中只有一道作业，可以成批处理作业。业。q 自动性自动性q 顺序性顺序性q 单道性单道性q 优点：作业自动转换，提高优点：作业自动转换，提高CPU的利用率的利用率q 缺点：还没有真正形成对作业的控制和管理。作业独占缺点：还没有真正形成对作业的控制和管理。作业独占CPU，CPU等待等待I/O使得使得CPU利用率低。利用率低。q24q卡片q早期批处理系统qIBM1401qIBM7094qIBM1401q输入磁带q磁带机q卡片阅读机q输出磁带q打印机Operating Systemq单道批处理系统的处理流程：单道批处理系统的处理流程：q1.1.4 1.1.4 多道程序设计技术多道程序设计

14、技术 过去，内存中只能存放过去，内存中只能存放一个用户作业一个用户作业在其中在其中运行。那么运行。那么CPUCPU等待传输数据的过程中，仍然因无等待传输数据的过程中，仍然因无工作可做而处于空闲状态。工作可做而处于空闲状态。 为了提高批处理技术中程序的并行执行能力为了提高批处理技术中程序的并行执行能力，提高资源的利用率，采用，提高资源的利用率，采用作业调度程序作业调度程序同时把同时把几个作业几个作业放入内存，并允许它们交替执行，即放入内存，并允许它们交替执行，即多多道程序设计技术道程序设计技术 。多道批处理系统特征（1）多道性）多道性 在内存中可同时驻留多道程序，并允许它们并发执行在内存中可同时

15、驻留多道程序，并允许它们并发执行，从而有效提高了资源的利用率和系统的吞吐量。，从而有效提高了资源的利用率和系统的吞吐量。 （2）无序性）无序性 多个作业完成的先后顺序与他们进入内存的顺序之间多个作业完成的先后顺序与他们进入内存的顺序之间无严格的对应关系。无严格的对应关系。（3）宏观上并行、微观上串行）宏观上并行、微观上串行 从宏观上看同时存在于内存中的多道作业都处于运从宏观上看同时存在于内存中的多道作业都处于运行状态，它们先后开始了各自的运行，但又都未运行行状态，它们先后开始了各自的运行，但又都未运行完毕，好像多道作业在并行运行。但从微观上看，由完毕，好像多道作业在并行运行。但从微观上看，由于

16、我们讨论的是单于我们讨论的是单CPUCPU系统，内存中的多道作业轮流系统，内存中的多道作业轮流、交替地使用、交替地使用CPUCPU系统，所以各作业仍是串行的。系统，所以各作业仍是串行的。举例：举例：P3 q图1.5 单道程序工作过程示意q图1.6 多道程序执行过程示意单道和多道批处理的比较单道和多道批处理的比较单道多道内存使用每次一个作业每次多个作业（充分利用内存）作业次序顺序，先进先出无确定次序q设在内存中有三道程序A、B和C，并按A、B、C的优先次序执行。其内部计算和I/O操作的时间如下表所示：q操 作qAqBqCq计算q30q60q20qI/Oq40q30q40q计算q10q10q20q

17、 程 序作业作业要求： (1)试画出按多道程序运行的时间关系图(调度程序的执行时间忽略不计)。完成这三道程序共花多少时间？比单道程序运行节省多少时间？ (2)若处理调度程序每次进行程序状态转换的时间为1 ms，试画出在处理机调度程序管理下各程序状态转换的时间关系图。q程序程序AqI/Oq计算计算30秒秒qI/O40秒秒q计算计算60秒秒qtq单道作业运行情况单道作业运行情况q计算计算10秒秒q程序程序BqI/O30秒秒q计算计算10秒秒qq程序程序Cq程序程序A 80秒秒q程序程序B 100秒秒q程序程序C 80秒秒q总计总计260秒秒qI/Oq程序程序Aq程序程序Bq程序程序Cq三道作业运行

