操作系统 第一章引论
操作系统第一章详解(考研)精品PPT课件
第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
OS 处 于 用 户 与 计 算 机 硬 件 系 统 之 间 ， 用 户 通 过 OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮助下， 能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算机硬件和 运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
(3) 图形、窗口方式：用户通过屏幕上的窗口和 图标来实现与OS的通信，并取得它的服务。（用户 接口）
第一章 操作系统引论
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者
计算机系统资源： 硬件：处理器
I/O软 件 物理接口
硬件 虚机器
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
第一章 操作系统引论
3. OS实现了对计算机资源的抽象
同样，可以再覆盖一层用于文件管理的软 件，由它来实现对文件操作的细节，并向 上提供一组对文件进行存取操作的命令， 方便用户对文件进行存取。
由此可见，OS是铺设在计算机硬件上的 多层系统软件，它们不仅增强了系统的功 能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由 它们实现了对计算机硬件操作的多个层次 的抽象。
第一章 操作系统引论
外围机（卫星机）
外围机：专门用于与I/O设备打交道，完 成面向用户的输入输出（纸带或卡片）， 中间结果暂存在磁带或磁盘上。
第一章 操作系统引论
1.1.1 操作系统的目标
有效性：提高系统资源的利用率；提高系 统的吞吐量（指系统在单位时间内所完成 的总工作量）。
方便性：配置操作系统后可使计算机系统 更容易使用。
(完整版)操作系统知识点整理
第一章操作系统引论操作系统功能：1. 资源管理：协调、管理计算机的软、硬件资源，提高其利用率。
2. 用户角度：为用户提供使用计算机的环境和服务。
操作系统特征：1.并发性：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
2.共享性：资源可供内存中多个并发执行的进程(线程)共同使用3.虚拟性：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在操作系统中，虚拟的实现主要是通过分时使用的方法。
4.异步性：进程是以人们不可预知的速度向前推进，此即进程的异步性客户/服务器模式的优点：1.提高了系统的灵活性和可扩充性2.提高了OS的可靠性3.可运行于分布式系统中微内核的基本功能：进程管理、进程间通信、存储器管理、低级I/O功能。
第二章进程程序和进程区别：程序是静止的，进程是动态的，进程包括程序和程序处理的对象程序顺序执行：顺序性，封闭性，可再现性程序并发执行：间断性，无封闭性，可再现性进程：1.进程是可并发执行的程序的一次执行过程；2.是系统进行资源分配和调度的一个独立的基本单位和实体；3.是一个动态的概念。
进程的特征： 1.动态性：进程是程序的一次执行过程具有生命期；它可以由系统创建并独立地执行，直至完成而被撤消2.并发性；3.独立性；4.异步性；进程的基本状态：1.执行状态；2.就绪状态；3.阻塞状态；进程控制块PCB：记录和描述进程的动态特性，描述进程的执行情况和状态变化。
是进程存在的唯一标识。
进程运行状态： 1.系统态（核心态，管态）具有较高的访问权，可访问核心模块。
2.用户态（目态）限制访问权进程间的约束关系：1.互斥关系进程之间由于竞争使用共享资源而产生的相互约束的关系。
这种因共享资源而产生的制约关系称为进程的互斥。
—间接相互制约关系2.同步关系并发执行进程之间通过在执行时序上的某种限制而达到相互合作的这种约束关系称为进程的同步—直接相互制约关系临界资源：凡是以互斥方式使用的共享资源都称为临界资源。
临界资源具有一次只允许一个进程使用的属性。
(完整word版)(统考02326)操作系统笔记_共83页
