第一章-2009-11

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操作系统的发展
• 手工操作 • 单道批处理系统(simple batch processing) • 多道批处理系统(multiprogramming system) • 分时系统(time-sharing system) • 实时系统(real-time system)
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操作系统的特征 （1）并发：指多道程序环境下，在一段时间内 由 多道程序同时运行； （2）共享：指系统中的资源可供内存中多个并 发 执行的进程共同使用； （3）虚拟：指操作系统通过某种技术（分时或 分 空间策略）把一个物理实体映射为 若干个对应的逻辑实体的系统资源 管理手段，可提高资源利用率； （4）异步：指进程的执行顺序、执行时间及运 行 2013-9-10 10 速度的不确定性和不可预知性。
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调度 • 作业调度
–从后备队列中按照一定的算法，选择出若干个作 业，为它们分配必要的资源（首先是内存）。将 它们调入内存后，便为它们建立进程，使之成为 可能获得处理机的就绪进程，并将它们按照一定 算法插入就绪进程队列。
• 进程调度
–从就绪进程队列中按照一定算法选出一个新进程， 把处理机分配给它，并为它设臵运行现场，使其 投入运行
1. 资源管理观点 2、抽象机层次观点 3、进程的观点 4、用户观点
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操作系统的地位和目标
软件
应用软件
系统软件
编辑软件/ 汇编软件/编译软件/ 数据库管理系统 操作系统
计算机系统 (层次结构)
硬件及固件（裸机）
在硬件基础上的第一层软件; 其它软件和硬件之间的接口; 系统软件中最为重要的组成部分。
• 内存扩充机制
– 程序运行局部性原理 – 请求调入功能 – 臵换功能
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文件管理
解决软件资源的存储、共享、保密和保护，操作 系统中负责这一功能的部分称为文件系统。
• 文件存储空间管理：解决如何存放信息，以提高空间利用 率和读写性能。 • 目录管理：解决信息检索问题。 • 文件的读写管理和存取控制：解决信息安全问题。系统设 口令：“哪个用户” 用户分类：“哪个用户组” 文件权限：“针对用户或用户组的读写权”
并发
多个事件在同一时间间隔内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，操作系统与应用 程序间的并发。操作系统负责并发过程管理。 • 与并行不同，后者指在同一时刻发生 • 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替 执行（在单处理器情况下）。 • 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是 进程（或称作任务），并发指的是进程。
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参考书
复习用书
计算机操作系统 汤子瀛 计算机操作系统教程 张尧学 西安电子科技大学出版社 清华大学出版社
习题书
计算机操作系统学习指导与题解 操作系统习题与解析(第3版)
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汤子瀛
西安电子科技大学出版社 曾平 清华大学出版社
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第一部分：操作系统概述
–操作系统的概念、特征、功能和提供的服务 –操作系统的发展与分类 –操作系统的运行环境
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现代操作系统设计的目标是什么？ 设计现代操作系统的主要目标包括以下四方面：
（1）方便性，改进和完善用户接口，使计算机系统更方 便使用； （2）有效性，通过有效管理和分配软、硬件资源及合理 组织计算机工作流程来改善资源利用率、提高系统吞吐 量； （3）可扩充性，以适应计算机硬件和体系结构的迅猛发 展及其所对应的更高的功能和性能要求； （4）开放性，支持不同厂家与不同类型的计算机及其设 备的网络化集成和协同工作，实现应用程序的可移植性 和互操作性。
虚拟
一个物理实体映射为若干个对应的逻辑实体。虚 拟是操作系统管理系统资源的重要手段，可提高 资源利用率。
• CPU－－每个用户（进程）的"虚处理机" • 存储器－－虚拟处理器 • 显示设备－－多窗口或虚拟终端
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异步性
• 也称不确定性，指进程的执行顺序和执行时间的 不确定性 • 进程的运行速度不可预知：系统中多个进程并发 执行，"时走时停"，不可预知每个进程的运行推 进快慢 • 判据：无论快慢，应该结果相同－－通过进程互 斥和同步手段来保证 • 难以重现系统在某个时刻的状态（包括重现运行 中的错误）
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操作系统举例
• MS OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000, • UNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, IBM AIX, SUN Solaris, Linux,HP UX, IBM OS400 • NOS: Novell Netware • Mainframe: VSE, MVS,OS390 • VxWorks等嵌入式操作系统
• 进程同步方式
–进程互斥方式 –进程同步方式
• 进程同步机制
–互斥：临界资源 –同步：信号量机制
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进程通信
• 主要任务
– 用来实现在相互合作进程之间的信息交换。
• 进程通信方式
– 直接通信方式 – 间接通信方式
• 进程通信机制
– 同一计算机系统进程间：消息队列 – 不同计算机系统：中间实体（邮箱）

