ch1.0操作系统概述

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1.1 人造的操作系统



操作系统简单的说就是管理计算机的软硬件资源从 而让计算机协调正确地为用户工作。 操作系统的管理方法大都起源于人类社会，例如， 管理内存就像管理一个仓库一样。 如同人类社会中的管理方法并不唯一，操作系统中 的管理方法也是多样化的，这些方法没有对错，只 有不同的适用性和性能上的优劣之分。 操作系统是一个人造的系统，可以按照人造物的特 点来进行后续内容的学习，从而更好地理解和掌握 操作系统原理。
计算机的价格是极其昂贵的， CPU 的时间 是非常宝贵的，尽可能提高 CPU 的利用率 成为十分迫切的任务 摆脱人的手工操作，实现作业的自动过渡

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1.3.2 批处理操作系统
批处理（batch processing）系统的工作过 程：用户将作业交交到机房，操作员将一 批作业输入到辅存（如磁带）上，形成一 个作业队列。当需要调入作业时，监督程 序（操作系统的雏形称为监督程序）从这 一批中选一道作业调入内存运行。当这一 作业完成时，监控程序调入另一道程序， 直到这一批作业全部完成。

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
人造的操作系统 什么是操作系统 操作系统的发展和分类 操作系统的基本特征 操作系统的结构
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1.1 人造的操作系统



在学习计算机操作系统的具体原理前，首先 要了解的是：什么是计算机的根本特征？ 所有的东西可以划分为两类：一类是本来就 存在于自然中，人类所做的只不过是发现--自然存在的事物；另一类是本来并不存在， 人类所做的是发明---人造事物。 从这个思维模式上看，计算机毫无疑问就是 人造事物。即计算机的根本特征是“人造”。
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为了进一步提高资源的利用率和系统 中作业的吞吐量，在60年代中期，引 入了多道程序设计技术，由此而形成 了多道批处理（Multi-programmed batch processing）系统。
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1.3.3 多道批处理操作系统
操作系统发展史上革命性变革。
多道程序设计技术：在内存中放多
道程序 , 使它们在管理程序的控制下 相互穿插地运行。 在批处理系统中采用多道程序设计 技术，就形成了多道批处理系统
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存储管理
内存分配 内存共享 地址转换与存储保护 内存扩充
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设备管理
输入输出设备的分配和管理 设备传输控制 设备独立性

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文件系统管理
把程序和数据统称为信息或文件 文件存储空间管理
提供文件逻辑组织方法、
文件物理 组织方法、 文件的存取方法、 文 件的使用方法、实现文件的目录管 理、存取控制等
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1人工把源程序用穿孔机穿制在卡片或纸带上 2将准备好的汇编程序或编译系统装入计算机 3 汇编程序或编译系统读入人工装在输入机上 的穿孔卡或穿孔带 4 执行汇编过程或编译过程，产生目标程序， 并输出目标卡片或纸带 5 通过引导程序把装在输入机上的目标程序读 入计算机 6 启动目标程序执行，从输入机上读入人工装 好的数据卡或数据带 7 产生计算结果，执行结果从打印机上或卡片 机上输出
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手工操作的缺点



手工操作多，浪费处理机时间，也极易发生 差错 用户上机独占全机资源，造成资源利用率不 高，系统效率低下 数据的输入，程序的执行、结果的输出均联 机进行，从上机到下机的时间拉得非常长
随着计算机硬件的发展，手工操作的慢速度 和计算机的高速度之间形成了矛盾
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1.3.2 批处理操作系统
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单道批处理的主要问题 CPU和I/O设备的运行是串行的，即在程序进行输 入输出时，CPU只能等待，不能执行别的程序。这 种让高速设备等待低速设备的状况令人颇感痛心 能否将CPU和I/O进行并发呢？即在一个程序输入 输出时，让另一个程序继续执行。换句话说，能 否将CPU运行和输入输出设备的运行重叠起来改善 整个系统的效率呢？CPU和I/O重叠需要我们将多 个程序同时加载到计算机内存里，从而出现了多 道程序设计技术
手工操作。 50年代末－60年代中：第二代晶体管，批 处理系统。 60年代中－70年代中：第三代集成电路, 多道程序设计。 70年代中－现在：第四代（超）大规模集 成电路。分时系统，实时系统，分布系统 等。
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1.3.1 手工操作阶段
在第一代计算机时期，构成计算机的主要 元器件是电子管，计算机运算速度慢（只 有几千次/秒），计算机上没有操作系统， 甚至没有任何软件。用户直接用机器语言 编制程序，并在上机时独占全部计算机资 源。用户既是程序员，又是操作员。上机 完全是手工操作
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1.1 人造的操作系统
计算机学科就是一个人造学科。人造学科有四个特点： 不精确、具有相对性。在人造的学科里，没有什么 绝对的对或者错，而只有所谓的“优”或“劣”。 从对人类活动的观察中导出其原理和方法。人造学 科是从“对人类活动的观察”得到灵感的。 依赖于人的主观判断力。在人造学科里，不同的人 观察同样的现象，得出的结论或抽象出的东西可能 不一样。多数人所认同的抽象就将成为人造学科里 的标准，即存在少数服从多数的原则。 通常符合人的直觉。人造学科里面的许多原理与人 的直觉直接呼应，即如果我们按照人的直觉去理解 这些原理，就会十分直截了当。
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1.2 什么是操作系统
Operating Surgeon— 手术中的主刀大夫 Operating System— 掌控局势的系统

