ZGSOS(64,1-11)操作系统导论
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计算机导论 操作系统
3. 操作系统的特征 为了提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力， 为了提高计算机系统的效率，增强系统的处理能力，最大限度地 提高资源利用率，并方便用户使用， 提高资源利用率，并方便用户使用，现代操作系统广泛采用了并行 操作技术，使硬件和软件并行工作。例如， 操作技术，使硬件和软件并行工作。例如，I/O操作和计算同时进行， 操作和计算同时进行， 在内存中同时存放多道程序等。因此， 在内存中同时存放多道程序等。因此，以多道程序为基础的现代操 作系统具有以下特征： 作系统具有以下特征： (1) 并发性 并发是两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。 并发是两个或两个以上的事件在同一时间间隔内发生。对于程序 而言，并发也就是多道程序在同一时间间隔内同时执行。 而言，并发也就是多道程序在同一时间间隔内同时执行。对于单处 理机系统而言， 理机系统而言，程序并发执行实际上是多道程序在一个很小的时间 段内交替执行。而宏观上看，它们似乎是在同时进行，即并发执行。 段内交替执行。而宏观上看，它们似乎是在同时进行，即并发执行。 实现并发性，使操作系统变得复杂。因为要考虑， 实现并发性，使操作系统变得复杂。因为要考虑，如何从一个 程序转到另一个程序，如何保护一个程序不受另一个程序侵扰， 程序转到另一个程序，如何保护一个程序不受另一个程序侵扰，以 及如何实现相互制约等。 及如何实现相互制约等。
⑵ 共பைடு நூலகம்性
共享性就是资源共享， 即计算机系统中的硬、 共享性就是资源共享 ， 即计算机系统中的硬 、 软件资源供所 有授权程序或用户共同使用。实际上，由于系统中的资源有限， 有授权程序或用户共同使用。实际上，由于系统中的资源有限， 当多道程序并发执行时，必然要共享系统中的硬、软件资源。 当多道程序并发执行时，必然要共享系统中的硬、软件资源。所 程序并发执行必然依赖于资源共享机制的支持。 以，程序并发执行必然依赖于资源共享机制的支持。
1. 操作系统概论
一、操作系统的作用
3.OS作为计算机系统的资源管理者
也有人将操作系统定义为：是能使诸用户有效、 方便地共享一套计算机系统资源的一种系统软件。 操作系统的重要任务之一就是对资源进行抽象研 究，找出各种资源共性和个性，有序地管理计算机中 的硬件、软件资源，跟踪资源使用情况，监视资源的 状态，满足用户对资源的需求，协调各程序对资源的 使用冲突。 研究使用资源的统一方法，让用户简单、有效的 使用资源，最大限度地实现各类资源的共享，提高资 源利用率，从而，使得计算机系统的效率有很大提高。
操作系统中很早就引入重要概念--进程，进程能清晰 刻划操作系统中的并发性，实现并发活动的执行，因 而，它已成为现代操作系统的一个重要基础。
操作系统的主要特性
1.并发性
采用并发技术的系统称为多任务系统(Multitasking) 。 并发的实质是Baidu Nhomakorabea个物理CPU(也可以多个物理CPU) 在 若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强 制行使多用户共享以提高效率。
一、操作系统的作用
2.OS为用户提供虚拟计算机 问题：如何把硬件复杂性与用户隔离开来?
基本方法是在计算机裸机上加上一层又一层软件来组成整个 计算机系统。 每当在计算机上复盖一层软件，提供了一种抽象,系统的功 能便增加一点，使用就更加方便一点，用户可用的运行环境就 更加好一点。 1)裸机极难使用，虽有很强的指令系统，从功能上来说局限 性很大。加上软件后，就可在硬件基础上，对其功能和性能进 行扩充和完善。 2)软件之间的关系，采用同样办法，一些软件的运行以另一 些软件的存在并为其提供运行支撑作为基础，新添加的这些软 件是在原来那些软件基础上的扩充和完善。
(完整word版)操作系统导论
操作系统导论第一章引言
一、填空题
1.计算机系统是并
系统。
2.计算机系统的资源包括
3.硬件资源包括
4.在计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并且要在
完接收的事件。
5.
6.和
7.
部分。
8.
9.
