计算机操作系统汤子瀛（慕课版）

1、计算机操作系统汤瀛（慕课版）第1章 操作系统引论操作系统是配置在计算机硬件上的第层软件，是对硬件系统的次扩充，主要于管理硬件设备，提他们的利率和系统吞吐量为户和应程序提供简单的接，以便户和应程序使硬件设备OS是计算机系统中最基础，最重要的系统软件操作系统的标便性，如果计算机只有硬件系统，操作员只能通过机器指令进编程，具体按钮进操作，分繁杂，有了操作系统就可以屏蔽部分机 器指令，户可以通过级语编码，经编译程序翻译为机器语，执指令或者直接使OS提供的各种命令来操作计算机有效性，提系统资源的利率，提系统的吞吐量，有效管理与控制软硬件资源可扩充性，适应计算机硬件，体系结构以及应发展的要求；OS从早期的

2、结构发展为模块化结构，到分层式结构，再到近年来的微内核结构/外核；结构可便添加新的功能和模块，以及对原有功能模块进修改，具有良好的可扩充性，扩充软硬件不会对OS产很影响开放性，为解决计算机软硬件兼容问题；系统遵循国际标准，特别是遵循开放系统互连参考模型（open system interconnect, OSI） 其中便性和有效性是OS最重要的两个标操作系统的作对计算机系统进统管理与调度，提供各种强有的服务，机交互，资源管理，资源抽象等1.OS作为户与计算机硬件系统之间的接；向上提供服务，向下管理资源；2.OS作为计算机系统资源的管理者计算机中含有多种软件资源和硬件资源，这些资源致分为4类：处

3、理机，存储器，I/O设备，件资源/信息（程序和数据）操作系统的对应功能就是针对这四类资源的有效管理，处理机管理负责处理机的分配与控制；存储器管理负责内存的分配与控制；I/O设备 管理负责I/O设备的分配（回收）与操纵；件管理负责件的存取，共享与保护等。3.OS实现了对计算机资源的抽象在裸机上铺设的I/O软件，隐藏了I/O设备的具体细节，向上提供了组抽象的I/O设备OS的作补充完成程序的执；完成与硬件相关的作；完成与应关的作；计算机的效率与安全问题（OS的安全问题） 课后实践OS原理与实际运OS的关系操作系统发展的主要动1.不断提供的计算机系统资源的利率2.便户3.器件不断更新换代4.计算机体系

4、结构不断发展5.不断提出新的应要求操作系统的发展过程操作简单批处理多道批处理分时系统实时系统微机，多处理机，络，分布式OS未配置操作系统的计算机操作式特点：户独占全机，CPU等待操作缺点：操作的式严重降低了计算机资源的利率（问题主要表现在，操作式下纸带的装填速度，明显慢于CPU的运速度），所谓机盾；CPU与I/O设备之间速度不匹配的盾更加突出；解决式：通道技术，缓存技术，但并未很好地解决上述盾，直引脱机I/O技术脱机I/O式优点：减少CPU的空闲时间数据是在外围机控制下输到速磁带当中，脱机控制，并不占主机时间提了I/O速度当CPU需要数据时，数据直接从速磁带输内存，极提了I/O速度，进步减少了

5、CPU空闲时间为解决CPU与I/O设备之间速度不匹配的问题由于程序和数据的输和输出都是在外围机的控制下完成的，或者说，他们都是在脱离主机的情况下进的，故称其为脱机控制式（将要输的的户程序和数据通过外围机输到磁带当中保存，当CPU需要这些程序和数据时再通过磁带调内存；当需要输出 时，CPU将数据从内存速地送到磁带上，然后在另台外围机的控制下将数据通过相应的输出设备输出）单道批处理系统特性与研发的动性：作业挨个处理，预单道性：内存中仅有道程序，顺序性（先进先出）单道批处理系统研发的：为了能充分提计算机的利率，应尽量保持系统连续运，即使其在处理完个作业后，紧接着处理下个作业，减少系统空闲时间单道批处

6、理系统的处理过程作业以脱机式输到磁带上，并在系统中配上监督程序。在监督程序的控制下，这批作业能个接个地被连续处理；处理过程：监督程序将磁带上的第个作业装内存，并把运控制权交给该作业；当作业处理完成时，把运控制权交还给监督程序， 直到这批作业处理完毕；单通道批处理系统的流程图单道批处理系统的缺点系统中的资源得不到充分利内存中仅有道程序，每逢该程序在运中发出I/O请求后，CPU便会处于等待状态，并且必须在该程序 I/O完成后才能继续运计算机内存资源被浪费，多种I/O设备也未被很好利多道批处理系统多道程序设计的基本概念多道宏观并，微观串，内存同时驻留多道程序容许并发执序性受资源影响，进出顺序不致成批

7、处理设计的：为进步提资源利率和系统吞吐量执流程：户所提交作业放于外存，并形成个“后备队列”作业调度程序按定的算法从后备队列中选择若个作业调内存，使他们共享CPU和系统中的各种资源；由于内存中装有若道程序，在运程序A时，利因其I/O操作暂停执时的CPU空挡时间，再调度另道程序B执多道批处理系统的优缺点资源利率系统吞吐量平均周转时间长交互能多道批处理系统需解决的问题争处理机问题内存分配与保护问题I/O设备分配问题件的组织与管理问题作业管理问题户与系统的接问题 OS是组能有效地组织和管理计算机软硬件资源，合理地对各类作业进调度，以及便户使的程序集合分时系统分时系统的引为满机交互的需求特点：机交互，共

