全书课件：计算机操作系统 刘循

计算机操作系统

第1章

导

论

操作系统是计算机系统中非常重要的部分。不同的计算机环境和不同的应用环境，需要不同的操作系统。操作系统的职责是管理计算机系统的硬件资源、软件资源，控制计算机的整个工作流程。

计算机系统结构和硬件技术的发展推动了操作系统的发展，因此而出现了多种形式、能够满足多种应用、资源利用效率不断提高的操作系统；操作系统技术的不断发展又使得计算机的处理器、存储器等硬件资源的利用率得到了很大提高，能够不断满足用户方便、高效、快捷应用计算机的需求。本章讲述的主要内容操作系统与计算机

操作系统的功能和特征

操作系统的发展IBM计算机与操作系统1.1操作系统与计算机1.1.1计算机的组织结构计算机的组织结构决定了计算机中信息传送速度和计算机的性能。计算机的组织结构由处理器、内存储器、输入部件和输出部件组成。计算机的基本组织结构如图1.1所示。图1.1计算机的基本组织结构

CPU内存储器磁盘控制器输入控制器输出控制器磁盘磁盘51.1操作系统与计算机1.1.1计算机的组织结构处理器是计算机的核心，由控制器、运算器及高速存储器组成。控制器从计算机的内存储器中取出指令并进行分析，运算器实现指令所需要的操作，高速存储器由若干寄存器组成，存储一些暂时的结果和控制信息。内存储器存储处理器运行的程序和数据，处理器直接读写内存储器。输入部件和输出部件实现计算机的信息输入与输出。磁盘作为计算机的外存，能够长期保存大量的信息，是重要的输入与输出部件。1.1.2操作系统与计算机计算机系统由硬件和软件两大部分组成。硬件是软件运行的平台，软件是硬件功能的体现和扩充，计算机硬件和软件相辅相承、互为促进、缺一不可。软件包括应用软件和系统软件。应用软件用于解决各种具体的应用问题，如财务软件用于财务管理，办公软件用于处理办公事务，网络软件用于网络应用。系统软件为各种应用提供使用计算机环境和服务支持。1.1.2操作系统与计算机（续）操作系统、计算机硬件、应用程序、用户之间的关系如图1.2所示。应用程序计算机硬件

操作系统系统功能调用终端用户及本地用户程序员图1.2操作系统与计算机硬件之间的关系1.1.2操作系统与计算机（续）

计算机的价值通过计算机应用体现。程序员、应用程序和终端用户及本地用户应用通过操作系统应用计算机，操作系统为他们提供运行平台。操作系统的作用如下：直接位于计算机硬件之上，为计算机的应用提供接口提供通用的计算机服务，与专用的应用领域无关实现资源管理策略，为不同的应用提供共享资源

操作系统作为计算机资源的管理者，能够协调和指挥计算机的各个组件按照一定的计划协同工作，有序地控制计算机中的处理器、存储器和输入/输出设备的分配，在相互竞争的用户和程序之间协调冲突，保证计算机系统正常有效地运行。1.1.3操作系统的概念和使用操作系统的目的

没有操作系统的计算机，需要直接对计算机硬件进行操作。只有对计算机指令、操作、时序、地址和各类寄存器非常熟悉和精通的计算机专家，才能操作和使用这类计算机。

由于操作系统隐藏了对计算机硬件操作的复杂性，因此，有操作系统的计算机，用户通过操作系统使用计算机，用户不必知道更多的计算机硬件知识便能够方便地操作和使用计算机。1．操作系统的概念

操作系统是计算机系统中一组控制和管理计算机硬件资源和软件资源，合理地对各类作业进行调度，以方便用户使用的程序的集合。1.1.3操作系统的概念和使用操作系统的目的(续）2．使用操作系统的目的有效的管理计算机资源

操作系统采取有效管理机制，使计算机系统中的所有硬件和软件资源能够得到充分利用。方便用户使用计算机资源

操作系统为用户提供友好的界面。扩大计算机功能

操作系统对计算机硬件进行管理和隔离，以虚拟机的形式扩大了计算机的功能，让更多的用户可以分享计算机提供的功能。构筑开放环境

操作系统的设计和构造遵循国际标准有：开放的通信标准、开放的用户接口标准、开放的线程库标准、开放的用户应用标准等。1.2操作系统的功能和特征

只有在明确并理解操作系统功能和特征的基础上，才能完成操作系统结构设计，才能实现并合理应用操作系统，也才能提高计算机系统性能。随着计算机技术的不断发展和计算机应用的日益广泛，操作系统的功能不断增强，操作系统的特征不断完善。1.2.1操作系统的功能

操作系统的功能不仅体现在对系统资源进行管理上，而且体现在其为用户提供的应用上。操作系统的功能有处理器管理、存储器管理、输入/输出设备管理、文件系统和用户接口。121.2操作系统的功能和特征

1．处理器管理

处理器（CPU）是计算机的核心部件，是对计算机性能影响最大的系统资源。处理器管理的主要任务如下：进程和线程的描述与控制处理器调度进程或线程的同步与互斥死锁的检测和预防进程之间及线程之间的通信1.2.1操作系统的功能（续）2．存储器管理

存储器管理是指对计算机内存的管理。存储器管理的主要任务如下：内存规划、分配及地址映射内存保护内存扩充

1.2.1操作系统的功能（续）3．输入/输出设备管理

输入/输出设备管理是指管理与计算机相连的各类外围设备，提高设备的使用率和设备与处理器并行工作的能力，方便用户使用。设备管理的主要任务如下：输入/输出设备控制缓冲管理设备独立性设备分配虚拟设备磁盘存储器管理

1.2.1操作系统的功能（续）4．文件系统

在操作系统中，存放在磁盘等外存上的信息总是以文件的形式存在。文件系统管理指对文件进行组织和访问控制，实现文件的按名存取，为用户提供方便的文件存取访问和可靠的文件共享，实现文件保护。文件系统的主要任务如下：对文件结构进行组织和目录管理提供文件的存取访问实现文件的存储空间管理实现文件的共享和保护

1.2.1操作系统的功能（续）5．用户接口

为了方便用户使用计算机，操作系统为用户提供了程序接口、命令接口和图形接口。

程序接口

在用户编程应用上，操作系统为程序员提供系统资源调用函数，达到程序员在程序中方便使用系统资源的目的。

命令接口

对系统的管理和应用，操作系统提供一套系统命令供系统管理员和用户使用。相对于图形接口，命令接口需要用户熟悉命令结构和命令形式。图形接口

对系统的管理和应用，操作系统以图形窗口方式提供给系统管理员和用户使用。图形接口操作简单、直观。1.2.1操作系统的功能（续）I/O设备处理器内存储器文件管理进程和资源管理存储器管理设备管理用户接口图1.3操作系统的功能1.2.2操作系统的特征