10.根据服务对象不同，常用的单处理机OS可以分为如下三种类型：允许多个用户在其终端上同时交互地
使用计算机的OS
个作业提交计算机系统集中处理的OS衡量这种系统性能的一个主要指标是系统的
11.现代计算机中，CPU的工作方式有目态和管态两种，在目态中运行
CPU
12.是操作系统的功能特点。
二、单项选择题：
1.计算机系统由(D)组成。
A.程序和数据
B.处理机和内存
C.处理机、内存、外围设备
D.硬件子系统和软件子系统
2.操作系统是(A)。
A.系统软件
B.办公软件
C.应用软件
D.信息管理软件
3.在下列操作系统中强调并行性的操作系统是(D)。
A.分时系统
B.实时系统
C.网络操作系统
D.分布式操作系统
4.工业过程控制系统中运行的操作系统最好是(B)。
A.分时系统
B.实时系统
C.分布式操作系统
D.网络操作系统
5.对处理事件有严格时间限制的系统是(B)。
A.分时系统
B.实时系统
C.分布式操作系统
D.网络操作系统
6.系统在执行访管指令的时候会(A)。
A.产生中断
B.产生一般性错误
C.产生“程序使用非法指令”错误
D.继续执行下一条指令
7.用户使用操作系统通常有三种手段，它们是：控制命令、系统功能调用和(D)。
A.C++
B.宏命令
C.汇编语言
D.作业控制语言
8.引入多道程序的目的是(D)。
A.提高实时响应速度
B.增强系统交互能力
01-第一章操作系统引论
2. 实时操作系统主要追求目标
• 对外部请求在严格时间范围内作出反应 • 高可靠性 • 安全性 • 完整性 实时系统必须和先进的技术装备相结合
3.实时系统与分时系统特征的比较
（1）多路性
实时信息处理系统与分时系统一样具有 多路性，即系统能同时为多个终端用户服务：
而实时控制系统也具有多路性，它主要表现
3. 操作系统的地位
• 计算机系统由硬件和软件组成
• 操作系统在硬件基础上的第一层软件 • 是其他软件和硬件之间的接口
游戏 编译器
MIS 命令解释器
应用软件设计者 。。 。
应用软件设计者 网络，数据库
操作系统设计者
操作系统 机器语言 微程序 物理设备
4. 操作系统的作用
•
OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性
1.4 操作系统的主要功能
1.5 操作系统的结构设计
1.1
操作系统的目标和作用
1.计算机系统的组成 硬件系统（裸机）：CPU、存储器（主存、 辅存）、I/O、I/O控制系统
软件系统：系统软件、应用软件
OS是掌控计算机上的一切事情的软件系统！
操作系统的名称
• 监控（督）程序（系统）（Monitor) • 执行系统（程序）(Executive System (program)) • 控制系统（程序）(Control System （program)) • 管理程序(Supervisor, Supervisory System) • 核心程序(Kernel) • 操作系统(Operating System)
64位操作系统详解
64位技术就像一股不可阻挡的浪潮扑面而来，从今年开始，64位技术将逐步渗透进我们的生活，也许明年这个时候，我们已经习惯了在64位操作系统下运行64位程序。
5与32位区别
简单的说x86代表32位操作系统 x64代表64位操作系统。如果你的CPU是双核以上，那肯定支持64位操作系统了。如果你的电脑内存大于4G，那就要用64位的系统了，因为32位的Windows 7也好，Vista也好，最大都只支持3.25G 的内存。而64位的windows 7最大将支持128G的内存。
64bit计算主要有两大好处：可以进行更大范围的整数运算；可以支持更大的内存。
不能因为数字上的变化，而简单的认为64bit处理器的性能是 32bit处理器性能的两倍。实际上在32bit应用下，32bit处理器的性能甚至会更强，即使是64bit 处理器，目前情况下也是在32bit应用下性能更强。所以要认清64bit处理器的优点，但不可迷信64bit。
内存这是64位系统最显著的优点，它可以使用超过4GB的内存。大多数新的台式机和笔记本电脑至少拥有4GB的内存。问题是，像Vista和Win 7的32位版本只能够用大约3GB的内存。相比之下，64位的Windows 不仅可以利用高达192GB的内存，还能够使用的内存映射取代BIOS的功能，从而使操作系统真正使用完整的4GB的。因此，如果您安装Win7 x64，对于有的4GB内存的机器你不会浪费1GB内存。[1]
操作系统概论
第一章 操作系统概论
1.1 什么是操作系统 1.2 多道程序设计的概念 1.3 操作系统的功能和主要特征 1.4 操作系统的结构 1.5 操作系统的分类
1.1 什么是操作系统
一、计算机系统组成
第一章 操作系统概论
中央处理机（CPU）
内存
I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）
外部设备
存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）
其它设备（MODEM、通信口）
系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）
应用软件 （CAD、MIS、用户自己开发的系统等）
工具软件（软、硬件检测疹断程序）
1.1 什么是操作系统
一、计算机系统组成
第一章 操作系统概论
1.1 什么是操作系统
二、软件与硬件的关系
第一章 操作系统概论
硬件是计算机系统的基础， 软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机
第一章 操作系统概论
文件管理
（2）由于文件都存放在外存，要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配， 哪些为待分配。
（3）制定文件存储空间的分配策略，实施具体 的分配和回收。
（4）确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
（5）提供一系列文件使用命令，以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