18、情况三道作业运行情况q启动盘启动盘q结束中断结束中断q计算计算30秒秒qI/O40秒秒q计算计算10秒秒q计算计算40秒秒q计算计算20秒秒qI/O30秒秒q计算计算20秒秒q计算计算10秒秒qI/O40秒秒q计算计算20秒秒 程序程序操作操作ABC计算计算306020I/O403040计算计算101020q总计总计190秒秒q调度程序的执行时间不计调度程序的执行时间不计q考虑调度程序的执行时间为考虑调度程序的执行时间为1ms1ms？q考虑有考虑有2 2个个I/OI/O通道？通道？304010603010204020t260 ms计算I/O3040t190 msAB40C通道102020301

19、04020(a)(b)3040t180 msAB40C通道110202030104020(c)通道23040t186 msAB40C通道110202030104020(d)通道2111111q 若采用多道方式运行(多个通道)这三道程序，其程序运行时间关系如图1.3(c)所示，总运行时间为:30+40+10+20+20+40+20=180 ms，比单道可节省260180=80 ms。q(2) 若处理调度程序每次进行程序状态转换的时间为1 ms，其程序运行时间关系如图1.3(d)所示，这三道程序的总运行时间为：30+1+40+1+10+1+20+1+20+1+40+1+20=186 ms。q操作系

20、统发展过程：操作系统发展过程：脱机输入输出技术脱机输入输出技术人工操作方式人工操作方式批处理技术批处理技术多道程序设计技术多道程序设计技术无操作系统时代多道性无序性宏观上并行，微观上串行内容回顾1.2 操作系统的基本概念完成输入、存储、处理、输出功能的具体设备完成输入、存储、处理、输出功能的具体设备控制硬件正确有效地完成各种功能控制硬件正确有效地完成各种功能q计算机系统的组成计算机系统的组成1.2.1 操作系统的定义q操作系统操作系统(Operating System，缩写为，缩写为OS)就是就是有效地管理计算机系统中的各种资源，合理地组有效地管理计算机系统中的各种资源，合理地组织计算机的工作

21、流程，以方便用户使用的织计算机的工作流程，以方便用户使用的一组软一组软件的集合。件的集合。我们可以从以下我们可以从以下3个方面来理解操作系统的概念。个方面来理解操作系统的概念。(1) 当程序在系统中运行时，需要操作系统对程序运当程序在系统中运行时，需要操作系统对程序运行所需要的行所需要的资源进行调度和分配资源进行调度和分配，以保证系统资，以保证系统资源的有效利用。源的有效利用。(2) 计算机系统内各个工作流程计算机系统内各个工作流程运行次序的协调运行次序的协调也是也是由操作系统来完成的。由操作系统来完成的。(3) 操作系统是一组软件构成的集合，在计算机系统操作系统是一组软件构成的集合，在计算机

22、系统中设置这组软件的目的在于中设置这组软件的目的在于方便用户方便用户，使计算机，使计算机系统变得更加易于用户使用。系统变得更加易于用户使用。我们也可以从以下我们也可以从以下3个方面来理解操作系统的概念个方面来理解操作系统的概念(1) 从用户使用角度来看：从用户使用角度来看： 既可以直接用命令控制既可以直接用命令控制，也可以通过系统编程调用。，也可以通过系统编程调用。(2) 从资源管理角度来看：操作系统提高系统资源利从资源管理角度来看：操作系统提高系统资源利用率。用率。(3) 从发展的角度来看：操作系统可以是一台虚拟机从发展的角度来看：操作系统可以是一台虚拟机，它是计算机硬件的首次扩充，又是扩展

23、。，它是计算机硬件的首次扩充，又是扩展。1.2.2 操作系统的地位q由此可见，操作系统是计算机硬件的基础上对硬由此可见，操作系统是计算机硬件的基础上对硬件进行的第一层扩充，它是计算机系统中最核心件进行的第一层扩充，它是计算机系统中最核心的系统软件，其他系统软件和应用软件都是在操的系统软件，其他系统软件和应用软件都是在操作系统的基础上构建起来的。作系统的基础上构建起来的。应用系统应用系统其他系统软件其他系统软件操作系统操作系统硬件硬件最终用户最终用户计算机系统抽象层次示意图计算机系统抽象层次示意图1.2.3 操作系统的特征操作系统的特征q1. 并发性并发性(Concurrence) q在操作系统