8、享主机分时系统：在台主机上连接多个配有显器和键盘的终端所形成的系统分时系统实现过程的关键及时接收多路卡，实现多路复；配置缓冲区及时处理作业直接进内存，只进次调度，作业直给CPU；引时间，轮转运式（2s响应 2ms处理）分时系统的特征多路性，多终端同连台主机，按分时原则为每个户服务 独性，feeling 独占主机及时性，户的请求能在很短的时间内得到相应(通常为1-3s) 交互性，户通过终端与系统进泛的机对话实时系统实时系统系统能及时响应外部事件的请求，在规定事件内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调致地运实时系统的类型业控制系统信息查询系统多媒体系统嵌式系统实时性任务的类型周期性实时任务和

9、周期性实时任务硬实时任务和软实时任务（对截时间的要求）实时系统与分时系统特征的较实时控制系统周期性对多路现场进信息采集，并对多个对象或多个执机构进控制 多路性装置与设备，对多个执机构进控制独性独控制某装置，设备及时性画流畅，声连贯交互性可靠性微机操作系统单户单任务OS（早期的8，16位OS，户上机，仅于单个任务） 单户多任务OS多户多任务OS提算的两种式：量，性能嵌式操作系统嵌式系统专计算机系统嵌式OS基于嵌式系统的OS嵌式OS的特点系统内核般于型电装置，系统资源相对有限，因此其内核较传统OS要的多系统精简既可以控制系统成本也有利于系统安全 实时性嵌式系统的基本要求具有可配置性络操作系统什么是

10、络操作系统于计算机络环境下对络资源进管理和控制，实现数据通信及对络资源的共享，为户提供络资源接的组软件和规程的集 合。络操作系统建在络中的计算机各不同的单处理OS上，为户提供使络资源的桥梁 常见的局域上的OS有UNIX，linux等络操作系统的特征硬件独性，接致性，资源透明性，系统可靠性，执并性络OS的功能络OS涵盖了单处理机OS的全部功能，还具有持数据通信，应互操作，络管理等功能为实现络中计算机之间的数据通信，络操作系统具有如下基本功能:连接的建与拆除；报的分解与组装；传输控制；流量控制；差错的检测与纠正；分布式操作系统分布式系统分布式系统（distributed system），基于软件实

11、现的多处理机系统，是多个处理机通过通信线路互联构成的松散耦合系统，系统的处理和控制功能分散在各个处理机上；分布式操作系统是利软件系统式构建在计算机络上的种多处理机系统；分布式OS的特点分布性透明性同性全局性分布式OS的功能涵盖单机处理机OS的主要功能通信管理功能资源管理功能进程管理功能操作系统的基本特性并发与并系统中的程序可以并发执，从有效提了系统的资源利率，提了系统的吞吐量并：两个或多个事件在同时刻发并发：两个或多个事物在同间隔时间内发缺点:使系统复杂化，共享CPU，内存，I/O设备，发资源争夺共享互斥共享，在段时间内只允许个进程访问，如打印机，磁带机，栈，变量，表格等；协调不好可能会产死锁

12、；在段时间内只允许 个进程访问的资源称为临界资源（或独占资源）同时共享在段时间内，允许多个进程对其进访问（宏观同时，微观交替进）如，磁盘设备（不会导致死锁），可重代码编写的档虚拟时分复技术在为某户服务的空闲时间，转去为另户服务虚拟机处理机技术，利多道程序设计技术，为每道程序建少个进程，使多道程序并发执；我们把户所感受到的处理机称为虚拟 处理机虚拟设备技术，将物理上的I/O设备，虚拟为多台逻辑上的I/O设备，并允许每个户占台逻辑上的I/O设备空分复技术利存储器的空闲时间（如某道程序阻塞时被换出到外存空出来的内存空间）来存放其他程序以提内存的利率 虚拟存储技术本质：实现内存的分时复（次只抽取程序的

13、部分在内存当中运），逻辑上扩充内存含量磁盘：磁道与扇区；引导程序存放在0磁0扇区，引导程序定位到OS内核（精简版的OS），并将其加载到内存中异步由于资源等因素的限制，进程通常不是下执完毕（呵成），是以停停的式；操作系统的运环境硬件持操作系统内核常驻内存，与硬件紧密相关ctrl C 操作员控制中断内核功能： 1.撑功能中断处理时钟管理原语操作，原语，由若条指令组成的，于完成定功能的过程；与般过程的区别在于，他是原操作，操作过程中的动作 次性完成，不可分割，即原性2.资源管理功能进程管理存储器管理设备管理处理机的双重作模式双重模式提供了保护段，以防OS和户程序受到错误户程序的影响，如，将可能引起损害的机器指令当成特权指令，硬件只有在内核状态下才允许执特权指令；其他指令为特权指令处理机的双重作模式视图内核态（0）也称系统态，管态户态（1）也称态特权指令在内核态下运的指令，它对内存空间的访问范围基本不受限制。