宏观上并行：从宏观上看，它们在同时执行。 微观上串行：从微观上看，它们在交替、穿插地执
1.1 什么是操作系统 1.2 多道程序设计的概念 1.3 操作系统的功能和主要特征 1.4 操作系统的结构 1.5 操作系统的分类
1.1 什么是操作系统
一、计算机系统组成
第一章 操作系统概论
中央处理机（CPU）
内存
I/O设备（键盘、显示器、打字机、鼠标）
外部设备
存储设备（硬盘、软盘、光盘、磁带）
其它设备（MODEM、通信口）
系统软件（操作系统、语言编译器、数据库管理系统）
应用软件 （CAD、MIS、用户自己开发的系统等）
工具软件（软、硬件检测疹断程序）
1.1 什么是操作系统
一、计算机系统组成
第一章 操作系统概论
1.1 什么是操作系统
二、软件与硬件的关系
第一章 操作系统概论
硬件是计算机系统的基础， 软件是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机
第一章 操作系统概论
文件管理
（2）由于文件都存放在外存，要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配， 哪些为待分配。
（3）制定文件存储空间的分配策略，实施具体 的分配和回收。
（4）确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
（5）提供一系列文件使用命令，以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
宏观上并行：从宏观上看，它们在同时执行。 微观上串行：从微观上看，它们在交替、穿插地执
JG第1章 操作系统引论
• •
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§1.1 操作系统的目标、作用和模型（12）
§1.1 操作系统的目标、作用和模型
用户接口 （命令接口、程序接口、图形用户接口） 对对象操纵和管理的软件集合
（处理机管理软件、存储器管理软件、设备管理软件、文件管理软件） 操作系统对象 （处理机、存储器、设备、文件） OS层次模型
最底层是OS操纵和管理的对象。包括以下几类：一个 或多个处理器，存储器系统，各类I/O设备以及文件和作业。 中间层是操作系统的核心部分，包括对处理机、存储器、 设备、文件的管理及一部分对作业进行管理的功能。 最高层是为方便用户使用OS和利用OS所提供的各种功 能和服务，向用户提供三种接口：命令接口、程序接口、图 形用户接口。
操作系统是控制பைடு நூலகம்管理着所有系统资源包括硬件和软件对计算机使用者提供了一种良好的操作环境也为其它各种应用系统提供了最基本的支撑环境使整个计算机系统达到最大的吞吐量尽可能提高系统运行效率和系统资源利用率的一组软件集12操作系统的发展过程和分类112操作系统的发展过程和分类121推动操作系统发展的主要动力1不断提高计算机资源利用率的需要计算机系统在初期特别昂贵千方百计地提高计算机系统中各种资源的利用率成为推动os发展的最初动力
§1.1 操作系统的目标、作用和模型（8）
§1.1 操作系统的目标、作用和模型
计算机系统中的硬件和软件资源归纳 起来可分为四类：处理器、存储器、I/O设 备以及信息 ( 数据和程序 ) 。相应地， OS 的 主要功能也正是针对这四类资源进行有效 的管理，即： （ 1 ）处理机管理：用于分配和控制处 理机； （ 2 ）存储器管理：主要负责内存的分 配与回收； （ 3 ） I/0 设备管理：负责 I/O 设备的分 配与操纵； （ 4 ）文件管理：负责文件的存取、共 享和保护。
操作系统原理第1章操作系统概论
• ⑵对等模式（Peer-to-Peer），各个站点是对等的，它既可作为客户也 可作为服务。
• 常用的网络操作系统有Novell公司的Netware、Windows 98/ME、 Windows 2000/XP/2003、Linux等。
1.1.1操作系统和网络操作系统
•⒈操作系统的定义 •操作系统（Operating System，简称OS） 是负责控制、管理和调度计算机系统软 硬件资源的系统软件，控制并协调多个 任务的活动，并向用户提供方便用户的 接口、应用支撑平台和工作环境。
• 操作系统的工作与硬件相关、与应用无直接关系。 • 给用户以方便、效率、安全，给系统以高效和稳定。 • 操作系统是计算机系统必不可少的重要的软件。
2
• 参考书：
• 1 William Stailing.Operating Systems Internals and design Principles. Prentice Hall.1998
• 2 Abraham Silberschatz，Peter Baer Galvin，Greg Gagne.Operating System Concepts．John Wiley&Sonslnc．2000
•响应时间：如果系统中有n个同时性用 户，每个用户终端轮转服务一次所需的 时间为分时系统的响应时间t，t=n×q
来自百度文库
• 常用的网络操作系统有Novell公司的Netware、Windows 98/ME、 Windows 2000/XP/2003、Linux等。
1.1.1操作系统和网络操作系统
•⒈操作系统的定义 •操作系统（Operating System，简称OS） 是负责控制、管理和调度计算机系统软 硬件资源的系统软件，控制并协调多个 任务的活动，并向用户提供方便用户的 接口、应用支撑平台和工作环境。
• 操作系统的工作与硬件相关、与应用无直接关系。 • 给用户以方便、效率、安全，给系统以高效和稳定。 • 操作系统是计算机系统必不可少的重要的软件。
2
• 参考书：
• 1 William Stailing.Operating Systems Internals and design Principles. Prentice Hall.1998
• 2 Abraham Silberschatz，Peter Baer Galvin，Greg Gagne.Operating System Concepts．John Wiley&Sonslnc．2000