24、中，在操作系统中，并发是指多个事件在同一时间间并发是指多个事件在同一时间间隔内发生。隔内发生。对计算机而言，并发是指在一段时间对计算机而言，并发是指在一段时间内，多道程序内，多道程序“在宏观上同时运行在宏观上同时运行”。显然，多。显然，多道和并发是同一个事物的两个方面，道和并发是同一个事物的两个方面，正是由于多正是由于多道程序设计的实现才导致了多个程序的并发执行道程序设计的实现才导致了多个程序的并发执行。q并行并行是指在两个或多个事件在是指在两个或多个事件在同一时刻同一时刻发生。发生。q 2. 虚拟性虚拟性(Virtual) 虚拟是指把一个物理实体映射为多个逻辑意义上的实虚拟是指把一个物理实体

25、映射为多个逻辑意义上的实体。体。前者是客观存在的，后者是虚构的，是一种感觉性的前者是客观存在的，后者是虚构的，是一种感觉性的存在，即主观上的一种假象。例如，在多道程序系统中，存在，即主观上的一种假象。例如，在多道程序系统中，虽然只有一个虽然只有一个CPU，每次只能执行一道程序，但采用多道，每次只能执行一道程序，但采用多道程序技术后，在一段时间间隔内，宏观上有多个程序在运程序技术后，在一段时间间隔内，宏观上有多个程序在运行。在用户看来，就好像有多个行。在用户看来，就好像有多个CPU在各自运行自己的程在各自运行自己的程序。这种情况就是将一个物理的序。这种情况就是将一个物理的CPU虚拟为多个逻辑上的

26、虚拟为多个逻辑上的CPU。逻辑上的。逻辑上的CPU称为虚拟处理机，类似的还有虚拟存称为虚拟处理机，类似的还有虚拟存储器和虚拟设备等。储器和虚拟设备等。 q3. 共享性共享性(Sharing) 操作系统是多道程序的管理机构。它使操作系统是多道程序的管理机构。它使多个多个用户作业共享有限的计算机系统资源用户作业共享有限的计算机系统资源。由于资源。由于资源是共享的，就必然会导致如何在多个作业之间合是共享的，就必然会导致如何在多个作业之间合理地分配和使用资源，并且如何充分发挥计算机理地分配和使用资源，并且如何充分发挥计算机系统资源的利用效率的问题。从这个意义上讲，系统资源的利用效率的问题。从这个意义上

27、讲，操作系统就是一个计算机系统的资源管理程序。操作系统就是一个计算机系统的资源管理程序。 计算机系统的所有资源都是共享的，共享分为计算机系统的所有资源都是共享的，共享分为互互斥共享斥共享和和同时共享同时共享。q4. 不确定性不确定性(Nondeterministic) 所谓操作系统的不确定性，是指在操作系统所谓操作系统的不确定性，是指在操作系统控制下控制下多道作业的执行顺序和每个作业的执行时多道作业的执行顺序和每个作业的执行时间是不确定的间是不确定的。例如，有三个作业，两次或多次。例如，有三个作业，两次或多次运行的执行序列可能不相同，每一个作业占有计运行的执行序列可能不相同，每一个作业占有计算

28、机的时间也可能不相同。算机的时间也可能不相同。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能本节简单介绍操作系统的五个主要功能：本节简单介绍操作系统的五个主要功能：1存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）2处理机管理（进程管理）处理机管理（进程管理）3设备管理设备管理4文件管理文件管理5. 用户接口用户接口处理机管理处理机管理文件管理文件管理存储管理存储管理设备管理设备管理操作系统操作系统1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理） 存储管理，实际上就是内存存储管理，实际上就是内存 管理，提高主存管理，提高主存的利用率。的利用率。 存储管理应该具备以下功能：存储

