第1节 操作系统概论

1、第1单元 操作系统概论第一节 操作系统的历史l 什么是操作系统？操作系统做什么？没有操作系统行吗？l 操作系统是计算机一诞生就有的吗？l 微机的历史l 总结l 举例定义 操作系统是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调并发活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。 操作系统是硬件上的第一层软件，是对硬件的首次扩充 操作系统做硬件相关、应用无关的工作多种操作系统 巨型机操作系统 大型机操作系统 Pc机操作系统有什么不同呢？原理相同，复杂度不一样，考虑问题的角度不一样通用操作系统通用操作系统嵌入式操作系统嵌入式操作系统操作系统做什

2、么？操作系统做什么？帮助用户用计算机帮助用户用计算机操作系统做什么？操作系统做什么？ #include int main(int argc, char *argv) puts(hello world); return 0; 工作过程装入阶段装入阶段输入可执行文件名输入可执行文件名或双击图标，将程或双击图标，将程序装入内存序装入内存编辑阶段编辑阶段编写编写源程源程序序编译阶段编译阶段产生产生目标目标程序程序链接阶段链接阶段产生产生可执可执行程序行程序运行阶段运行阶段创建进程执行创建进程执行程序程序编译器做OS做做 用户告诉操作系统执行用户告诉操作系统执行hellohello程序程序 文件系统找到

3、第一个磁盘块文件系统找到第一个磁盘块 创建一个新的进程，执行创建一个新的进程，执行hellohello程序程序 程序的第一条指令执行，失败，缺页中断发生程序的第一条指令执行，失败，缺页中断发生 操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行 更多的缺页中断，读入更多的页面更多的缺页中断，读入更多的页面执行 程序执行系统调用，将字符串送到输出设备程序执行系统调用，将字符串送到输出设备 你在屏幕上看到你在屏幕上看到hello worldhello world进程管理进程管理主存管理主存管理设备管理设备管理文件系统文件系统如果没有操作系统. 将磁

4、盘上的程序放到内存 启动程序（手工） 从键盘接收输入、送到显示器编译器编译器 #include int main(int argc, char *argv) puts(hello world); return 0; 第1次课内容 什么是操作系统？操作系统做什么？没有操作系统行吗？ 操作系统是计算机一诞生就有的吗？冯.诺依曼思想(1945年提出) 计算机硬件系统由运算器、控计算机硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输制器、存储器、输入设备和输出设备五大基本部件构成。出设备五大基本部件构成。 程序和数据采用二进制形式程序和数据采用二进制形式 将程序事先放在存储器中，计将程序事先放在存储器中

5、，计算机工作时可以自动高效地从算机工作时可以自动高效地从存储器中取出指令并执行指令存储器中取出指令并执行指令以运算器为中心以存储器为中心宾夕法尼亚大学的电气工程师约翰莫奇利和普雷特斯波艾克第一台计算机的制作人第1台计算机ENIAC（1946年）Electronic Numerical Integrator And Calculator17晶体管时代，CPU速度提高时，出现了人人 机矛盾机矛盾机器速度计算时间人工时间人工与机器时间比例1万次/秒1小时3分钟1：2060万次/秒1分钟3分钟3：1操作系统形成与发展过程操作系统形成与发展过程 操作系统发展的初期阶段操作系统发展的初期阶段 手工操作 阶

6、段 联机 批处理 脱机 批处理 执行 系统PC操作系统 网络操作系统后PC操作系统 实时系统 多道程序系统多道程序系统 多道批 分时 处理系统 系统操作系统的进一步发展操作系统的进一步发展操作系统的形成操作系统的形成22多道运行的特征多道运行的特征多道多道宏观上并行宏观上并行微微观上串行观上串行什么是多道？什么是多道？ 在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这在计算机主存中同时存放几道相互独立的程序。这些程序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道些程序在管理程序控制之下，相互穿插地运行。当某道程序因某种原因不能继续运行下去时程序因某种原因不能继续运行下去时( (如等待外部设备传如等待外