•响应时间：如果系统中有n个同时性用 户，每个用户终端轮转服务一次所需的 时间为分时系统的响应时间t，t=n×q
来自百度文库
操作系统导论-答案
一、判断题(（每题1 分，共10分）
1．分时系统中，时间片设置得越小，则平均响应时间越短。错
2．信号量的初值不能为负数。对
3．多个进程可以对应于同一个程序,且一个进程也可能会执行多个程序。对4．作业的控制方式有脱机方式、联机控制方式和终端控制方式。错
5．在可变分区存储管理方案中，作业的大小只受主存加辅存之和大小的限制，可以实现虚拟存储管理系统。错
6．多道批处理系统是指那些系统中有多个CPU同时处理作业的系统。错
7．设备的独立性是指系统具有使用不同设备的能力。错
8．请求分页系统中，一条指令执行期间产生的缺页次数可能会超过4次。对9．一个进程正在临界区中间执行时，不能被中断。错
10．在引入线程的OS中，线程是资源分配和调度的基本单位。对
二、单项选择题（每小题1分，共20分）
1．（D）不是基本的操作系统。
A．批处理操作系统B．分时操作系统C．实时操作系统D．网络操作系统
2．（C）不是分时系统的基本特征：
A．同时性B．独立性C．实时性D．交互性
3．处理器执行的指令被分成两类，其中有一类称为特权指令，它只允许（C）使用。
A．操作员B．联机用户C．操作系统
D．目标程序
4．当用户程序执行访管指令时，中断装置将使中央处理器（B）工作。
A．维持在目态B．从目态转换到管态
C．维持在管态D．从管态转换到目态
5．进程所请求的一次打印输出结束后，将使进程状态从（D）
A．运行态变为就绪态B．运行态变为等待态
C．就绪态变为运行态D．等待态变为就绪态
6．采用动态重定位方式装入的作业，在执行中允许（C）将其移动。
A．用户有条件地B．用户无条件地
第一章 操作系统导论
1.1.1 计算机系统
2. 主存储器和高速缓冲存储器
高
寄存器 存 取 速 度 高速缓存
存 储 容 量
主存储器 大
磁盘 磁带 光盘 …
图1-2 存储器层次结构图
1.1.1 计算机系统
3. 指令执行过程
不允许中断 取下一条指令 执行指令 允许中断 检查并初始化 中断处理机构
开始
结束
图1-3 处理器执行指令过程
异步（asynchronism ）
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：分时系统中，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 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） 因为不确定性，在设计OS时，要充分考虑各种可能 性，以便稳定、安全、高效地达到并发和资源共享
1.1.3 操作系统的功能 • 1. 用户和用户程序与计算机之间的接口 • 2. 资源管理
�处理器管理 �存储管理 �文件管理 �设备管理
• 3. 控制和协调程序的运行
1.1.3 操作系统的功能 用户接口
管理目标：提供一个友好的用户访问操作系统 的接口。操作系统向上提供两种接口
系统命令：供用户用于组织和控制自己的作业运行。 命令行、菜单式 编程接口：供用户程序和系统程序调用操作系统功能。 系统调用和高级语言库函数 通过这些命令和调用，向OS提出申请，由OS调用内 部功能来完成
《操作系统原理》 第一章 导论
OS 硬件
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23
操作系统课程讲义
课程导论
操作系统的作用
绝大多数从 业人员
最专业的 底层设计 人员
版权所有，转载请注明出处
24
操作系统课程讲义
课程导论
操作系统发展历程简介
操作系统出现与发展的本质目的
充分利用硬件， 充分利用硬件，提供更好的服务
基本的硬件发展历程
大型机时代——PC机时代——后PC时代 大型机时代——PC机时代——后PC时代 ——PC机时代——
重大失败：OS与计算机软件设计的危机 重大失败：OS与计算机软件设计的危机
MULTICS系统：1963年开始研发，拖延至1969年发布 MULTICS系统：1963年开始研发，拖延至1969年发布 系统 年开始研发 1969 OS/360系统 发布时就带着已知的1000多个Bug 系统： 1000多个 IBM OS/360系统：发布时就带着已知的1000多个Bug
内存管理方式的变迁——虚拟存储 内存管理方式的变迁——虚拟存储 —— 各种虚拟存储方法的实现与管理
文件系统（2.5周） 文件系统（2.5周
文件、 文件、目录等基本概念 文件系统的安全与保护机制 磁盘空间管理
版权所有，转载请注明出处
13
操作系统课程讲义
课程导论
OS案例分析内容分布 OS案例分析内容分布
相关主题
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2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 8
计算机系统的组成
软件 计算机系统 (层次结构)
应用软件 系统软件
编辑程序/ 汇编程序/编译程序/ 数据库管理系统 操作系统
硬件及固件（裸机）
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
9
操作系统在计算机系统中的地位
应用用户 应用开发人员 应用软件 系统工具 操作系统 计算机硬件
《 操 作 系 统 》
2016年11月5日星期六
主讲教师：翟高寿（副教授）
联系电话：010-51683610 (办) 电子邮件：zhaigaoshou@sohu.com 制作人：翟高寿 制作单位：北京交通大学计算机学院
北京交通大学计算机学院 1
教学目标
全面、系统地介绍计算机操作 系统的体系结构、实现机理及 相关方法和技术，培养广大学 生在系统软件开发方面的理论 基础及技术素养。
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 21
操作系统举例
MS DOS Windows UNIX Linux Novell Netware
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