操作系统是计算机资源的组织者和管理者，在经历了近半个世纪的发展历程后，操作系统的特征逐渐形成，并主要体现在并发性、共享性、虚拟性和异步性上。191.2.2操作系统的特征

1．并发性

并发性是指两个或两个以上的事件在同一时间段内发生。并发性体现了操作系统同时处理多个活动事件的能力。对只有一个处理器的系统，在一个时间段内，可以同时运行多个进程，实现多进程并发。这些并发的进程体现为：宏观上同时执行，微观上任何时刻只有一个在执行。并发性是操作系统最重要的特征，它能够减少计算机中各部件由于相互等待而造成的计算机资源浪费，改善资源利用率，提高系统的吞吐量。并发性的实现比较复杂，需要解决进程之间的运行切换、进程内容保护、相互依赖进程之间的同步关系、进程资源分配的协调等问题。多任务系统是在一段时间内能够同时执行多个任务的计算机系统。多任务系统中的多个任务并发执行。1.2.2操作系统的特征（续）2．共享性

共享性是指计算机系统中的资源能够被并发执行的多个进程共同使用。操作系统对这些资源进行合理的调配和管理，使得并发执行的多个进程能够合理地共享这些资源，达到节约资源，提高系统效率的目的。

资源共享有两种实现方式：互斥共享和同时共享。

互斥共享资源是指一段时间内只允许一个进程访问，多个进程需要互相排斥使用的资源。在系统中允许互斥访问的资源有硬件资源和软件资源，如打印机、磁带机、缓冲区、数据和表格等。

同时共享是指同一时间段内允许多个进程同时访问的资源，如可重入代码、磁盘等资源。1.2.2操作系统的特征（续）3．虚拟性

虚拟性是指操作系统通过某种技术将一个实际存在的实体变成多个逻辑上的对应体。这样的多个逻辑对应体可以为多个并发进程访问，提高了实际存在的实体的利用率。

虚拟性是操作系统管理资源的一种重要手段，其目的是为用户提供方便高效的资源利用。在计算机系统中，处理器、存储器、打印机等外围设备以及窗口、用户终端等都可以通过虚拟技术提供给并发的进程使用。

在操作系统中，与虚拟性相关的技术问题有：处理器管理、虚拟存储器管理、spooling（simultaneousperipheraloperationonline）技术等。1.2.2操作系统的特征（续）4．异步性

异步性也称为随机性，是指多道程序环境中多个进程的执行、推进和完成时间都是随机的、交替的、不可预测的。多个并发的进程由于受到资源限制而不可能一贯到底，而是“走走停停”。这种异步方式的进程执行，导致的后果可能是进程执行的最终结果不可重现。

异步性会带来进程执行结果的不可重现性，使操作系统存在潜在的危机。操作系统设计和实现必须考虑异步性问题，采取一定的措施，如：信号量机制，保证进程的多次执行结果一致，不会出现不可重现性。1.3操作系统的发展

随着计算机硬件技术和软件技术的发展，为了充分提高计算机资源的利用率，为了给用户提供更快、更多、更好的服务，操作系统本身也在不断地向前发展。操作系统从无到有，从单道批处理系统、多道程序系统、分时系统、实时系统到今天的网络和分布式操作系统；从个人计算机系统到大型主机系统，从嵌入式系统到商务系统。在这几十年中，操作系统的发展极为迅猛。241.3操作系统的发展

1.3.1早期的系统早期的系统是1940-1959年间的系统。早期计算机的所有程序都以绝对机器语言进行编写，没有程序语言，也没有汇编语言，更没有操作系统。计算机上所有运行程序的设计、构造、编程、操作和维护都由人工直接承担，计算机能做的所有工作就是完成数字计算。如：各种数学运算、函数运算等。根据管理员的时间安排，用户到计算机机房中将自己准备好的线路板插入计算机，然后就是等待好几个小时得到计算机的计算结果。低效率的计算机，制约了用户应用需要。1.3.1早期的系统（续）

20世纪50年代中期，计算机硬件技术的发展，用晶体管取代了真空管，程序卡取代了线路板，计算机的制造能力和应用能力的逐步提高，使在计算机上运行程序的设计、构造、编程、操作、维护工作逐渐分离。计算机的管理和维护由系统管理员完成。程序员用汇编语言或Fortran语言先将程序手工编译后穿孔到计算机的输入纸带上，将穿孔好的程序纸带交给输入机房中的操作员。由操作员将输入纸带放到计算机中运行。当程序运行结果出来后，程序员将打印好的结果取走。计算机的大量时间耗费在等待操作员完成输入、输出过程，计算机的效率非常低。1.3.1早期的系统（续）没有操作系统的计算机系统被称为第一代计算机系统，其主要问题如下：

用户独占资源

一个用户的计算独占计算机全部资源。计算机效率低下，计算机的资源利用率低。

人工干预

程序的输入、输出和大量的操作、维护工作都是手工完成，既浪费时间，又容易发生差错。

占用处理器时间长

程序和数据的输入、执行和输出都需要处理器的直接参与，即在联机情况下完成。计算机的处理器需要等待程序和数据的输入/输出过程，处理器被每个用户程序从输入到输出的全部时间占满，一个程序完成后，才能接受另一个程序。1.3.1早期的系统（续）没有操作系统的计算机运行效率极其低下，用户应用非常不便。为了节约处理器等待输入/输出的时间，出现了脱机输入/输出技术。脱机输入/输出技术是指用外围控制机负责管理输入/输出过程，在该过程中计算机的处理器不再参与。输入/输出在脱离计算机处理器下进行，减少了处理器的等待时间，使得处理器和输入/输出操作可以并行进行，计算机的效率得到提高。1.3.2批处理系统

作业（job）是将命令、程序和数据按照预先确定的次序结合在一起，并提交给系统的一个组织单位。20世纪60年代，计算机硬件的发展，实现了计算机磁介质输入取代纸带输入，使得存储空间增大和存储速度加快，磁带上能够接纳更多的作业；实现了晶体管等逻辑部件取代真空管，处理器的运算速度显著提高，能够处理更多的作业，系统的吞吐量加大。因此，为了减少用户作业的等待时间，提高计算机的利用率，采用了将一批作业进行组织并一起提交给系统的方式。具有批处理作业组织和处理能力的计算机系统称为批处理系统。作业是批处理系统的基本单位。在批处理系统中，作业以队列形式进行组织并提交给系统，系统根据队列中作业的顺序自动完成作业的装入、汇编、执行。在作业提交给系统后，用户不能与作业进行交互。1.3.2批处理系统（续）

早期“批处理系统”的实现采用了脱机输入/输出方式。在输入机房中将需要处理的一批作业收集满后，系统用一个较便宜的设备将这些作业读入到磁带上，再将磁带作为计算机的输入。计算机的处理结果也直接存到磁带上。系统用输出设备将磁带中将每个作业的的处理结果打印出来。

