第1章-操作系统引论用

计算机操作系统创意你是否知道，程序到底是如何在计算机上运行？Asyouwill如果你真正掌握了操作系统，学操作系统有用吗？不懂操作系统是否能编程序？《编译原理》Coding~怎样运行？编程编译运行计算机程序是怎样运行的？程序到结果的演变什么是操作系统OperatingSystem计算机里面的一切事情均由OperatingSystem来掌握什么是操作系统OperatingSystem魔幻家管理者有效！公平！操作系统管理什么？创意处理机管理制作图片存储管理制作动画设备管理制作声音文件管理编制程序用户接口显示器键盘CD-ROM外存储器音响设备鼠标内存储器中央处理器如何学习操作系统1不精确，具有相对性2是对人类活动观察的导出3主观能动性起关键作用计算机的根本特征：人类发明的只要对人类生活仔细观察，就很容易理解OS的原理《计算机操作系统》

汤子瀛等编著西安电子科技大学出版社教材参考书《计算机操作系统》郁红英李春强编著清华大学出版社

《现代操作系统》（ModernOperatingSystems）（第3版）

AndrewS.Tanenbaum

著陈向群等译机械工业出版社《计算机操作系统》课程安排第1章操作系统引论第2章进程管理

第3章处理机调度与死锁第4章存储器管理第5章设备管理第6章文件管理第7章UNIX系统内核结构

48学时上课

8学时上机实验

课时安排

30%平时成绩

70%期末考试

期末成绩第一章操作系统引论●操作系统的定义--------------操作系统是什么？●操作系统的形成--------------为什么要操作系统？●操作系统的特征--------------操作系统怎么样？●操作系统的功能--------------操作系统能干什么？●操作系统的分类--------------操作系统有哪些？本章要点操作系统的引入从资源管理的角度1.1操作系统的定义操作系统的引入从应用的角度应用↑→功能↑→硬件结构↑→方便↑→软件复杂性↑→人工无法控制由谁控制系统的工作流程？1.1操作系统的定义引入操作系统资源管理的观点用户的观点●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的集合。本质312●操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的第一次扩充。机器扩充的观点1.1操作系统的定义1946年第一代计算机上没有操作系统1958年第二代计算机上有了监控系统1964年第三代计算机上操作系统得到极大发展1974年第四代计算机操作系统向多元化方向发展

Development1.2操作系统的产生和发展在第一代计算机上没有操作系统，

对计算机的操作完全是人工操作方式这种人工操作方式有两个缺点：用户完全独占计算机。

即，计算机的全部资源只供一个用户使用。计算机等待人工操作。

当用户操作时计算机要等待，CPU空闲。人工操作第一代计算机：没有操作系统单道批处理系统●晶体管的发明极大改变了计算机的运行状况●计算机主要用于科学和工程计算●出现了汇编语言和高级语言（如：FORTRAN语言）●

从一个作业到下一个作业运行的自动转换，系统对作业的处理成批进行：单道批处理系统（SimpleBatchSystem）第二代计算机：有监控系统脱机输入/输出技术●输入/输出机：输入程序和数据●主机：运行程序，实施数值运算

●输入/输出工作在脱离主机的情况之下进行，故称为脱机输入/输出（OffLineI/O）●监控系统：主机上用来控制作业读写和运行的程序。●监控系统是操作系统的雏形第二代计算机：有监控系统脱机输入/输出技术

脱机输入/输出的优点：

减少了CPU的空闲时间提高了输入输出的速度第二代计算机：有监控系统单道批处理系统的特征

自动性:在顺利情况下，在磁带上的一批作业能自动地逐个地依次运行，而无需人工干预。顺序性：磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各道作业的完成顺序与它们进入内存的顺序，在正常情况下应完全相同，亦即先调入内存的作业先完成。单道性：内存中仅有一道程序运行，即监督程序每次从磁带上只调入一道程序进入内存，当该程序完成或发生异常情况时，才换入其后继程序进入内存运行。第二代计算机：有监控系统主要用于：科学运算、商用数据处理出现了小规模集成电路，性能价格比极大提高问题：相对于CPU来说，I/O设备速度太慢解决办法：多道程序设计——多个程序同时放入内存，使它们共享系统资源第三代计算机：操作系统得到极大发展多道批处理系统在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU和系统中的各种资源。第三代计算机：操作系统得到极大发展多道批处理系统定义单道程序运行情况多道程序运行情况多道程序设计第三代计算机：操作系统得到极大发展优点：提高CPU利用率提高内存和I/O设备利用率增加系统吞吐量特点：多道性

宏观上并行微观上串行第三代计算机：操作系统得到极大发展多道批处理系统如果说，推动多道批处理系统形成和发展的主要动力，是提高资源利用率和系统吞吐量，那么，推动分时系统形成和发展的主要动力，则是用户的需求。人—机交互。共享主机。便于用户上机。第三代计算机：操作系统得到极大发展分时系统一台计算机连接多个带显示器和键盘的终端每个用户一个终端，共享主机的资源CPU分时为多个用户服务第三代计算机：操作系统得到极大发展分时系统多路性独立性及时性交互性第三代计算机：操作系统得到极大发展分时系统的特征小型机的崛起著名的操作系统UNIX的诞生，