22
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
操作系统的作用(3) 用作扩充机器（或虚拟机）
在裸机上添加处理机管理、存储 管理、设备管理、文件管理、作 业管理、图形化用户接口等功能， 使计算机系统功能显著增强、使 用更为方便
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
15
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 25
推动操作系统发展的主要动力
北京交通大学计算机学院 34
顺序性
单道性
2016年11月5日星期六
1.2 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 12
操作系统的作用(1) 用户与计算机硬件系统之间的接口
命令方式（操作系统外壳）
面向一般用户 命令行/菜单式/命令脚本式/图形用户接口
系统调用方式（操作系统内核）
面向程序开发人员 形式上类似于过程调用，编制程序中使用
北京交通大学计算机学院 13
2016年11月5日星期六
操作系统的作用(2) 计算机系统资源的管理者
管理对象
处理器、存储器、外围设备以及信息（数据 和软件） 资源的分配、回收和访问操作 记录资源的当前状态（数量和使用情况）、 相应管理策略（共享、保护及用户权限）
北京交通大学计算机学院 14
管理内容
2016年11月5日星期六
CPU与I/O设备间矛盾
缓和途径
2016年11月5日星期六
脱机输入输出技术
输入设备 外围机
Input 磁带
Input 磁带
主机
(处理机/内存)
Output 磁带
Output 磁带
2016年11月5日星期六
外围机
输出设备
北京交通大学计算机学院
30
1.2 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
进程管理 存储管理 设备管理 文件系统 系统接口
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
4
教材
计算机操作系统 汤子瀛 哲凤屏 汤小丹 西安电子科技大学出版社
参考教材
计算机操作系统教程 张尧学 史美林 操作系统教程 陈向群 杨芙清 Windows操作系统原理 尤晋元 史美林 陈向群 操作系统基础 屠立德 屠祁 操作系统教程 孙仲秀 操作系统教程-原理和实例分析 孟静 清华大学出版社 北京大学出版社 机械工业出版社 清华大学出版社 高等教育出版社 高等教育出版社 Applied Operating System Concept Abrahan Silberschatz 高等教育出版社
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 2
先修课程与后续课程
先修课程：
数据结构、汇编语言、C语言、 计算机组成原理
后续课程：
操作系统实践
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 3
课程主要内容
系统结构
操作系统的功能
•管理系统软硬件资源
•扩展计算机的功能 •向用户提供服务
北京交通大学计算机学院 39
无序性
调度性
2016年11月5日星期六
多道批处理系统优缺点
优点
系统资源利用率高 系统吞吐量大
缺点：
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 16
操作系统的组成及层次模型
用户接口
（命令接口、程序接口、图形用户接口）
对对象进行操纵和管理的软件集合
（处理机/存储器/设备/文件/作业管理软件）
操作系统对象
（处理机、存储器、设备、文件和作业）
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
17
操作系统的定义
操作系统是最基本的系统软件， 是一组有效管理和控制计算机 硬件和软件资源、合理地对各 类作业进行调度以组织和控制 系统工作流程，并方便用户使 用计算机的程序的集合。
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
20
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院
32
单道批处理系统的处理流程
开始 否
还有作业？
停止
是 把下一道作业的源程序转换为目标程序 源程序有错？ 是
否 装配目标程序
运行目标程序
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 33
单道批处理系统的特征
自动性
磁带上的一批作业能自动地逐个依次执行， 而无需人工干预 磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各道 作业完成地顺序与它们进入内存的顺序完全 一致 监督程序每次仅从磁带上调入一道程序进入 内存运行，仅当该程序完成或发生异常情况 时，才调入其后继程序进入内存运行
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机பைடு நூலகம்院 5
教材内容删减说明
第三章
3.3
处理机调度与死锁
实时调度 3.4 多处理机系统中的调度
第五章
5.6
设备管理
磁盘存储器管理
第八章
网络操作系统 第九章 系统安全性 第十章 UNIX系统内核结构
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 6
多道程序运行情况
A 再次被调度 I/O 请求 程序 A 计算 I/O 操作 I/O 请求 计算 I/O 完成 A 完成 计算 I/O完成 B再次被调度 计算
I/O 完成且 C 完成
程序 B
I/O 操作 I/O 请求 计算
程序 C
I/O 操作 I/O 请求 计算
程序 D
I/O 操作
调度程序 时间
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 37