29、管理应该具备以下功能： 内存分配内存分配 内存保护内存保护 内存映射内存映射 内存扩充内存扩充1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）1 内存分配内存分配1.内存分配的任务内存分配的任务 内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，使它们各得其内存分配的主要任务是为每道程序分配内存空间，使它们各得其所，提高存储器的利用率，以减小不可用的内存空间，允许正在运行所，提高存储器的利用率，以减小不可用的内存空间，允许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应和数据动态增长的需要。的程序申请附加的内存空间，以适应和数据动态增长的需要。 1.2.4 操作系统的功能操作

30、系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）1 内存分配内存分配2.内存分配的两种方式内存分配的两种方式（1） 静态的分配方式静态的分配方式（2） 动态的分配方式动态的分配方式1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）1 内存分配内存分配3.内存分配功能的实现内存分配功能的实现为了实现内存分配，需要以下的数据结构和功能。为了实现内存分配，需要以下的数据结构和功能。1） 内存分配数据结构：该结构记录内存空间的使内存分配数据结构：该结构记录内存空间的使用情况，作为内存分配的依据。用情况，作为内存分配的依据。2）内存分配功能）内存分配功能: 系统按照一定的

31、内存分配算法为系统按照一定的内存分配算法为用户程序分配内存。用户程序分配内存。3）内存回收功能：系统对用户不再需要的内存，）内存回收功能：系统对用户不再需要的内存，通过用户的释放请求，去完成系统的回收功能。通过用户的释放请求，去完成系统的回收功能。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）二二. 内存保护内存保护1.内存保护的任务：内存保护的任务： 是确保每道用户程序都在自己的内存空间中是确保每道用户程序都在自己的内存空间中运行，互相不干扰。运行，互相不干扰。2.内存保护的实现：内存保护的实现： 设置两个界限寄存器，分别存放正在执行程设置两个界限寄存器，分

32、别存放正在执行程序的上界和下界，以便对程序进行越界检查。序的上界和下界，以便对程序进行越界检查。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）三三. 地址映射地址映射1.相对地址与物理地址：相对地址与物理地址： 一个应用程序经编译之后，通常会形成若干一个应用程序经编译之后，通常会形成若干个目标程序，这些目标程序再经过链接而形成可个目标程序，这些目标程序再经过链接而形成可装入程序。这些程序的地址都是从装入程序。这些程序的地址都是从0开始，程序中开始，程序中的其他地址都是相对起始地址计算的；由这些地的其他地址都是相对起始地址计算的；由这些地址所形成的地址范围称为址

33、所形成的地址范围称为“地址空间地址空间”，其形成，其形成的地址称为的地址称为“逻辑地址逻辑地址”或者相对地址。此外，或者相对地址。此外，由内存中的一系列单元所限定的地址范围称为由内存中的一系列单元所限定的地址范围称为“内存空间内存空间”，其中的地址称为，其中的地址称为“物理地址物理地址”。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）三三. 地址映射地址映射2.地址映射地址映射 ： 在多道程序环境下，在多道程序环境下，地址空间中的逻辑地址地址空间中的逻辑地址和内存中的物理地址是不可能一致的和内存中的物理地址是不可能一致的。因此，存。因此，存储器管理必须提供地址

34、映射功能，以将地址空间储器管理必须提供地址映射功能，以将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理中的逻辑地址转换为内存空间中与之对应的物理地址。地址映射应在硬件的支持下完成。地址。地址映射应在硬件的支持下完成。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能存储管理（内存管理）存储管理（内存管理）三三. 内存扩充内存扩充1.内存扩充内存扩充 ： 内存扩充的任务是借助于虚拟存储技内存扩充的任务是借助于虚拟存储技术，从逻辑上扩充内存容量，使得系统能够提供术，从逻辑上扩充内存容量，使得系统能够提供比物理内存大的容量。比物理内存大的容量。2. 为了从逻辑上扩充内存，系统必须具有内存扩充为了从逻辑上扩