早期应用最多的批处理系统如图1.4所示。该系统以IBM大型计算机IBM7094作为完成主要处理工作的主计算机。IBM小型计算机IBM1401作为输入/输出计算机。输入/输出在IBM1401控制机的作用下进行，输入/输出和主机的处理分离，实现了脱机输入/输出。这样，输入/输出和主机的CPU处理并行进行，系统的性能得到了提高。图1.4早期的批处理系统打印机磁带驱动卡读入磁带输入输出磁带IBM1410IBM1410IBM70941.3.2批处理系统（续）

主机中的批处理控制程序控制作业的执行。每当一个作业完成后，批处理控制程序从磁带上再调入另一个作业。所有在磁带上的作业都在该批处理控制程序的监督控制下完成。

具有批处理系统的计算机被称为第二代计算机。第二代计算机采用的语言为Fortran，大量应用在科学计算和工程计算领域，解决各种方程和不等式运算问题。这时期的批处理系统也称为Fortran监控系统（FortranMonitorSystem，FMS），这就是最早的操作系统。这批操作系统中最有名的就是IBM7094操作系统。1.3.2批处理系统（续）虽然批处理系统的采用提高了计算机的利用率，但是，批处理系统存在的主要问题如下：

用户等待时间长

系统将用户提交的作业成批收集后放在外存的后备作业队列，再由批处理系统进行作业调度，将被调度的作业调入内存。从用户提交到得到作业结果，用户的等待时间较长，有时一个简单的作业会有几个小时的等待时间。

用户与作业之间不能交互

用户提交作业后直到得到作业完成结果，这期间不能和作业直接交互。如果用户发现作业程序存在错误，则不能及时修正，为作业程序的调试和修改带来不便。

资源利用率低

作业进入后备队列后由作业调度将作业调入到计算机的内存，在内存与外存磁盘之间形成了一个自动转接的作业流处理。处理器需要等待作业从磁盘调入到内存，处理器资源没有得到充分利用。1.3.2批处理系统（续）

在批处理系统的基础上，操作系统逐步得到发展和完善，成为高效管理计算机的系统软件。今天，批处理功能仍然存在于大多数的操作系统中。在UNIX操作系统中，作业的批处理通过命令脚本（shellscript）进行，在脚本中有描述作业执行顺序的说明语句，批处理系统根据命令脚本进行作业调度和处理。同样，Windows操作系统也支持作业的批处理功能，用文件autoexec.bat组织并管理批处理作业。除了自动完成作业调度外，有些操作系统还支持用户指定批处理作业的调度时间。1.3.3多道程序系统

在一段时间内，内存中能够接纳多道程序的系统称为多道程序系统。

从操作系统接收用户提交作业的时间开始，到用户作业完成为止，这样的一段时间为作业的周转时间。

对于批处理系统，作业的响应时间也为作业的周转时间。批处理作业需要经历作业调度、等待处理器运行、处理器运行、等待系统资源等过程。在这样的过程中，一个作业真正需要处理器处理的时间相对很短。

在单道程序系统中，只有一道用户作业需要处理器处理，除少量的时间用于处理作业外，处理器其他时间都在等待作业，处理器大量的时间被闲置，系统的效率低。

随着计算机硬件技术的发展，特别是中断和通道的实现、内存的扩大、脱机输入/输出的采用，处理器处理与输入/输出过程可以并行工作，使多道程序系统的实现成为可能。1.3.3多道程序系统（续）

在多道程序系统中，当处理器正在处理一道程序时，其他的程序可以进行输入/输出操作。这样，处理器的处理和输入/输出操作可以并行进行。在一段时间内，计算机的内存可以接纳多道程序。图1.5所示为三道作业在内存的情况。图1.5具有三道作业的多道程序环境作业1作业0操作系统作业2内存分区分配1.3.3多道程序系统（续）单道程序环境下处理器的利用率很低，当程序进行输入/输出操作时，处理器空闲如图1.6所示。CPU空闲图1.6单道程序环境下CPU利用率低程序AI/O操作I/O操作

0t1t2t3时间t执行执行1.3.3多道程序系统（续）

多道程序环境下，处理器的利用率得到了提高。图1.7所示为三道程序A、B、C环境下处理器的利用情况。图1.7多道程序环境下CPU利用率

0t1t2t3时间t执行执行I/O操作I/O操作作业A作业C作业BI/O操作I/O操作执行执行I/O操作I/O操作执行执行CPU运行时间CPU空闲

1.3.3多道程序系统（续）

多道作业环境下，系统的资源利用率提高了，但是，多道系统的实现更加复杂，需要解决如下几个问题：

作业调度

充足内存

合理分配处理器磁盘管理

文件系统总之，多道程序环境的出现，使得计算机系统的功能逐渐完善并日趋成熟，处理器管理、存储器管理、设备管理、文件系统和用户接口，这五大功能成为操作系统的主要功能。

多道程序环境下的计算机系统是第三代计算机系统。随着多道程序系统的实现，相继产生了分时操作系统、实时操作系统等主流操作系统。1.3.4分时操作系统

批处理系统存在的问题是用户不能与正在运行的作业交互，用户修改和调试程序都比较困难，特别是在多道程序环境下，用户不但希望能够控制自己的程序运行，而且还希望能够与操作系统交互，由此，产生了分时操作系统。1．分时操作系统的定义

随着计算机主机的速度不断提高，一台计算机可同时连接多个用户终端。多个用户通过终端进入计算机系统，共享计算机的资源。分时操作系统是一种多用户下的多进程并发环境，并发的进程分享计算机的资源。与批处理系统不同，分时操作系统的用户通过终端直接将需要处理的作业送入内存，而不是像批处理系统那样将用户作业放在磁盘的作业后备队列中等待调度进入内存。1.3.4分时操作系统（续）

在分时操作系统中，并发进程以时间片方式分享主机的处理器时间。处理器的时间被划分为一个个的时间片，时间片被轮流分配给进程。对于每个用户，由于处理器的时间片以处理器的处理速度为基础，处理器的处理时间远远短于人能够感觉的正常时间，因此，通常情况下，每个用户需要处理的程序能够在用户可以接纳的时间内完成，每个用户都会认为自己在“独立”使用一台计算机。

总之，分时操作系统是多用户与多进程的操作系统，每个进程以时间片为单位分享处理器时间，每个用户以终端方式直接与系统交互。1.3.4分时操作系统（续）2．分时操作系统的特征分时操作系统具有如下特征：