基本功能

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进程控制
• 主要任务
–为作业创建进程，撤销已结束的进程，以 及控制进程在运行过程中的状态转换。
• 进程控制机制
–原语概念 –进程控制原语或系统调用 –进程创建/撤销原语
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进程同步
• 主要任务
–对并发执行及以异步方式运行的进程进行 协调，使有条不紊。
《操作系统》 复习要点 2009年11月
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2009年考试大纲 考试内容
• 操作系统概述
– 操作系统的概念、特征、功能和提供的服务 – 操作系统的发展与分类 – 操作系统的运行环境
• 进程管理
– 进程与线程 – 处理机调度 – 进程同步 – 死锁
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2009年考试大纲 考试内容 • 内存管理 – 内存管理基础 – 虚拟内存管理 • 文件管理 – 文件系统基础 – 文件系统实现 – 磁盘组织与管理 • 输入输出（I/O）管理 – I/O管理概述 2013-9-10 – I/O核心子系统
• 调度算法
–先来先服务/优先权高者优先调度算法
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存储器管理功能
• 主要任务
– 为多道程序的运行提供良好的环境，方便 用户使用存储器，提高存储器的利用率， 并能从逻辑上扩充内存
• 基本功能
– 内存分配 – 内存保护 – 地址映射 – 内存扩充
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内存分配
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共享
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作系统 要对系统资源进行合理分配和使用。资源在一个 时间段内交替被多个进程所用。
• 互斥共享（如打印机设备）：资源分配后到释 放前，不能被其他进程所用。 • 同时访问（如可重入代码，磁盘文件） • 资源分配难以达到最优化
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操作系统的发展
• 手工操作1946-50年代（电子管），计算机资源昂贵，用 户是计算机专业人员既是程序员，又是操作员；用户是计 算机专业人员通过机器语言在纸带或卡片上编程。 • 批处理中的作业的组成：用户程序、数据、作业说明书 （作业控制语言） 批：供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成， 在处理中使用一组相同的系统软件（系统带）。慢速的输 入输出处理仍直接由主机来完成。输入输出时，CPU处于 等待状态。
• 主要任务 –为每道程序分配内存空间，使它们各得其所，提 高存储器利用率，以减少不可用的内存空间，允 许正在运行的程序申请附加的内存空间，以适应 程序和数据动态增长的需要。 • 内存分配方式 –静态分配方式 连续分配方式 –动态分配方式 非连续分配方式 • 内存分配机制 –内存分配用数据结构、内存分配/回收功能
操作系统的功能-五大管理
• • • • •
处理机管理（作业管理、进程管理） 存储管理 文件管理 外部设备管理 用户接口管理
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处理机管理

主要任务

对处理机进行分配，并对其运行进行有效的控 制和管理。在多道程序环境下，处理机的分配 和运行以进程或线程为基本单位。 进程控制 进程同步 进程通信 调度
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设备管理 设备管理的目标是：方便的设备使用、提高 CPU与I/O设备利用率；
• 设备操作：利用设备驱动程序（通常在内核中）完成对 设备的操作。 • 设备分配与回收：在多用户间共享I/O设备资源。 –虚拟设备(virtual device)：设备由多个进程共享， 每个进程如同独占该设备。 • 缓冲区管理：匹配CPU和外设的速度，提高两者的利用 率和内存访问的“命中率”。
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内存保护
• 主要任务
– 确保每道用户程序都在自己的内存空间中 运行，互不干扰。进一步说，决不允许应 用程序访问操作系统的程序和数据，也不 允许其转移到非共享的其它用户程序中去 执行。
• 内存保护机制
– 上下限界限寄存器及越界检查（硬件实现）
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地址映射
• 主要任务
–将地址空间中的逻辑地址转换为内存空间 中与之对应的物理地址。
• 概念
–地址空间、逻辑/相对地址 –内存空间、物理/绝对地址