35、充内存，系统必须具有内存扩充机制，以实现下述功能：机制，以实现下述功能： 请求调入功能请求调入功能 置换功能置换功能1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能处理机管理（进程管理）处理机管理（进程管理） 处理机管理的主要任务，是对处理机进行分处理机管理的主要任务，是对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控制和管理。配，并对其运行进行有效的控制和管理。一一. 进程控制：进程控制： 创建进程，撤销进程创建进程，撤销进程二二. 进程同步：进程同步： 1. 共享资源的进程以互斥的方式访问临界资源。共享资源的进程以互斥的方式访问临界资源。 2. 相互合作的进程之间能以正确的顺序相互推进。相互合作的进程之间

36、能以正确的顺序相互推进。三三. 进程通信进程通信四四. 进程调度进程调度 进程调度进程调度- 分配处理机分配处理机1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能设备管理功能设备管理功能 设备管理主要完成用户的设备管理主要完成用户的I/O请求，为用户分请求，为用户分配配I/O设备设备.为了完成这些任务，设备管理应该具为了完成这些任务，设备管理应该具备以下功能。备以下功能。一一. 缓冲管理缓冲管理： 管理各种缓冲区管理各种缓冲区二二. 设备分配设备分配：分配用户：分配用户I/O所需要的设备所需要的设备三三.设备处理设备处理：由设备驱动程序来实现：由设备驱动程序来实现CPU与设备控与设备控制器之间的通信。

37、制器之间的通信。四四. 设备独立性和虚拟设备设备独立性和虚拟设备。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能文件管理功能文件管理功能 文件管理实际上就是使用户对文件进行按名字存文件管理实际上就是使用户对文件进行按名字存取。取。 一一. 文件存储空间管理：分配存储空间，回收存储文件存储空间管理：分配存储空间，回收存储空间。空间。 二二. 目录管理：为每个文件建立目录项（包括文件目录管理：为每个文件建立目录项（包括文件名，文件属性，文件在磁盘上的物理位置等信息名，文件属性，文件在磁盘上的物理位置等信息），并对众多目录项进行有效组织。），并对众多目录项进行有效组织。 三三.文件读写管理。文件读写管理。

38、 四四. 文件存取控制。文件存取控制。1.2.4 操作系统的功能操作系统的功能用户接口用户接口 OS为用户提供相应的接口，通过这些接口达到为用户提供相应的接口，通过这些接口达到方便用户使用计算机的目的。方便用户使用计算机的目的。 一一. 命令接口命令接口 二二. 程序接口程序接口 三三. 图形接口图形接口1.2.5 操作系统的基本类型操作系统的基本类型q1. 1. 批处理系统批处理系统 批处理系统也称为作业流处理系统，主要用在批处理系统也称为作业流处理系统，主要用在科学计算的大中型机科学计算的大中型机上。它的特点是采用脱机技上。它的特点是采用脱机技术将众多的作业送入计算机系统，然后由批处理术将

39、众多的作业送入计算机系统，然后由批处理系统按批选择作业进行处理。在作业处理的过程系统按批选择作业进行处理。在作业处理的过程中不需要用户的控制和干预，它所追求的目标是中不需要用户的控制和干预，它所追求的目标是系统吞吐量大系统吞吐量大，作业周转时间短，资源使用效率，作业周转时间短，资源使用效率高等。批处理系统可以分为单道批处理、多道批高等。批处理系统可以分为单道批处理、多道批处理。处理。 1.2.5 操作系统的基本类型操作系统的基本类型q1. 1. 批处理系统批处理系统 1).1).单道批处理操作系统：单道批处理操作系统： 单道批处理操作系统是早期的计算机系统中配置的一种操作系统类型. a.作业依