第一章引论第一节什么是操作系统(识记)1.计算机系统定义:是按用户的要求接收和存储信息,自动进行数据处理并输出结果信心的系统2.计算机系统构成:硬件系统和软件系统3.硬件系统组成:中央处理器(CPU),主存储器,辅助存储器,各种输入/输出设备二.操作系统1.操作系统定义:是一种管理计算机系统资源,控制程序执行,改善人机界面和为其它软件提供支持的系统软件操作系统的两个主要设计原则2.能使得计算机系统使用方便.3.能使得计算机高效的工作第二节操作系统的形成1.控制台:早期,程序的装入,调试以及控制程序的运行都是程序员通过控制台上的开关来实现2.原始汇编系统:用汇编语言编写的程序称为源程序,它不能直接在机器上执行,只有通过汇编语言解释程序把源程序转换成用机器指令序列表示的目标程序后才能在计算机上运行.3.设备驱动程序:是最原始的操作系统.是一种控制设备工作的程序4.管理程序:是初级的操作系统.是一种能对计算机硬件和软件进行管理和调度的程序5.操作系统:采用了SPOOLING的处理形式SPOOLING又称”斯普林”.从本质上说,SPOOLING是把磁盘作为一个巨大的缓冲器.在一个计算问题开始之前,把计算所需要的程序和数据从读卡机或其它输入设备上预先输入到磁盘上读取程序和数据,同样,对于计算的结果也是先在磁盘上缓冲存放,待计算完成后,再从打印机上打印出该计算问题的所有计算结果第三节操作系统的基本类型按照操作系统提供的服务进行分类,可分为批处理操作系统,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,多机操作系统和嵌入式操作系统等.其中批处理操作系统,分时操作系统,实时操作系统是基本的操作系统一批处理操作系统1.定义:用户为作业准备好程序和数据后,再写一份控制作业执行的说明书.然后把作业说明书连同相应的程序和数据一起交给操作员.操作员将收到一批作业的有关信息输入到计算机系统中等待处理,由操作系统选择作业,并按其操作说明书的要求自动控制作业的执行.采用这种批量化处理作业的操作系统称为批处理操作系统.2.分类●批处理单道系统:一次只选择一个作业装入计算机系统的主存储器运行.批处理多道系统:允许多个作业同时装入主存储器,使中央处理器轮流的执行各个作业,各个作业可以同时使用各自所需要的外围设备3.批处理多道系统优点多道作业并行减少了处理器的空闲时间,既提高了处理器的利用率作业调度可以按一定的组合选择装入主存储器的作业,只要搭配合理作业执行过程中,不再访问低速的设备,而是直接从高速的磁盘上存取信息,从而缩短了作业执行时间,使单位时间内的处理能力得到提高作业成批输入,自动选择和控制i作业执行,减少了人工操作时间和作业交接时间,有利于提高系统的吞吐率●分时操作系统1.定义:能使用户通过与计算机相连的终端来使用计算机系统,允许多个用户同时与计算机系统进行①系列的交互,并使得每个用户感到好像自己独占一台支持自己请求服务的计算机系统.具有这种功能的操作系统称为分时操作系统,简称分时系统2.分时技术:既把CPU时间划分成许多时间片,每个终端用户每次可以使用一个由时间片规定的CPU时间.这样,多个用户就轮流的使用CPU时间,如果某个用户在规定的一个时间片内还没有完成它的全部工作,这时也要把CPU让给其他用户,等待下一轮再使用一个时间片的时间,循环轮转,直至结束.3.分时系统主要特点:同时性.允许多个终端用户同时使用一个计算机系统独立性:用户在各自的终端上请求系统服务,彼此独立,互不干扰及时性:对用户的请求能在较短的时间内给出应答交互性:采用人机对话的方式工作实时操作系统定义:能使计算机系统接受到外部信息后及时处理,并且在严格的规定时间内处理结束,再给出反馈信号的操作系统称为实时操作系统,简称为实时系统1.设计实时系统注意点要及时响应,快速处理实时系统要求高可靠性和安全性,不强求系统资源的利用率第四节操作系统的发展1.单用户微机操作系统:是指早期的微型计算机上运行的操作系统每次只允许一个用户使用计算机2.网络操作系统:为计算机网络配置的操作系统称为网络操作系统.网络操作系统把计算机网络中各台计算机系统有机的联合起来,为用户提供一种统一,经济而有效的使用各台计算机系统的方法,可使各台计算机系统相互间传送数据,实现各台计算机系统之间的通信以及网络中各种资源的共享3.分布式操作系统:为分布式计算机系统配置的操作系统称为分布式操作系统.分布式操作系统能使系统中若干计算机相互协作完成一个共同的任务,或者说把一个计算问题可以分成若干个子计算,每个子计算可以在计算机系统中的各计算机上并行执行4.多机操作系统:为多处理器系统配置的操作系统称为多机操作系统5.