多路性

分时系统的终端用户通过多路卡或计算机网络进入系统，同时联机分享计算机资源。终端用户之间彼此独立，互不干扰。

及时性

分时系统的终端用户发出的请求能够被分时系统及时响应，使终端用户能够接受计算机的处理速度。

交互性分时系统的终端用户通过操作系统命令直接与计算机系统交互，便于用户程序的调试和修正。

分时系统作为多道程序系统中最早的操作系统，在操作系统发展史上扮演着重要的角色。分时操作系统的资源管理和安全保护机制成为多用户环境下操作系统实现的典范。1.3.4分时操作系统（续）3．分时操作系统中的处理器时间片

并发的多个进程分享处理器的时间片，处理器时间片的合理选择非常重要。如果时间片选择过长，用户作业不能及时得到响应；如果时间片选择过短，进程频繁切换所带来的系统花销很大。因为进程每次切换将会增大处理器处理时间的开销。

例如:如果进程切换所需要的时间为2ms，处理器的时间片为2ms，则切换的时间和时间片相同，处理器处理时间100%花耗在进程切换管理上，处理器的利用率很低。如果处理器的时间片加大为200ms，则处理器的时间仅有1%消耗在进程切换上，提高了处理器的利用率。但是，处理器时间片的加大又会造成用户进程等待处理的时间变长，从而导致用户满意度下降。1.3.4分时操作系统（续）

因此，在分时系统中，处理器时间片长短的选择将通过大量的实验来选定。在部分分时操作系统中，时间片选择最主要考虑的因素是计算机硬件执行每条系统命令的平均时间，将常用的系统命令在一个时间片内完成，这样，用户经常执行的系统命令会在一个时间片内完成，由此满足了用户基本的需求。

总之，分时系统中的时间片选择是一个优化计算问题，系统需要对各种因素进行综合平衡后，才能够合理地做出决定。1.3.4分时操作系统（续）4．实用中的分时操作系统早在1962年，美国麻省理工学院（MIT）开始在IBM7094计算机硬件平台上开发第一个分时操作系统。由于受到硬件等因素影响，开发出来的系统最后没有真正使用和流行起来。MIT和贝尔试验室（BellLabs）以及通用电器（GeneralElectric）合作，在IBM

360计算机上联合开发分时系统，该系统名为MULTICS（MultiplexedInformationandComputingService）。

IBM360计算机属于第二代计算机，硬件上采用的是小规模集成电路，有较好的性价比，既能满足科学计算需要，又能满足商业应用，是当时客户群最多的计算机.MULTICS操作系统在设计上首先考虑到了科学计算与商业应用的双重需要，被赋予了很多的功能，是非常强大的操作系统。1.3.5实时操作系统

虽然分时操作系统在多道程序操作系统中扮演着重要角色，但是，分时操作系统是并发的多个进程分享处理器的时间片，对于响应时间和处理时间的要求都极为苛刻的实时应用，如果进程需要等待分配时间片处理，则不能满足实时需要。因此，在多道程序环境下产生了实时操作系统。1．实时操作系统的定义

实时操作系统是一种能够及时响应外部事件请求，在规定时间内完成对事件的处理并控制推进实时任务协调一致的系统。451.3.5实时操作系统

2．实时操作系统的特点

对处理时间和响应时间要求高可靠性和安全性高多路性、独立性和交互性

整体性强1.3.5实时操作系统（续）3．实时任务的分类

周期性实时任务

周期性实时任务指外围设备周期性发送激励信号给计算机，要求计算机按照指定周期循环执行周期任务，以便系统周期性的控制外围设备。

非周期性实时任务

非周期性实时任务指外围设备所发出的激励信号并无明显的周期性，但是有一个截止时间要求。

开始截止时间是指需要处理的实时任务必须在某一时间开始执行，如果不能满足这一条件，则放弃处理这一实时任务。

完成截止时间是指需要处理的实时任务必须在某一时间之前完成，如果不能满足这一条件，则放弃处理这一实时任务。1.3.5实时操作系统（续）

硬实时任务

硬实时任务是指系统必须满足任务对截止时间的要求，否则可能出现难以预料的结果。

软实时任务

软实时任务是虽然给出了实时任务的截止时间，但该截止时间并不严格，若超过了截止时间要求，则仍可以接受，对系统产生的影响不大。

实时操作系统主要应用在实时控制系统和实时信息处理系统。实时控制系统主要应用在工业控制和军事控制、航空控制等领域。实时信息处理系统主要应用在电信、金融、证券、票务系统。1.3.6个人计算机操作系统

供个人使用的计算机为个人计算机，个人计算机为第四代计算机，主要应用在办公和家庭环境下。1974年，Intel公司生产出第一代CPU芯片Intel8086，并配套开发了相应的操作系统CP/M（ControlProgramforMicrocomputer）。CP/M是个人计算机上的第一个操作系统，除了可以运行在Intel及其兼容的芯片硬件平台上之外，还可运行在多种个人计算机的硬件平台上，如Zilog的Z80，CP/M是当时个人计算机的主流操作系统。1981年IBM推出了个人计算机.比尔·盖茨推荐计算机制造商SeattleComputerProducts的DOS（DiskOperatingSystem）操作系统给IBM，IBM接受了DOS操作系统。比尔·盖茨与开发DOS系统的人员一起修改，修改后的操作系统取名为MS-DOS。MS-DOS操作系统用在了IBM的个人计算机上.1.3.6个人计算机操作系统（续）DOS与MS-DOS都是单用户单任务系统.。苹果（Apple）公司的Macintosh操作系统图形用户界面（GUI）的出现，通过命令使用操作系统的情况得到改善。微软公司开发了基于图形用户界面的个人计算机操作系统Windows。在Windows95出现之后，Windows操作系统完善了操作系统应具有的功能。WindowsNT以全新的32位操作系统出现，使得Windows操作系统可以摆脱MS-DOS，成为一个具有网络服务等功能的强大操作系统家族。

随着个人计算机用户的增多，个人计算机操作系统逐渐从单用户单任务发展到多用户多任务，现在微软的Windows、IBM的OS/2、苹果的Macintosh和自由Linux都是多任务多用户的操作系统。1.3.6个人计算机操作系统（续）由于个人计算机的主要应用为办公及家用，个人计算机操作系统的特点如下：

图形用户接口

操作系统管理性能高

开放性

多媒体支持

应用软件丰富目前，个人计算机操作系统主要分为两大流派，一类是微软公司的Windows家族，另一类是开放的Linux系统。除此之外，使用苹果公司个人计算机平台上的操作系统Macintosh的用户也逐渐增多。1.3.7网络操作系统

计算机网络系统除了单纯的计算机硬件之外，还需要操作系统的支持。网络操作系统是网络用户和计算机网络之间的一个接口，除了具备通常操作系统功能外，网络操作系统还应该具备联网功能，支持网络体系结构和各种网络通信协议，提供网络互连能力，支持可靠、有效、安全的数据传输。521.3.7网络操作系统