40、照在外存中排定的顺序依次进入系统，不需要作业调度和进程调度。 b. 内存中仅有一道作业在运行 c.作业完成次序依赖于进入系统的次序，即按顺序进行。 1.2.5 操作系统的基本类型操作系统的基本类型q1. 1. 批处理系统批处理系统 1).1).多道批处理操作系统：多道批处理操作系统： 多道批处理操作系统是结合多道程序设计技术的批处理系统具有如下特征。 a.作业进入系统并执行需要经过二次调度，即作业调度和进程调度 b.内存中可同时驻留多道作业，这些作业的运行，在宏观上并行，微观上串行。 c.作业完成次序与进入系统的次序无关。2.2.分时系统分时系统1 1）分时系统的产生：）分时系统的产生：q 人

41、机交互q 共享主机q 便于用户上机主机主机终终端端多个用户分享同一台计算机计算机的CPU时间被划分为时间片，时间片轮流分配给多个用户，使每个用户的感觉如同自己独占计算机q2 2）分时系统实现中的关键问题）分时系统实现中的关键问题q及时接收及时接收：及时接收用户的命令或数据，解：及时接收用户的命令或数据，解决办法是配置多路卡。决办法是配置多路卡。q及时处理及时处理：及时处理用户命令，应该使所有：及时处理用户命令，应该使所有的用户作业都直接进入内存；在很短的时间的用户作业都直接进入内存；在很短的时间内使每个作业都运行一次。内使每个作业都运行一次。q3 3）分时系统的特点）分时系统的特点q同时性同时

42、性：若干用户同时操作，共同使用系统：若干用户同时操作，共同使用系统同一资源同一资源q独立性独立性：用户在各自的终端上工作互不干扰：用户在各自的终端上工作互不干扰q及时性及时性：用户的请求能得到及时响应：用户的请求能得到及时响应q交互性交互性：系统以对话方式为各个终端用户服：系统以对话方式为各个终端用户服务务q3. 3. 实时系统实时系统 实时系统一般总是以专用系统的身份出现，实时系统一般总是以专用系统的身份出现，可分为实时控制系统和实时信息处理系统两种可分为实时控制系统和实时信息处理系统两种类型。类型。 a. a.实时控制系统实时控制系统如：火炮的自动控制系统、飞机的自动驾驶系统如：火炮的自动

43、控制系统、飞机的自动驾驶系统，以及导弹的制导系统等，以及导弹的制导系统等 b.b.实时信息处理系统实时信息处理系统 如：如：飞机订票系统及情报检索系统等：飞机订票系统及情报检索系统等 q4. 4. 网络操作系统网络操作系统 简单地说，网络操作系统就是在计算机网络环境简单地说，网络操作系统就是在计算机网络环境下具有网络功能的操作系统。下具有网络功能的操作系统。q5. 5. 分布式操作系统分布式操作系统 分布式计算机系统分布式计算机系统( (简称分布式系统简称分布式系统) )是由多台计是由多台计算机组成的系统。算机组成的系统。 无序模块式：无序模块式： 早期的OS大多采用无序模块结构，结构复杂。无

44、序模块结构的操作系统,模块之间可以直接相互调用,其内部的运行是并行的. 1.3操作系统的结构q分层次结构分层次结构 这种结构法将操作系统的模块分成多个层次，各层次之间是单向依赖关系。单向依赖关系是只允许上层模块调用下层模块，不能反向调用。操作系统分层结构图 q客户客户/服务器模型服务器模型 采用客户服务器模型构造的操作系统的基本思想是把操作系统划分为若干进程，其中每个进程实现单独的一套服务 功能 。例如文件服务、进程服务、处理机调度服务及存储服务等。每一个服务对应一个服务器，每个服务器都运行在用户态，并执行一个循环，在执行循环过程中不断检查是否有客户请求该服务器提供的某种服务。客户/服务器操作系统q客户客户/服务器模型服务器模型在这种模型中，内核只执行很少的任务，称为微核或微内核。采用客户 服务器模型的好处有如下几点。1）简化操作系统核心。可以把很多功能作为独立的服务器进程移出