嵌入式操作系统:是指运行在嵌入式系统中对各种部件,装置等资源进行统一协调,处理和控制的系统软件(主要特点是微型化和实时性)第五节Unix操作系统简介1.诞生Unix的第一个版本version 1 是AT&TTA公司下属的Bell实验室里两位程序员Ken Thompson和Dennis Ritchie凭兴趣和爱好1969年在一台闲置的PDP-7上开发的.2.特点Unix是一个交互式的分时操作系统Unix系统的源代码公开第六节操作系统的功能1.操作系统的功能:(从资源管理的角度来分)]处理器管理:对CPU进行管理存储管理:对主存储器进行管理文件管理:通过对磁盘进行管理,实现对软件资源进行管理设备管理:对各类输入.输出设备进行管理2.操作系统为用户提供的使用接口程序员接口:通过”系统调用使用操作系统功能(开发者)操作员接口:通过操作控制命令提出控制要求.第二章计算机系统结构简介第一节计算机系统结构一层次结构1.计算机系统构成:硬件系统和软件系统硬件系统构成:中央处理器(cpu),存储器,输入,输出控制系统和各种输入/输出设备软件系统组成:系统软件,支撑软件,应用软件2.层次结构:最内层是硬件系统,最外层是使用计算机系统的人,人与硬件系统之间是软件系统.软件系统又依次为系统软件-支撑软件应用软件二.系统工作框架1.引导程序:进行系统初始化,把操作系统中的核心程序装入主存储器,并让操作系统的核心程序占用处理器执行.2.操作系统核心程序:完成自身的初始工作后开始等待用户从键盘或鼠标输入命令,每接受一条命令就对该命令进行处理第二节硬件环境一. CPU与外设的并行工作在现代的通用计算机系统中,为提高计算机的工作效率,均允许中央处理器和外设并行工作.当执行到一条启动外设的指令时,就按指令中给定的参数启动指定的设备,并把控制移交给输入/输出控制系统,由输入/输出控制系统控制外围设备与主存储器之间的信息传送,外围设备独立工作,不再需要中央处理器干预,于是中央处理器可继续执行其它程序二. 存储体系1.寄存器:是处理器的组成部分,用来存放处理器的工作信息.存取速度快,但造价高.●通用寄存器:存放参加运算的操作数.指令的运算结构等●指令寄存器:存放当前从主存储器读出的指令●控制寄存器:存放控制信息以保证程序的正确执行和系统的安全程序状态字寄存器:存放当前程序执行时的状态.中断字寄存器:记录出现的事件基址寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的开始地址限长寄存器:设定程序执行时可访问的主存空间的长度2.主存储器:以字节为单位进行编址.主存储器容量较大,能被处理器直接访问,但断电会丢失数据.3.高速缓冲存储器:也称cache,位于处理器和主存储器之间起到缩短存储时间和缓冲存储的作用4.辅助存储器:最常用的辅助存储器有磁盘和磁带.优点是容量大且能永久保存信息,但不能被中央处理器直接访问.三. 保护措施一般是硬件提供保护手段和保护装置,操作系统利用这些设施配合硬件实现保护1.指令分类●特权指令:不允许用户程序中直接执行的指令.如:启动i/o,设置时钟,设置控制器等●非特权指令:允许用户程序中直接执行的指令2.cpu工作状态●管态:可执行包括特权指令在内的一切机器指令.一般是操作系统程序占用中央处理器时,cpu处于管态●目态:不允许执行特权指令.一般是用户程序占用中央处理器时,CPU处于目态.3.存储保护:不同的存储管理方式有不同的实现保护方法,如可变分区存储管理方式中:基址寄存器的值<=访问地址<=基址寄存器的值+限长寄存器的值第三节操作系统结构一设计目标●正确性:能充分估计和把握各种不确定的情况,使操作系统不仅能保证正确性,且易于验证其正确性●高效性:减少操作系统的开销从而提高计算机系统的效率,尤其对常驻主存储器的核心程序部分更要精心设计●维护性:当系统发现错误或为提高效率而对算法进行调整等工作时,应使操作系统容易维护●移植性:移植性是指能否方便的把操作系统从一个硬件环境移植到另一个新的硬件环境之中.在结构设计时,应尽量减少与硬件直接有关的程序量,且将其独立封装.二. 操作系统的层级结构1.设计方法:无序模块法,内核扩充法,层次结构法,管理设计法等2.层次结构法:最大特点是把整体问题局部化.一个大型复杂的操作系统被分解成若干单向依赖的层次,由各层的正确性来保证整个操作系统的正确性.采用层次结构不仅结构清晰,而且便于调试,有利于功能的增加,删减和修改3.操作系统层次结构:处理器管理要对中断事件进行处理,要为程序合理的分配中央处理器的工作事件,它是操作系统的核心程序,是与硬件直接有关的部分,因而把它放在最内层.