1．网络操作系统的类型

按照网络服务方式和应用方式的不同，网络操作系统分为3种类型。

集中模式集中式由分时操作系统加上网络功能演变而成，系统是一台主机和若干台与主机相连的终端。UNIX系统是集中模式的典型例子。客户/服务器模式

客户/服务器模式将网络中的计算机分为作为服务器的计算机和作为客户机的计算机，这种模式是现代网络的流行模式。WindowsNT、UNIX和Linux操作系统是这类模式的代表。客户/服务器模式的优点是数据分布存储和分布式处理。

对等模式

对等模式是网络中的每台计算机同时具有客户端和服务器两种功能.1.3.7网络操作系统（续）2．网络操作系统的特征

硬件独立性和可操作性

多用户支持

支持网络实用程序和管理功能

支持多种客户端

提供目录服务和多种增值服务1.3.8分布式操作系统20世纪60年代到70年代，操作系统主要运行在传统环境下的集中单处理器环境，到了80年代和90年代，由于大规模集成电路和计算机通信技术的发展，多计算机系统引起了人们关注。多计算机系统分为集中的多计算机系统和分散的计算机系统。1．分布式操作系统定义

分布式计算机系统是一组分散的计算机系统，这些分散的计算机系统经网络连接而成，是单计算机系统映像。用于管理分布式计算机系统的操作系统称为分布式操作系统。分布式操作系统的基础是计算机网络。分布式操作系统的目的是为了资源共享。分布式操作系统与网络操作系统在网络技术、计算机硬件连接、系统拓扑结构和通信控制上基本一样。都具有数据通信和资源共享功能。1.3.8分布式操作系统（续）

分布式计算机系统中的任意两台计算机可以通过分布式操作系统提供的安全通信机制来交换信息，系统中的资源为所有用户共享，用户只需要考虑系统中是否有所需资源，而无需考虑资源在哪台计算机上，分布式操作系统为用户提供对资源的透明访问。系统中的若干台机器可以相互协作来完成同一个任务，一个程序可以分布于几台计算机上并行运行，具有较好的容错性和健壮性，系统中的一个节点出错不会影响其他节点运行。

分布式操作系统与网络操作系统的区别是网络操作系统在应用中必须知道计算机及资源的位置，通过远程登录或文件传输实现资源的共享；而分布式操作系统的用户在应用中如同在单计算机系统上一样，不必知道存在多少台计算机，分布式操作系统中互联的各个计算机可以协调工作，共同完成某项任务，可把一个大型程序分布在多台计算机上并行运行。1.3.8分布式操作系统（续）2．分布式操作系统的基本功能分布式操作系统的基本功能如下：

进程通信

分布式操作系统为运行在不同计算机上的进程提供通信手段，使这些进程能够相互交换信息。

资源共享

分布式操作系统的用户可以访问或使用分布式系统中的计算机资源。

并行计算

分布式操作系统为用户编写分布式程序提供程序设计语言，所编写的分布式程序能够并行运行在系统中的多个节点上。

网络管理高效地控制和管理网络资源，使得计算机资源对用户具有透明性，用户使用分布式系统资源与传统单计算机环境相似。1.3.8分布式操作系统（续）3．分布式操作系统的特征分布式操作系统具有如下特征：

单一全局性进程通信机制

在任何一台计算机上的进程都采用同一种方法与其他进程通信。

单一全局性进程管理和安全保护机制

进程的创建、执行、撤销和进程的保护机制不因计算机不同而有所变化。

单一全局性的文件系统用户存取文件与在单计算机系统上没有区别。4．分布式操作系统的透明性

分布式操作系统运行的硬件平台是一个通过网络连接的不同计算机系统集合，应用程序进程将整个分布式计算机环境作为一个单一透明的系统，而不是通过网络连接的单个计算机集合。1.3.8分布式操作系统（续）

实现分布式操作系统的关键是透明性。

位置透明性

迁移透明性

复制透明性

并发透明性

并行透明性1.3.9嵌入式操作系统

电子技术和计算机技术贯穿于社会生活的多个方面，无论是掌上计算机、个人小型数字化设置，还是各种家用电器，智能化、微型化和专业化的要求使得计算机能够嵌入到这些设备中，成为嵌入式计算机系统。在嵌入式计算机系统中，计算机硬件不再是独立的设备，而是全部隐藏或部分隐藏到各种设备中的一个小的部分。在计算机硬件上配备的支撑应用软件的系统软件是嵌入式操作系统。与一般操作系统比较，嵌入式操作系统具有如下特点：

系统小

节能要求

实时要求可配置容错性和可靠性高可移植开发环境1.3.9嵌入式操作系统（续）

嵌入式操作系统按照应用环境不同分为通用型和专用型。通用型可以用于多种应用领域，典型的有嵌入式Linux、WindowsCE和用于火星探险计划的VxWorks。专用型可以用于一些特殊领域，如用于掌上电脑的plamOS，移动电话的Symbian。VxWorks操作系统是美国风河（WindRiver）公司于1983年设计开发的一种嵌入式实时操作系统（RTOS）。VxWorks广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中，如卫星通信、军事演习、弹道制导、飞机导航等。美国的F-16、FA-18战斗机、B-2隐形轰炸机和爱国者导弹,1997年7月在火星表面登陆的火星探测器。VxWorks的实时性非常好，由于系统本身的开销很小，进程调度、进程间通信、中断处理等系统公用程序精练而有效，系统延迟很短。1.4IBM计算机与操作系统

IBM公司在1914年创建于美国，是世界上最大的信息工业跨国公司。在90多年的时间里，IBM走在全球信息工业发展的前列，信息产品覆盖几乎所有行业。IBM在1969年参与了让人类首次登上月球的阿波罗宇宙飞船计划在1981年参与了哥伦比亚号航天飞机的研制IBM计算机与操作系统的发展历程，足以反映整个计算机与操作系统的发展历程。621.4.1早期的IBM计算机1．IBM603、IBM604计算器在早期，IBM公司依靠打孔卡产品跻身于大企业的行列。二次大战后，随着计算机市场的出现，IBM公司开始关注计算机，开始了IBM计算机样机的试验和研制。1944年，IBM拨款50万美元，与哈佛大学的霍华德·艾肯博士合作，研制出世界上第一台自动顺序控制计算机，命名为“马克1号”，其每秒钟可以进行3次计算。1946年，IBM推出了一种大型的卡片编制程序电子计算器，取名为IBM603。IBM603由300个真空管构成，可进行乘法运算，计算速度比原来的机械输卡机器快9倍。1948年，IBM推出了由1