7、部设备传输数据输数据) )，管理程序便将另一道程序投入运行，管理程序便将另一道程序投入运行。单道程序工作示例用户程序监督程序 I/O操作计算请求输入 启动I/O I/O完成继续计算 结束中断并并行行多道批处理脱机批处理图示 主 机 输出带 输入带 输入带打印机 卫星机 输出带输入机l单道批处理l多道批处理 所谓分时技术，是把处理机时间划分成很短的时间片(如几百毫秒) 轮流地分配给各个联机作业使用，如果某个作业在分配的时间片用完之前计算还未完成，该作业就暂时中断，等待下一轮继续计算。此时处理器让给另一个用户程序使用分时处理后，就可以这样使用计算机分时处理后，就可以这样使用计算机主机终端 1终端

8、2终端 n分时多道是分时的基础，有了多道是分时的基础，有了分时技术，用户可以交互分时技术，用户可以交互的使用计算机，当然仍然的使用计算机，当然仍然可以批处理。可以批处理。多用户、多任务多用户、多任务第一个分时操作系统CTSS Compatible Time-Sharing System 1962年第一个分时系统CTSS,运行在IBM 7094机上,支持32个交互式用户同时工作 计算机能够为许多用户提供交互式快速服务同时在CPU空闲时还能在后台运行大作业锻炼了很多人的分时系统MULTICSMULTICS 1965年在ARPA的支持下MIT、贝尔实验室和通用电气公司决定开发一种“公用计算服务系统”

9、， 希望能够同时支持整个波士顿所有的分时用户。该系统称作MULTICS (MULTiplexed Information and Computing Service ) MULTICS设计目标是： 大量远程终端通过电话线接入计算机主机 大容量的用户信息共享； 层次化存储信息第一个操作系统（1971） Unix 起源于MULTICSKen Thompson Dennis Ritchie 1983年图灵奖得主年图灵奖得主 UNIX是用C语言编写 多用户、多任务、分时操作系统1999 年被授予的美国国家技术勋章年被授予的美国国家技术勋章实时处理以快速反应为特征，对实时信号能在截止期限之内处理并作出反

10、应。实时处理具有实时性和可预测性。 什么是实时计算机对于外来信息能够在被控对象允许的截止期限 (deadline)内作出反应。 实时处理批量操作系统 分时操作系统实时操作系统 个人计算机操作系统网络操作系统 (计算机网络，松耦合)多处理机操作系统 (多处理机系统，紧耦合)集群操作系统 (分布存储的多计算机系统 )并行分布式系统 (分布存储的多计算机系统)分布式系统 (具有单一用户界面，支持分布式数据处理 ) 分布式实时系统 (支持分布式实时数据处理 )第一个微机操作系统 CP/M 操作系统lControl Program/MonitorControl Program/Monitorl19731

11、973年年Gary KildallGary Kildalll到了到了19811981年，年，CP/MCP/M操作系统成为世界上操作系统成为世界上流行最广的流行最广的8 8位操作系统之一位操作系统之一l向向1616位转型的时候被微软取代位转型的时候被微软取代市场占有率最高的OS 曾经：DOS 单用户单任务操作系统 现在：windows 单用户多任务操作系统不要钱的操作系统 Linux（1991-） 林纳斯本纳第克特托瓦兹(Linus Benedict Torvalds, 1969- )监控（督）程序（系统）（监控（督）程序（系统）（Monitor)Monitor)执行系统（程序）执行系统（程序）

12、(Executive System(program)(Executive System(program)控制系统（程序）控制系统（程序）(Control System program)(Control System program)管理程序管理程序(Supervisor, Supervisory System)(Supervisor, Supervisory System)核心程序核心程序(Kernel)(Kernel)操作系统操作系统(Operating System)(Operating System)操作系统名称的变化特点 并发性 共享 不确定 虚拟并发：多个任务在一个时间段同时做并发：多个任务在一个时间段同时做并行：多个任务在一个时间点上同时做并行：多个任务在一个时间点上同时做并发必需要共享并发必需要共享可以处理随机发生的多个事件可以处理随机发生的多个事件装了操作系统以后的机器会提供比裸机更强的功能装了操作系统以后的机器会提供比裸机更强的功能 用户角度（外部）提供与计算机之间的接口（媒介） 设计者角度（内部）资源管理者操作系统作用举例（ ）不是多道程序系统 A.单用户单任务 B.多道批处理系统 C.单用户多任务 D.多用户分时系统多