操作系统讲稿-1

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2.操作系统发展阶段 操作系统发展阶段
第一代（ 电子管时代， 第一代（1946-1955年）：电子管时代，无操作系统 年）：电子管时代 第二代（ 晶体管时代， 第二代（1955-1965年）：晶体管时代，批处理系统 年）：晶体管时代 第三代（ 集成电路时代， 第三代（1965-1980年）：集成电路时代，多道程序设计 年）：集成电路时代 第四代（ 至今）：大规模和超大规模集成电路时代， 第四代（1980年-至今）：大规模和超大规模集成电路时代， 年 至今）：大规模和超大规模集成电路时代 分时系统。 分时系统。
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3.操作系统分类 3.操作系统分类
操作系统的分类 根据应用领域来划分
桌面操作系统、服务器操作系统、主机操作系统、 桌面操作系统、服务器操作系统、主机操作系统、嵌入式操作 系统
根据所支持的用户数目来划分
单用户（MSDOS、OS/2)、多用户系统（UNIX、Windows) 单用户（ 、 、多用户系统（ 、
多道批处理系统(multiprogramming system) 多道批处理系统 在批处理系统中采用多道程序设计技术， 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。 道批处理系统。 内存驻留多个不同的作业 当一个作业等待I/O I/O时 另一个作业可以使用CPU 当一个作业等待I/O时，另一个作业可以使用CPU 优点如下： 优点如下： 提高了资源的利用率 改进了系统的吞吐量 充分发挥了系统的并行性， CPU与I/O并行工作 充分发挥了系统的并行性，使CPU与I/O并行工作 缺点： 缺点： 平均周转时间长 无交互能力
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本课程内容
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 存储管理 第5章 设备管理 第6章 文件管理 第7章 操作系统接口 课程设计) (课程设计)
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第一章 操作系统概述
问题：你知道哪些操作系统？ 问题：你知道哪些操作系统？
2011-12-19
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1.1 操作系统的设计目标与作用
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（1）手工操作
脱机输入输出系统
专门的操作员，批处理， 专门的操作员，批处理，脱机输入输出
联机方式
脱机方式
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（2）单道批处理操作系统
为什么引入？ 为什么引入？
手工操作慢 作业之间转接
单道批处理系统(simple batch processing)
利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批作业 利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列， 磁带把若干个作业分类编成作业执行序列 由一个专门的监督程序（ 由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理 ） 内存始终保持一道作业
（3）定义 ）
操作系统是一种系统软件 操作系统是一种系统软件: 系统软件 管理系统资源 合理组织计算机工作流程 改善人机界面 提供各种服务， 提供各种服务，为用户使用计算机提 供良好运行环境
图1.1 计算机系统的层次结构
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（4）作用 ）
OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口 作为用户与计算机硬件系统之间的接口 OS作为计算机系统资源的管理者 作为计算机系统资源的管理者 OS用作裸机的扩充机器 用作裸机的扩充机器
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分时操作系统（ （4）分时操作系统（续）
分时操作系统特点 多路性（同时性） 多路性（同时性） 交互性 独占性（独立性） 独占性（独立性） 响应时间， 及时性 响应时间，影响响应时间的因素
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（4）分时操作系统（续） 分时操作系统（
分时系统与批处理系统结合
原则：分时优先， 原则：分时优先，批处理在后 前台” “前台”：需频繁交互的作业 后台” “后台”：时间性要求不强的作业
批处理系统 批处理系统 (MVX、DOS/VSE)、分时系统（Linux、UNIX、 、 、分时系统（ 、 、 XENIX）、实时系统（ VRTX、RTOS,RT WINDOWS) ）、实时系统 ）、实时系统（ 、
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4.OS发展过程 4.OS发展过程
（1）无操作系统
手工系统
用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员； 用户：既是程序员又是操作员；用户是计算机专业人员； 编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片； 编程语言：为机器语言；输入输出：纸带或卡片；
根据源码开放程度来划分
开源操作系统（ 开源操作系统（Linux)和不开源操作系统（Windows) 和不开源操作系统（
根据硬件结构来划分