100个真空管构成的能够作加、减、乘、除运算的计算器IBM604。操作之前需要对运算步骤制定一个操作计划，然后按照操作计划一步一步地进行。操作计划中的步骤在当时被称为“程序”（programs）。1.4.1早期的IBM计算机（续）图1.21（a）IBM603（b）IBM604图1.22IBM604面板及指示灯、控制面板1.4.1早期的IBM计算机（续）2．IBM650电子计算机1954年IBM650磁鼓数字处理机作为IBM第一台大型商用计算器发布。逻辑单元仍然由真空管构成。所不同的是IBM650的内存储器采用磁鼓，支持十进制计算，数据以十进制字方式存储，与过去用阴极射线管或水银延迟线作内存储器比较，存取速度明显加快，能够支持多达200个工程项目的计算。IBM650所有的指令程序采用机器语言编写，能够支持当时的大多数语言，特别是高级语言Fortran。IBM650可以运行独立的机器语言。IBM650没有磁盘，在机器中没有Fortran编译器，必须将Fortran源程序用手工编译成代码，再将代码穿孔在纸带卡片上，将纸带卡片输入到计算机中。IBM650是小型电子计算机，属于早期没有操作系统的计算机。在当时的月租价格仅为4

000美元。651.4.1早期的IBM计算机（续）图片来自于/acis/history/650图1.23IBM650计算机1.4.1早期的IBM计算机（续）3．IBM704磁介质计算机由著名数学家赫德负责建立科研小组，研制一种全用途的科学计算机。1952年底，第一台IBM701问世，这台IBM701被运到纽约，安装在IBM总部大厦的底楼。被命名为国防计算机。IBM701可用于各种不同的复杂科学计算，承担了美国国家实验室、美国气象局、美国航天制造以及一些大公司的运算任务，是IBM第一个批量生产的计算机，也是第一台IBM真正意义上的计算机。IBM701的主要电路由电子管构成，机器各单元之间以电子脉冲方式发送信息，速度高达每秒百万次。1960年推出的IBM704是一个规模更大的计算机，在计算机历史上占有非常重要的地位。IBM704花费的研制时间很长，从1954年5月宣布研制到1960年7月推出，历时6年。1.4.1早期的IBM计算机（续）IBM704的主要特点如下：（1）磁介质存储，机器速度更快IBM704内存储器不但可以采用磁鼓组成，而且还可以采用刚研究出的磁芯组成。外存储器则采用磁带。由于每个磁带可存储5

106个字符，IBM704的内存储器和外存储器都基于磁介质，因此，IBM704的存储能力和运行速度都大大提高。（2）模块化结构，应用灵活模块中最重要的是电子分析控制单元，它控制整个计算机的其他模块并完成运算功能。（3）操作方便需要处理的数据和程序由操作员通过机器面板操作，输入到磁芯或各种寄存器中。整个机器可以通过控制面板中的各种按钮、键盘和开关进行手工操作。操作员工作简单，方便。681.4.1早期的IBM计算机（续）早期的IBM计算机没有任何系统管理软件，属于第一代没有操作系统的计算机，管理计算机的所有工作都必须由操作员手工完成，管理和使用都很不方便，计算机的效率较低。图1.24IBM704系统1.4.2具有批处理系统的计算机1．IBM1410单道批处理系统

随着晶体管制造工艺的逐步成熟，IBM决定用晶体管代替电子管，批量生产分立式的晶体管计算机。1958年IBM推出了IBM1401小型晶体管计算机。IBM1401推出两年之后，IBM宣布研制IBM1410系统。图片来自于/acis/history/1410图1.25IBM1410701.4.2具有批处理系统的计算机IBM1410系统具有如下主要特点：（1）配备有大容量的磁盘磁盘的输入/输出速度可以高达以秒为单位。（2）作业批处理在批处理系统中，IBM1410计算机主要作为IBM7094批处理系统的输入/输出子系统。（3）多个构件组成IBM1410的主要构件包括：IBM1402卡带机、IBM1411处理单元、IBM1414输入/输出同步器、IBM1415主控台。

IBM晶体管计算机的出现标志着计算机进入操作系统管理时代的开始，虽然此时的操作系统只是一个简单的批处理系统，或者称为用户Fortran作业监控系统，从此时开始，计算机进入第二代计算机时代。1.4.2具有批处理系统的计算机（续）2．IBM7094多道批处理系统1962年IBM推出了IBM7070型、IBM7090型等大型晶体管计算机。在IBM7090大型计算机系列中，IBM7094专为大规模科学运算设计，体现为规模较大和速度较快。图片来自于/acis/history/7094图1.26IBM7094721.4.2具有批处理系统的计算机（续）IBM7094采用了全新处理单元，该处理单元的特点如下：（1）指令周期短

在一个核心周期内机器能够执行两条指令，指令周期短。（2）扩展功能强

双精度浮点操作，七个索引寄存器，新的补充索引指令为计算机将来的扩展奠定了基础。（3）用户兼容性好

借助于硬件IBM7100中心处理单元，IBM7151主控单元，IBM7606复用器，通常情况下IBM7090的用户程序不需要改变便能够在IBM7094上运行。（4）用户作业周转时间短IBM7094本身还配备了IBM729和IBM7340快速磁带机单元，运行Fortran程序更加方便和快速，缩短了用户作业的等待时间，用户作业的周转时间可以达到2ms。1.4.2具有批处理系统的计算机（续）在批处理系统中，IBM7094作为有强大处理能力的大型计算机，承担作业的处理，而IBM1410计算机则作为批处理系统的输入/输出部分。采用这样的并行处理，充分发挥了计算机的快速处理能力。为了让更多地用户能够访问IBM7094，麻省理工大学（MIT）在IBM7094的Fortran监控系统基础上，增加了作业程序部分时间方式，即兼容分时共享系统（CompatibleTime-SharingSystem，CTSS）方式。这里的兼容，实质上是指与Fortran监控系统（FMS）兼容。分时共享是指将处理器的处理时间划分为很多的时间片，让共同登录到系统的多个用户共同分享这些时间片。CTSS是分时多道程序操作系统，在IBM7094之后，MIT的CTSS项目开发组又转入到了著名的MULTICS操作系统的开发上。今天将MULTICS称为第一个分时操作系统。1.4.3IBM360家族

在IBM360之前的大型计算机，不可能实现大型计算机生产的规模化和通用化。IBM在1964年宣布制造的System/360，是一个大型计算机家族，是5种不同型号计算机的统称。这5个计算机组成的集合，运行在相同的操作系统之上并且可以使用相同的44个外围设备，在结构设计上采用了全新的模块化结构，根据用户应用领域和应用范围的不同，可以选择不同的模块，构成不同功能的计算机系统。System/360克服了第二代计算机品种重复、性能单调、程序不兼容和用户负担重等缺点。与System/360一起产生的概念有输入/输出子系统和相应的通道。输入/输出子系统用于在存储器和输入/输出设备之间传递数据。通道用于平行传递数据到输入/输出设备。1.4.3IBM360家族（续）IBM360计算机家族由众多的模块组成了多个模板。在IBM360的模板中，最小的模板为具有24KB内存的小型计算机20模板，最大的模板为用于北美火箭防御系统的超级计算机91模板。最早用于商业应用的模板为中低级模板30。最有意义的为67模板，IBM对该模板给予了很大的期待，因为该模板支持当时操作系统最先进的虚拟存储器管理技术，虚拟内存曾被IBM计划用于特殊的分时共享操作系统（TSS/360）。但是，IBM的TSS/360操作系统从来就没有真正正常工作过。在IBM内部，67模板还被用于称之为CP-67的系统，这种系统主要利用各种360/67的模板模拟多个小型计算机。在这样的模拟小型计算机中，复杂的指令用微码构成而非硬件构成，机器的体积小。例如，在低端中等级别的小体积计算机中，可以不用乘法硬件，乘法运算由微码执行重复加操作完成。76图片来自于/acis/history/360图1.27System360中机器模板之间的通信1.4.3IBM360家族（续）1.4.3IBM360家族（续）System/360作为大型计算机系统，还具有以下特点：（1）采用固体逻辑技术，体积小，速度快