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1.2.1 操作系统的概念


任何一个计算机系统都配置一种或多种OS 计算机的硬件和软件以及应用之间是一种 层次结构的关系。裸机在最里层，它的外 面是OS，经过OS提供的各种服务功能把裸 机改造为功能更强、使用更为方便的机器 －虚拟机 各种应用程序运行在OS上，以OS为支撑环 境，同时又向用户提供各种服务11来自1.2.2 操作系统的功能
OS是随着计算机技术本身及其应用的日益 发展而逐渐发展和不断完善的 处理机管理 存储管理 设备管理 文件系统管理 用户接口
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处理机管理


在多道程序或多用户的情况下，要组织 多个作业或进程同时运行，允许多个程 序共享处理机，就要解决对处理机分配 调度策略、分配实施和资源回收等问题 正是由于操作系统对处理机管理策略的 不同，其提供的作业处理方式也就不同， 例如批处理方式、分时处理方式和实时 处理方式

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批处理操作系统的重要实例有 IBM 开
发的FORTRAN 监视系统FMS；IBM开发 的基于磁带的工作监控系统 IBSYS， 用于 IBM 7090 和 7094 ；密歇根大学 开发的 UMES （密歇根大学执行体系 统），用于IBM7094。 实现了作业的自动过渡，改善和提 高了计算机系统的处理能力。
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要解决的技术问题：
并发运行的程序要共享计算机系统的硬
件和软件资源，既有对资源的竞争，又 须相互同步。因此同步与互斥机制成为 操作系统设计中的重要问题。 随着多道程序的增加，出现了内存不够 用的问题，提高内存的使用效率也成为 关键。因此出现了诸如覆盖技术、交换 技术和虚拟存储技术等内存管理技术。 由于多道程序存在于内存，为了保证系 统程序存储区和各用户程序存储区的安 全可靠，提出了内存保护的要求。
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典型的多道批处理操作系统是IBM的 OS/360,它运行在IBM的第三代计算机 System/360、System/370、 System/4300等之上。
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1.3.4 分时操作系统
推动分时系统形成的主要动力是用
户的需要：交互、共享主机 此外CPU的速度不断提高，提供了可 能---分时技术
图示
终 端
主机
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分时操作系统（Time Sharing Operating System）一般采用时间片 轮转的方式，使一台计算机为多个终 端用户服务。对每个用户能保证足够 快的响应时间，并提供交互会话能力。
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分时系统的特征
交互性：可人机对话，用户可以在程 序动态运行情况下对其加以控制；用 户上机提交作业方便 多用户同时性：共享CPU和其他资源， 充分发挥系统的效率。 独立性：每一用户独占一个终端。 及时性：用户的请求能在很短的时间 内获得响应
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监督程序（monitor）： 自动控制和处理作业流 提供一套操作命令 提供设备驱动和I/O控制功能 提供库程序和程序装配功能 提供简单的文件管理功能
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这时的 OS 仍然只能在同一时间段内执行 一个程序，但此时文件的概念已经出现。 为什么？ 因为磁带上的多个用户程序必须以某种 方式进行隔离，这需要一个抽象的东西 来区分一下。这个抽象的东西就是文件。 除了文件管理外，此时的操作系统还能 够管理读卡机，磁带，打印机等。此时 操纵系统的任务就是加载一个程序、运 行、打印结果，然后执行下一个程序。
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操作系统：（是什么）是计算机系统中的一个 系统软件，是一些程序模块的集合 —（干 什么）它们管理和控制计算机系统中的软硬 件资源，合理的组织计算机的工作流程， （为什么）以便有效的利用这些资源为用户 提供一个功能强大、使用方便和可扩展的工 作环境，从而在计算机与其用户之间起到接 口的作用。
操作系统
Operating System
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Operating System





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操作系统概述 操作系统用户界面 进程管理 处理机调度 存储管理 设备管理 文件系统管理 Linux操作系统原理 多核结构下的操作系统
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第一章 操作系统概述



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1.3 操作系统的发展和分类

操作系统的产生