第一章 操作系统引论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展 1.3 操作系统的功能 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统的结构设计 1.6 常用操作系统设计技术要领
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 7
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
可扩充性
开放性
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，实现应用程序可移植性和互操作性
北京交通大学计算机学院 11
2016年11月5日星期六
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 10
操作系统 开发人员
操作系统的设计目标
方便性
提供用户接口，使计算机系统更方便使用 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 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
有效性
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 31
单道批处理系统
为解决人机矛盾和CPU与I/O设备速率不
匹配的矛盾而形成，也即其旨在提高系统 资源的利用率和系统吞吐量 把一批作业以脱机输入方式输入到磁带上， 并在系统所配置的监督程序的控制下使这 批作业能一个接一个地自动依次连续处理。 系统对作业的处理成批进行，但在内存中 始终之保存着一道作业
不断提高计算机资源利用率和系统 性能的需要 改善和方便用户使用计算机的需要 适应器件不断更新换代的需要 适应计算机体系结构不断发展变化 的需要
北京交通大学计算机学院 26
2016年11月5日星期六
1.2 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 27
人工操作方式
1946
~ 50年代中期 计算机资源昂贵、集中计算 工作方式
用户：同时兼有程序员/操作员双重身份 输入输出：纸带或卡片 编程语言：机器语言
工作特点
用户独占全部资源，资源利用率低
计算前后，CPU因等待人工操作而空闲
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 28
史前速度矛盾及缓和途径
人机矛盾
人工操作方式与资源利用率之间的矛盾 伴随CPU速度提高、系统规模的扩大而日趋严重
CPU速度迅速提高而I/O设备速度提高缓慢 通道技术、中断技术、缓冲技术 脱机输入输出技术 专门的操作员及批处理技术
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多道批处理系统作业处理过程
运行 完成
作业调度 用户 提交 收容 就绪 执行 作业录入 作业调度 等待
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
38
多道批处理系统特征
多道性
内存中同时驻留多道程序，并允许并发 执行
多个作业完成的先后次序与它们进入内 存的顺序之间，并无严格的对应关系 作业调度 进程调度
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 35
多道程序设计基本概念
单道批处理系统缺陷
系统资源空闲问题
多道程序设计技术
作业后备队列/作业调度算法/系统资源共享
包括CPU、内存和I/O设备在内的系统资源
利用率的提高 系统吞吐量增加
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 36
操 作 系 统 层 次 模 型 细 化
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 18
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 19
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 23
第一章 操作系统引论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展 1.3 操作系统的功能 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统的结构设计 1.6 常用操作系统设计技术要领
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 24
1.2 操作系统的发展
计算机系统的组成
软件 计算机系统 (层次结构)
应用软件 系统软件
编辑程序/ 汇编程序/编译程序/ 数据库管理系统 操作系统
硬件及固件（裸机）
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
9
操作系统在计算机系统中的地位
应用用户 应用开发人员 应用软件 系统工具 操作系统 计算机硬件
《 操 作 系 统 》
2016年11月5日星期六
主讲教师：翟高寿（副教授）
联系电话：010-51683610 (办) 电子邮件：zhaigaoshou@sohu.com 制作人：翟高寿 制作单位：北京交通大学计算机学院
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教学目标
全面、系统地介绍计算机操作 系统的体系结构、实现机理及 相关方法和技术，培养广大学 生在系统软件开发方面的理论 基础及技术素养。
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操作系统举例
MS DOS Windows UNIX Linux Novell Netware
2016年11月5日星期六
北京交通大学计算机学院
22