网络操作系统（ 网络操作系统（Netware、Windows NT、OS/2 warp)、 、 、 、 分布式系统)、 分布式系统 、多媒体系统
根据作业处理方式来划分
分时操作系统与批处理操作系统区别
共性： 共性：都基于多道程序设计技术 不同点： 不同点： （1）追求目标不同 ） （2）适应的作业性质不同 ） （3）作业控制的方式不同 ）
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（5）实时操作系统(Real
Time Operating System)
实时操作系统主要用于过程控制、 实时操作系统主要用于过程控制、事务处理等有实时 要求的领域，其主要特征是实时性和可靠性。 要求的领域，其主要特征是实时性和可靠性。 要求：及时响应外部事件， 要求：及时响应外部事件，在规定时间内完成对该事 件的处理， 件的处理，并控制实时任务 分类： 分类： 第一类：实时过程控制（硬实时任务） 第一类：实时过程控制（硬实时任务） 第二类：实时信息处理（软实时任务） 第二类：实时信息处理（软实时任务） 任务的类型： 任务的类型： 周期性实时任务： 周期性实时任务： 非周期性实时任务：截止时间(deadline)，开始截 非周期性实时任务：截止时间 ， 止时间（最晚开始时间）和完成截止时间（最晚完 止时间（最晚开始时间）和完成截止时间（ 成时间） 成时间）
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分时操作系统（ （4）分时操作系统（续）
时间片（ slice） 时间片（time slice） 操作系统将CPU的时间划分成若干个片段,称为 操作系统将CPU的时间划分成若干个片段, CPU的时间划分成若干个片段 时间片 操作系统以时间片为单位, 操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端用户 服务 其特点是利用人的错， 每次服务一个时间片 (其特点是利用人的错， 使人感觉不到) 使人感觉不到)
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（5）实时操作系统（续） 实时操作系统（
实时系统的主要功能 实时时钟管理：提供系统日期和时间、 实时时钟管理：提供系统日期和时间、定时和延 时等时钟管理功能 过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务， 过载保护：缓冲区排队，丢弃某些任务，动态调 整任务周期 高可靠性和安全性：容错能力 如故障自动复位） 能力（ 高可靠性和安全性：容错能力（如故障自动复位） 冗余备份 双机，关键部件） 备份（ 和冗余备份（双机，关键部件） 特征 实时性 可靠性和安全性
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多道程序举例
设有两道程序按A、 的优先次序运行 其内部计算和I/O 的优先次序运行， 设有两道程序按 、B的优先次序运行，其内部计算和 操作的时间如下： 操作的时间如下：
程序A使用 后使用40msI/OA，最后使用 程序 使用30 ms CPU后使用 使用 后使用 ， 20msCPU 程序B使用 使用60 ms CPU后使用 后使用20msI/OB，最后使用 程序 使用 后使用 ， 30msCPU
CPU 程序A 程序A CPU 30 程序B 程序B I/0A 40 等待 程序A 程序A CPU20 程序B 程序B
程序A 程序A 程序B 程序B
进程A 进程A结束↙ CPU 30 进程B 进程B结束↙
等待
CPU 60
I/0B20
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多道程序举例（ 多道程序举例（续2）
(2) 按单道程序运行时需花时间为： 按单道程序运行时需花时间为：
（1）层次模型 ）
是叠加在硬件上的第一层软件， 是叠加在硬件上的第一层软件， 是其他软件和硬件之间的接口 作用与地位
（2）目标 ）
方便性 有效性 扩展性 开放性
用户1
用户2
用户3
…
…
用户n
财务系统 航空订票系统 上网浏览程序 游戏程序 … ） （应用程序） 应用程序 编译程序 汇编程序 编辑程序… 数据库系统 系统程序） （系统程序 ） 操作系统（ 操作系统 OS） （ 计算机硬件
现代计算机正朝着巨型、微型、并行、分布、 现代计算机正朝着巨型、微型、并行、分布、网络和智 能化几个方面发展 手工阶段（无操作系统） 〉 手工阶段（无操作系统）-〉批处理操作系统 -〉多道程序系统 〉 -〉分时操作系统 〉 -〉实时操作系统 -〉网络操作系统 〉 〉 -〉分布式操作系统 -〉嵌入式操作系统 〉 〉
计算机的工作特点
用户独占全机：资源利用率低； 用户独占全机：资源利用率低； CPU等待用户：手工装入纸带或卡片；手工卸取纸带或卡片 等待用户： 等待用户 手工装入纸带或卡片；
缺点
计算机的有效机时严重浪费；效率低。 计算机的有效机时严重浪费；效率低。 机器速度 1万次/秒 60万次/秒 作业在机器上 所运行的时间 1小时 1分钟 人工操作 时间 3分钟 3分钟 手工操作时间 占总运行时间 3/(60+3)=4.7% 3/(1+3)=75%
单道批处理特点
自动性 顺序性 单道性
单道批作业工作流程
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（2）单道批处理操作系统
开始 还有下 一个作业？ 否 停止 是 源程序 有错吗？ 否 运 行 目标程序 装 配 目标程序
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是
把下一个作业的源 程序转换为目标程 序
（3）多道批处理操作系统
引入
单道资源利用率不高 解决办法—— ——多道程序设计技术 解决办法——多道程序设计技术
多道程序设计（ 多道程序设计（multiprogramming）概念 ）
指在计算机内存中同时存放若干道已开始运行尚未结束的程 它们交替运行，共享系统中的各种硬、软件资源， 序，它们交替运行，共享系统中的各种硬、软件资源，从而 使处理机得到充分利用