固体逻辑技术中最基本形式是逻辑电路，逻辑电路又被称为微电路。System/360在硬件上利用了IBM的固体逻辑技术，用逻辑电路作为系统的基本构件，是第一次利用微电子电路的商用数据处理系统。（2）内存储器和外存储器容量与访问速度提高

采用多级存储方式，磁芯存储提供快速访问。访问本地存储器中一个字符只需要2s，访问系统内存中的一个代码可快到只需250s，访问磁盘中的一个字符的时间可少到8ms。

强大的内存，存储信息可多达524

000个字符。磁芯作为磁盘，存储信息可达到8

000

000个字符。提供程序员直接访问，直接访问字符的量是过去IBM计算机的60倍。1.4.3IBM360家族（续）（3）提供多功能应用

通过对外围设备的改善，提供给用户应用的多样性。消除了商业与科学应用之间的传统区别。（4）通信能力具有很强的远程通信能力。它能够在任何时候响应来自于远程的请求和信息。即使在进行基本作业处理时，也能够同时与数百终端设备通信。（5）所有模板运行相同的指令集上百种模板，尽管各个模板互不相同，但是，这些模板的运行指令集相同。

791.4.3IBM360家族（续）System/360是一个大型计算机家族，在该家族中，小级别的机器用于特殊应用，不需要操作系统，程序在运行开始时通过二进制穿孔卡带载入。除小级别机器之外，其他的机器需要有操作系统。在该系统中，存在有三种操作系统：DOS/360、OS/360和TSS/360。（1）DOS/360DOS/360表示用于IBM360的磁盘操作系统（DiskOperatingSystem，DOS）。该操作系统适用于IBM360家族中中等级别的机器。其中的S/360-30和S/360-40是DOS/360中的简单小型操作系统。DOS/360是单道程序系统，支持批处理作业。1.4.3IBM360家族（续）（2）OS/360OS/360用于IBM360家族中高等级别的机器。OS/360操作系统有三种版本。OS/360-PCP（PrincipalControlProgram，主要控制程序）：是一种非常简单的一次只能运行一个程序的操作系统版本。该操作系统版本是IBM内部工具调式的软件平台，调试的这些工具主要用在更大的OS/360操作系统上。OS/360-MFT（Multi-programmingwithaFixednumberofTasks，具有固定任务数的多道程序）：是多道程序操作系统，该系统要求对内存进行分区管理，内存中的分区数固定。内存的每个分区一次运行一个作业，如果有一个空闲分区，存储器能够再接收新的作业。为了便于作业的内存分区分配和管理，将作业划分为小作业和大作业。该操作系统性能非常稳定，主要应用在数据中心和大型服务环境。811.4.3IBM360家族（续）（2）OS/360

OS/360-MVT（Multi-programmingwithaVariablenumberofTasks，具有可变任务数的多道程序）：该操作系统允许内存分区在需要的时候创建和删除，内存分配方便灵活。如可以根据内存作业大小，提供更多的存储器。但这样做的缺点是，在存储器容量不足时，如果内存分区被大作业占满，则小作业会等待较长的时间才能得到分配内存。另一个问题是会造成内存“碎片”，浪费内存空间。为了OS/360-MVT更好工作，需要安装一个称为HASP的作业调度软件包来管理作业队列，一次只能释放一个作业到OS/360-MVT调度队列中。只有特别需要时，才允许非常大的作业占满内存中的用户空间。OS/360-MVT在虚拟内存管理下，运行状况更好。1.4.3IBM360家族（续）（3）TSS/360TSS/360用于IBM360家族中的分时多用户系统。IBM360中的TSS操作系统虽然作了全面设计和构造，但是，TSS/360从来没有正常工作过。

831.4.3IBM360家族（续）

在System/360中，当支持虚拟地址的硬件模板出现之后，操作系统又被重新命名，OS/360-MFT变为OS/VS1，OS/360-MVT变为OS/VS2。

虽然System/360的设计模式是一个划时代的进步，但是，由于其结构和功能的复杂性使得该系统成为一个“庞然大物”，从System/360的研制之初就发现存在很多的问题，有些问题甚至根本无法解决。为了弥补System/360的某些缺陷，1970年夏天，IBM宣布了具有增强指令集的System/370。System/370家族具有虚拟硬件，操作系统的功能在一定程度上得到了增强。1982年，System/370家族的机器地址从24位扩展到32位，1988年又扩展到多地址空间。1.4.4IBMAS400

为了摆脱操作系统对底层硬件的依赖，IBM在1970年提出了操作系统System/38。System/38采用了一种新的结构技术，使操作系统内核的改变不影响用户的应用程序，即应用程序独立于操作系统，并将底层中和计算机硬件有关的操作系统功能分离到一个技术独立的机器界面TIMI（TechnologyIndependentMachineInterface）。操作系统System/36是一个传统的批处理系统。在IBM内部一直都保持着System/36和System/38这两个完全独立的开发系列，而IBM在1988年推出的小型计算机IBMAS/400则融合了这两个系列的优点。每个用户都认为所用的计算机是专用于自己的任务，没有考虑系统中其他用户的情况和用户之间共享数据的问题。IBMAS/400是网络环境下能够实现用户数据共享的中小型计算机系统。1.4.4IBMAS400（续）IBMAS/400有如下主要特点：（1）集成性

在IBMAS/400的操作系统OS/400中不仅集成了IBM的数据库系统DB2，而且还集成了网络、服务器、安全等方面的功能。（2）开放性IBMAS/400支持互操作标准，能够满足不同用户的要求，能够以任何方式与任何机器相连。不但支持SNA、TCP/IP、OSI等协议的网络通信协议，还能够与IBM数据库DB2家族的其他系统相互访问，如进行DB2/UDB、DB2/6000、DB2/VM、DB2/MVS的联结和数据交换。IBMAS/400中的数据库系统DB2/400除了能够与DB2家族相互访问外，还能够与其他厂商的数据库系统，如Oracle、Sybase、Informix等进行互连。其他操作系统的用户，如Windows和Linux用户，可以通过ODBC驱动模块直接访问DB2/400中的数据。1.4.4IBMAS400（续）（3）可移植性SPEC1170是由从50个常用UNIX应用程序中抽出的1