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
操作系统的作用(3) 用作扩充机器（或虚拟机）
在裸机上添加处理机管理、存储 管理、设备管理、文件管理、作 业管理、图形化用户接口等功能， 使计算机系统功能显著增强、使 用更为方便
2016年11月5日星期六
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15
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 25
推动操作系统发展的主要动力
北京交通大学计算机学院 34
顺序性
单道性
2016年11月5日星期六
1.2 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 12
操作系统的作用(1) 用户与计算机硬件系统之间的接口
命令方式（操作系统外壳）
面向一般用户 命令行/菜单式/命令脚本式/图形用户接口
系统调用方式（操作系统内核）
面向程序开发人员 形式上类似于过程调用，编制程序中使用
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2016年11月5日星期六
操作系统的作用(2) 计算机系统资源的管理者
管理对象
处理器、存储器、外围设备以及信息（数据 和软件） 资源的分配、回收和访问操作 记录资源的当前状态（数量和使用情况）、 相应管理策略（共享、保护及用户权限）
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管理内容
2016年11月5日星期六
CPU与I/O设备间矛盾
缓和途径
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脱机输入输出技术
输入设备 外围机
Input 磁带
Input 磁带
主机
(处理机/内存)
Output 磁带
Output 磁带
2016年11月5日星期六
外围机
输出设备
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1.2 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
进程管理 存储管理 设备管理 文件系统 系统接口
2016年11月5日星期六
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4
教材
计算机操作系统 汤子瀛 哲凤屏 汤小丹 西安电子科技大学出版社
参考教材
计算机操作系统教程 张尧学 史美林 操作系统教程 陈向群 杨芙清 Windows操作系统原理 尤晋元 史美林 陈向群 操作系统基础 屠立德 屠祁 操作系统教程 孙仲秀 操作系统教程-原理和实例分析 孟静 清华大学出版社 北京大学出版社 机械工业出版社 清华大学出版社 高等教育出版社 高等教育出版社 Applied Operating System Concept Abrahan Silberschatz 高等教育出版社
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先修课程与后续课程
先修课程：
数据结构、汇编语言、C语言、 计算机组成原理
后续课程：
操作系统实践
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课程主要内容
系统结构
操作系统的功能
•管理系统软硬件资源
•扩展计算机的功能 •向用户提供服务
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无序性
调度性
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多道批处理系统优缺点
优点
系统资源利用率高 系统吞吐量大
缺点：
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操作系统的组成及层次模型
用户接口
（命令接口、程序接口、图形用户接口）
对对象进行操纵和管理的软件集合
（处理机/存储器/设备/文件/作业管理软件）
操作系统对象
（处理机、存储器、设备、文件和作业）
2016年11月5日星期六
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操作系统的定义
操作系统是最基本的系统软件， 是一组有效管理和控制计算机 硬件和软件资源、合理地对各 类作业进行调度以组织和控制 系统工作流程，并方便用户使 用计算机的程序的集合。
2016年11月5日星期六
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20
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院
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单道批处理系统的处理流程
开始 否
还有作业？
停止
是 把下一道作业的源程序转换为目标程序 源程序有错？ 是
否 装配目标程序
运行目标程序
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 33
单道批处理系统的特征
自动性
磁带上的一批作业能自动地逐个依次执行， 而无需人工干预 磁带上的各道作业是顺序地进入内存，各道 作业完成地顺序与它们进入内存的顺序完全 一致 监督程序每次仅从磁带上调入一道程序进入 内存运行，仅当该程序完成或发生异常情况 时，才调入其后继程序进入内存运行
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机பைடு நூலகம்院 5
教材内容删减说明
第三章
3.3
处理机调度与死锁
实时调度 3.4 多处理机系统中的调度
第五章
5.6
设备管理
磁盘存储器管理
第八章
网络操作系统 第九章 系统安全性 第十章 UNIX系统内核结构