以后的各层依次存放的是存储管理,设备管理和文件管理.即:硬件-处理器管理-存储管理-设备管理-文件管理主要优点:有利于系统的设计和调试主要困难:层次的划分和安排三 .Unix系统的结构1.Unix层次结构:内核层和外壳层●内核层:是unix操作系统的核心.它具有存储管理,文件管理,设备管理,进程管理以及为外壳层提供服务的系统调用等功能●外壳层:为用户提供各种操作命令和程序设计环境2.外壳层组成:由shell解释程序,支持程序设计的各种语言,编译程序,解释程序,使用程序和系统库等组成.其中其它模块归shell解释程序调用,shell解释程序用来接收用户输入的命令并进行执行.3.内核层组成:内核程序用C语言和汇编语言编写.按编译方式可分为:汇编语言文件,C语言文件和C语言全局变量文件.4.程序运行环境:用户态和核心态.外壳层的程序在用户态运行,内核层的程序在核心态运行.用户态运行的程序称为用户程序,核心态运行的程序称为系统程序(外壳层的用户程序在执行时可通过系统调用来请求内核层的支持)第四节操作系统与用户的接口一. 操作控制命令●联机用户:操作控制命令●批处理系统用户:作业控制语言,用来编制作业控制说明书二. 系统调用1.系统调用定义:既系统功能调用程序,是指操作系统编制的许多不同功能的供程序执行中调用的子程序.2.执行模式:系统调用在管态下运行,用户程序在目态下运行,用户程序可以通过”访管指令:实现用户程序与系统调用程序之间的转换.(访管指令本身是一条在目态下执行的指令)3.系统调用分类:文件操作类,资源申请类,控制类,信息维护类.第五节 Unix的用户接口一. shell命令1.注册和注销●注册:用户可通过login输入用户名和通过password输入口令,系统注册成功后在shell解释程序控制下,出现提示符(采用C shell 提示符:%)以交互方式为用户服务.●注销:输入logout或同时按下crtl +D键2.常见的shell命令Mkdir:请求系统建立一个新的文件目录Rmdir:请求系统删除一个空目录Cd:切换当前的工作目录Pwd:显示用户的当前目录Ls:显示用户一个目录中的文件名.Cp:复制一个文件Mv:对文件重新命名Rm:删除一个指定的文件Cat:显示用ascll码编写的文本文件More:分屏显示文件内容,按空格键显示下一屏3.后台执行的shll命令方法:在请求后台执行的命令末尾输入字符”&”.特点:Unix把一个程序转入后台执行后,不等该程序执行完就显示可以输入新命令的提示符.因此,允许多个任务在后台执行,也允许后台任务和前台任务同时执行4.shell文件●定义:用shell命令编辑成的文件称为shell文件●执行shell文件:csh shell文件名●把shell文件改成可执行文件:chmod+ x shell 文件名-以后就可直接在提示符后面直接输入文件名就可执行二 Unix系统调用1.常用的系统调用●有关文件操作的系统调用Create:建立文件 open:打开文件Read:读文件 write:写文件Close:关闭文件 link:链接一个文件Unlink:解除文件的链接 lseek:设定文件的读写位置Chmod:改变对文件的访问权限 rename:更改文件名●有关控制类的系统调用Fork:创建一个子进程 wait:父进程等待子进程终止Exit:终止子进程的执行 exec:启动执行一个指定文件●有关信号与时间的系统调用:Unix把出现的异常情况或异步事件以传送信号的方式进行Kill:把信号传送给一个或几个相关的进程Sigaction:声明准备接收信号的类型Sigreturn:从信号返回,继续执行被信号中断的操作Stime:设置日历时间 time:获取日历时间Times:获取执行所花费的时间2.trap指令:是unix系统中的访管指令3.系统调用程序入口表●作用:实现对系统功能调用程序的统一管理和调度●构成:系统调用编号,系统调用所带参数个数,系统调用处理程序入口地址,系统调用名称.4.系统调用实现过程●步骤一:当处理器执行到trap指令时便形成一个中断事件.此时将暂停当前用户程序的执行,而由unix系统内核的”trap处理子程序来处理这个中断事件●步骤二:trap处理子程序根据trap指令中的系统调用编号查系统调用程序入口表,得到该系统调用所带的参数个数和相应的处理程序的入口地址.