179个API组合而成，只要支持SPEC1170，应用软件的移植就不需要重新编译。（4）兼容性IBMAS/400从推出开始，虽然新技术和新功能不断出现，但是，用户的应用程序不需要做任何修改，甚至不需要重新编译就可以在IBMAS/400的任一系列机器中运行。IBMAS/400的兼容性主要归结为IBMAS/400所具有的独立于技术的机器界面TIMI。TIMI将操作系统、应用软件与底层的软、硬件技术隔离开来，使得底层软件和硬件技术的更新对上层软件的冲击完全独立于机器界面，不会影响上层应用。（5）可连接性

用户可以通过任何平台和界面访问IBMAS/400。1.4.4IBMAS400（续）（6）可扩展性OS/400操作系统采用微内核结构，操作系统模块化结构设计，系统扩展方便，新功能模块的加入不会影响到系统已有的功能模块。（7）任务、进程与作业OS/400的工作单元为任务、进程和作业。任务为最底层，进程位于中间，作业位于最上层。进程不是基本单元，系统不能直接处理进程。作业是最基本的工作单元。OS/400中的作业能提供更高级别的资源共享和安全性，但是，OS/400中的作业创建需要很长的时间，比较笨重。OS/400的任务有4种状态：就绪（ready）、执行（running）、挂起（suspended）和等待（wait）。作业可以是交互作业也可以是后台批处理作业。AS/400满足了上世纪90年代网络开始盛行时信息共享和电子商务的需要。1.4.5IBM大型主机

网络的发展需要将大量的分散业务整合在大型主机服务器上，实现对数据的再次集中，于是具有高性能的大型计算机应运而生，IBM随之开始生产大型主机系统。商用计算机被称为服务器，大型主机是最大的服务器类型。IBM公司的大型主机为zSeries服务器。大型主机是指具有高端计算机架构形式的高性能计算机，它能够提供数十种应用，能够与输入/输出设备同时服务于数千用户。IBM的主机系列有IBM360、IBM370、IBM390和zSeries。IBM360和IBM370是早期的产品，IBM390在1990年之后推出，zSeries在2000年之后推出。今天，IBM的主机主要指IBM390和zSeries。操作系统z/OS是IBM大型主机中使用最广泛的操作系统，z/OS的目标是给大型主机上运行的应用提供稳定、安全和可持续运行的环境。除了z/OS，常见的操作系统有：z/VM，VSE，LinuxforzSeries和z/TPF。1.4.5IBM大型主机（续）（1）z/虚拟机（z/VM）有两个基本组件：控制程序和对话管理系统CMS（ConversationalMonitorSystem）。控制程序，z/VM属于系统管理程序，通过实际硬件资源创建多个虚拟机器，用来运行其他操作系统。对话管理系统（ConversationalMonitorSystem，CMS）运行在虚拟机器上，提供终端用户交互接口和一般的应用程序接口。（2）虚拟存储扩展（VirtualStorageExtended，VSE）既可存在于在小型机下，

又可存在于大型主机下。只有当客户的性能要求超过VSE负荷时才会转而使用z/OS。相对z/OS，VSE操作系统为批处理和在线交易处理提供相对较小的、更简易的环境。VSE的设计和管理结构非常适合运行常规产品工作负荷，包括大量并行运行的批作业和大范围、传统的交易处理。在实际操作中，大多数VSE用户同样使用z/VM操作系统，把它作为VSE应用发展和系统管理的一般终端接口。1.4.5IBM大型主机（续）VSE操作系统以早期硬盘操作系统（DOS）而闻名，是最早引入是在IBM360大型主机系统的基于硬盘的操作系统。由于DOS操作简单且占用空间小，许多大型主机用户在OS/360产生后仍然坚持使用它。DOS曾经被叫做DOS/VS（当时DOS开始启用虚拟存储），VSE/SP和后来VSE/ESA的最新版本才被称为VSE。（3）LinuxforzSeries：Linux的很多版本都可用于大型主机。Linux的使用得到IBM的支持。这些版本有两个常用名称：s/390版Linux（使用31位寻址和32位中央处理寄存器）和zSeries版Linux（使用64位寻址和中央处理寄存器）。

911.4.5IBM大型主机（续）若不区分是31位版本还是64位版本，zSeries上的Linux是指在s/390或者zSeries系统中使用的Linux。用于大型主机环境下的Linux系统具有如下特点：在Linux和其他大型主机操作系统上没有共享数据。Linux使用传统CKD硬盘设备和连接SAN的SCSI类型的设备，其他大型主机操作系统可以识别这些设备为Linux驱动程序，但是不能使用驱动程序上的数据格式。Linux使用基于终端的x窗口和仿真PC的x窗口，支持典型的ASCII终端，一般通过Telnet相连接，而其他所有的大型主机操作系统使用3279终端作为他们基本终端结构。大型主机上的Linux遵循ASCII字符格式运行，而不采用一般用于大型主机的EBCDIC8格式存储数据。

只要安装正确，z/VM下的Linux系统可以迅速的克隆到另外一个独立的Linux镜像。Linux仿真的z/VM可以用于连接多个Linux镜像，提供LAN路由。只读文件系统，譬如典型的用户文件系统，可以被多个Linux镜像共享。1.4.5IBM大型主机（续）

（4）z/交易处理设备操作系统（z/TPF）属于特定目的系统，主要用于银行、航空公司等信用卡交易容量大的公司。z/TPF最早用于航空预定系统，被称为航空控制程序，现在已经扩展到其他的一些大型预定系统和大容量交易处理系统。通过几年不间断的有效性测试，z/TPF可以在一个松耦合环境中使用多种大型主机，每秒处理成百上千的常规交易。

1.5本章小结

操作系统是计算机硬件上的第一层系统软件，是计算机系统中重要的系统软件。本章从计算机与操作系统的关系开始，介绍了操作系统的作用和目标，以及操作系统的定义。操作系统的特征为并发性、共享性、虚拟性和异步性。操作系统作为计算机硬件资源和软件资源的管理者，具有处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和系统接口五大功能。操作系统的发展历程，从手工操作阶段、管理程序阶段到操作系统阶段，不同时期操作系统的特点。操作系统的基本概念：批处理系统、联机输入/输出、脱机输入/输出、单道程序环境、多道程序环境、实时系统、分时系统、网络操作系统、分布式操作系统和嵌入式操作系统。练

习1

1.1什么是操作系统？计算机操作系统的主要功能是什么？1.2为什么对作业采用批处理能够提高计算机的效率？