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 6
多道程序运行情况
A 再次被调度 I/O 请求 程序 A 计算 I/O 操作 I/O 请求 计算 I/O 完成 A 完成 计算 I/O完成 B再次被调度 计算
I/O 完成且 C 完成
程序 B
I/O 操作 I/O 请求 计算
程序 C
I/O 操作 I/O 请求 计算
程序 D
I/O 操作
调度程序 时间
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 37
第一章 操作系统引论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展 1.3 操作系统的功能 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统的结构设计 1.6 常用操作系统设计技术要领
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 7
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
可扩充性
开放性
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，实现应用程序可移植性和互操作性
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2016年11月5日星期六
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 10
操作系统 开发人员
操作系统的设计目标
方便性
提供用户接口，使计算机系统更方便使用 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 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
有效性
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 31
单道批处理系统
为解决人机矛盾和CPU与I/O设备速率不
匹配的矛盾而形成，也即其旨在提高系统 资源的利用率和系统吞吐量 把一批作业以脱机输入方式输入到磁带上， 并在系统所配置的监督程序的控制下使这 批作业能一个接一个地自动依次连续处理。 系统对作业的处理成批进行，但在内存中 始终之保存着一道作业
不断提高计算机资源利用率和系统 性能的需要 改善和方便用户使用计算机的需要 适应器件不断更新换代的需要 适应计算机体系结构不断发展变化 的需要
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2016年11月5日星期六
1.2 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 无操作系统时的计算机系统 1.2.3 单道批处理系统 1.2.4 多道批处理系统 1.2.5 分时系统 1.2.6 实时系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 27
人工操作方式
1946
~ 50年代中期 计算机资源昂贵、集中计算 工作方式
用户：同时兼有程序员/操作员双重身份 输入输出：纸带或卡片 编程语言：机器语言
工作特点
用户独占全部资源，资源利用率低
计算前后，CPU因等待人工操作而空闲
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 28
史前速度矛盾及缓和途径
人机矛盾
人工操作方式与资源利用率之间的矛盾 伴随CPU速度提高、系统规模的扩大而日趋严重
CPU速度迅速提高而I/O设备速度提高缓慢 通道技术、中断技术、缓冲技术 脱机输入输出技术 专门的操作员及批处理技术
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多道批处理系统作业处理过程
运行 完成
作业调度 用户 提交 收容 就绪 执行 作业录入 作业调度 等待
2016年11月5日星期六
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多道批处理系统特征
多道性
内存中同时驻留多道程序，并允许并发 执行
多个作业完成的先后次序与它们进入内 存的顺序之间，并无严格的对应关系 作业调度 进程调度
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 35
多道程序设计基本概念
单道批处理系统缺陷
系统资源空闲问题
多道程序设计技术
作业后备队列/作业调度算法/系统资源共享
包括CPU、内存和I/O设备在内的系统资源
利用率的提高 系统吞吐量增加
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 36
操 作 系 统 层 次 模 型 细 化
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 18
1.1 什么是操作系统
1.1.1 操作系统的地位和目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 操作系统的组成及层次模型 1.1.4 操作系统的定义 1.1.5 操作系统举例
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 19
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第一章 操作系统引论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展 1.3 操作系统的功能 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统的结构设计 1.6 常用操作系统设计技术要领
2016年11月5日星期六 北京交通大学计算机学院 24
1.2 操作系统的发展