并主导了小型机、工作站的市场多道批处理系统和分时系统的出现，

标志着操作系统的形成第三代计算机：操作系统得到极大发展第四代计算机：操作系统向多元化发展大规模集成电路操作系统向微型化、网络化和智能化发展微软MS-DOS操作系统

UNIX系统虚拟存储管理技术出现，改进了内存管理网络操作系统分布式操作系统第四代计算机：操作系统向多元化发展1.3操作系统的特征又称随机性，系统中各种事件的发生顺序是不确定的。异步性并发两个或两个以上的事物在同一时间间隔内发生共享软、硬件资源供在其上运行的多个程序共同享用

●互斥共享——某时间内只允许一个程序访问，该程序访问完了，别人才可访问。如：打印机

●同时访问——某时间段内，允许多个程序同时访问。如：磁盘。虚拟通过某种技术手段把一个物理上的实体，变成多个逻辑上的对应物。

如：虚拟处理机、虚拟存储器、虚拟设备1.3操作系统的特征并发并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念，并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内，宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。1.3操作系统的特征共享

在操作系统环境下，所谓共享是指系统中的资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用。由于资源属性的不同，进程对资源共享的方式也不同，目前主要有以下两种资源共享方式。

互斥共享方式

（打印机）同时访问方式（磁盘、重入码文件）并发和共享是操作系统的两个最基本的特征1.3操作系统的特征虚拟操作系统中的所谓“虚拟”，是指通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的，即实际存在的；而后者是虚的，是用户感觉上的东西。分别用来实现虚拟处理机、虚拟内存、虚拟外部设备和虚拟信道等。

1.3操作系统的特征又称随机性，系统中各种事件的发生顺序是不确定的。在多道程序环境下，允许多个进程并发执行，由于资源等因素的限制，使进程的执行通常都不是“一气呵成”，而是以“停停走走”的方式运行。

进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性。尽管如此，但只要运行环境相同，作业经多次运行，都会获得完全相同的结果。因此，异步运行方式是允许的，是操作系统的一个重要特征。异步性操作系统的功能创意处理机管理制作图片存储管理制作动画设备管理制作声音文件管理编制程序用户接口显示器键盘CD-ROM外存储器音响设备鼠标内存储器中央处理器●对处理机的分配和运行实施有效管理。●在多道程序环境下，处理机的分配和运行以进程为单位，因此对处理机的管理即对进程的管理。●

任务●进程控制●进程同步●进程通信●进程调度●

功能制作图片进程管理●方便用户使用内存●提高内存的利用率●从逻辑上扩充内存●

任务●内存分配●地址映射●内存保护●内存扩充●

功能创意存储管理制作动画设备管理●完成用户程序请求的I/O操作，为用户程序分配I/O设备●提高外部设备的利用●尽可能地提高输入/输出的速度●方便用户使用外部设备●

任务●设备分配●设备控制●设备无关性●

功能●大量的信息以文件的形式放在外存，对信息的管理也就是对文件的管理

●

任务制作声音●文件存储空间的管理●目录管理●文件的读、写管理●文件的存取控制●

功能文件管理编制程序操作系统接口●联机命令接口●脱机命令接口●图形用户界面（命令接口的改版）●

命令接口●

程序接口●也称系统调用1.5操作系统类型成熟的发展中的●批处理系统●分时系统●实时系统●微机操作系统●多处理机操作系统

●网络操作系统

●分布式操作系统DevelopingDeveloped●嵌入式操作系统批处理系统单道●内存中仅放一道作业●作业的完成顺序与进驻内存的顺序相关●自动性多道●内存中放多道作业●作业的完成顺序与进驻内存的顺序

无严格对应关系●调度性●资源利用率高●系统吞吐量大●

优点●平均周转时间长●无交互能力●

缺点批处理系统的优缺点关键问题如何使用户与自己的作业交互●及时接收●及时处理分时系统允许多个终端用户同时使用计算机，在这样的系统中，用户感觉不到其他用户的存在，好象独占计算机一样。类型●单道分时系统●具有前后台的分时系统●多道分时系统

特征●多路性●独占性●交互性●及时性分时系统具体的操作系统通常结合了

批处理能力和分时能力前台：分时为多终端服务后台：批处理与批处理系统的差别所有用户通过联机终端直接与计算机交互类型●实时控制系统●实时信息处理系统特殊要求●高可靠性●对截止时间的要求

系统能及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。实时系统特征对外部输入的信息，实时系统能够在规定的时间内处理完毕并作出反应。实时系统●多路性●独立性●及时性●交互性●可靠性●CP/M单用户单任务8位机OS●MS-DOS

单用户单任务16位机上的标准OS●OS/2

单用户多任务虚拟存储管理●

UNIX多用户多任务分时OS良好的可移植性●Linux多任务32位OS与UNIX兼容自由性和开放性

●Windows

图形用户界面微机操作系统●增加系统吞吐量●节省投资

●提高系统可靠性●

引入原因●非对称多处理模式——主-从模式●对称多处理模式——独立管理模式●

多处理机OS类型多处理机操作系统●客户/服务器模式——Client/server●对等模式——PeertoPeer●网络OS模式网络操作系统分布式操作系统分布