然后,把参数传送到内核的系统工作区,再按处理程序入口地址转向该系统调用的处理程序执行●步骤三:当系统调用程序完成处理后,仍需返回到trap处理子程序,由trap处理子程序对被暂停的用户程序进行状态恢复等后续处理,再返回用户程序执行.第三章处理器管理一.什么是多道程序设计1.定义:让多个计算问题同时装入一个计算机系统的主存储器并行执行,这种程序设计称为多道程序设计.这种计算机系统称为多道程序设计系统.2.注意事项●存储保护:必须提供必要的手段使得在主存储器中的各道程序只能访问自己的区域,避免相互干扰●程序浮动:是指程序可以随机的从主存储器的一个区域移动到另一个区域,程序被移动后,仍丝毫不影响它的执行(可集中分散的空闲区,提高主存空间的利用率)●资源的分配和调度:多道程序竞争使用处理器和各种资源时,多道程序设计的系统必须对各种资源按一定的策略进行分配和调度.二.为什么要采用多道程序设计1.程序的顺序执行:处理器和外围设备,外围设备之间都得不到高效利用2.程序的并行执行:让程序的各个模块可独立执行,并行工作,从而发挥外围设备之间的并行能力3.多道并行执行:在一个程序各个模块并行工作的基础上,允许多道程序并行执行,进一步提高处理器与外围设备之间的并行工作能力,具体表项在:●提高了处理器的利用率●充分利用外围设备资源.●发挥了处理器与外围设备之间的并行能力三.采用多道程序设计应注意的问题1.可能延长程序执行时间:多道程序设计能提高资源使用效率,增加单位时间的算题量.但是对每个计算问题来说,从算题开始到全部完成所需的计算时间可能要延长2.并行工作道数与系统效率不成正比;并不是并行工作的道数越多,系统的效率就越高,而要根据系统配置的资源和用户对资源的要求而定⏹主存储器空间的大小限制了可同时装入的程序数量⏹外围设备的数量也是一个制约条件⏹多个程序同时要求使用同一资源的情况也会经常发生第二节进程概述一.进程的定义1.程序:具有独立功能的一组指令或一组语句的集合,或者说是指出处理器执行操作的步骤2.进程:是指一个程序在一个数据集上的一次执行3.程序和进程的区别:程序是静态的文本,进程动态的过程.进程包括程序和数据集.二.为什么要引入进程1.提高资源的利用率:一个程序被分成若干个可独立执行的程序模块,每个可独立执行的程序模块的一次执行都可看作一个进程,通过进程的同步可提高资源的利用率.2.正确描述程序的执行情况:可以方便描述一个程序被执行多次时,各自的执行进度.三. 进程的属性1.进程的基本属性●进程的动态性●多个不同的进程可以包含相同的程序●进程可以并发执行●进程的三种基本状态等待态就绪态运行态2.进程的状态变化:运行态-等待态等待态-就绪态运行态--就绪态就绪态-运行态3.进程特性: 动态性,并发性,异步性第三节进程队列一. 进程控制块1.进程控制块作用:既PCB,是进程存在的标识2.进程控制块构成⏹标识信息:用来标识进程的存在和区分各个进程.进程名⏹说明信息:用于说明本进程的情况.包括:进程状态,等待原因,进程程序存放位置,进程数据存放位置⏹现场信息:用来当进程由于某种原因让出处理器时,记录与处理器有关的各种现场信息,包括:通用寄存器内容,控制寄存器内容,程序状态字寄存器内容⏹管理信息:用来对进程进行管理和调度的信息.包括进程优先级,队列指针二. 进程的创建和撤销1.进程创建:当系统为一个程序分配一个工作区(存放程序处理的数据集)和建立一个进程控制块后就创建了一个进程,刚创建的进程其状态为就绪状态(若执行过程中还缺少资源可以再将其转为等待状态).2.进程的撤销:当一个进程完成了特定的任务后,系统收回这个进程所占的工作区和取消该进程控制块,就撤销了该进程.3.原语:是操作系统设计用来完成特定功能且不可中断的过程,包括创建原语,撤销原语,阻塞原语,唤醒原语.三 . 进程队列的链接1.进程队列概念:为了管理方便,进程把处于相同状态的进程链接在一起,称为进程队列2.进程队列分类⏹就绪队列:把若干个等待运行的进程(就绪)进程按一定的次序链接起来的队列.⏹等待队列:是指把若干个的等待资源或等待某些事件的进程按一定的次序链接起来的队列.等待队列:是把若干个等待资源或等待某些事件的进程按一定的额次序链接起来的队列3.对列实现方法:只需将状态相同的进程控制块链接起来就可以.链接的方式包括单向链接和双向链接.4.队列管理:是指系统中负责进程入队和出队的工作⏹入队:是指一个进程进入到指定的队列从队首入队成为新的队首进程从队尾入队成为新的队尾进程插入到队列中某两个进程之间⏹出队:是指一个进程从所在的队列中退出,也存在三种情况第四节 unix系统中的进程一.unix进程的特点Unix中的进程执行用户程序时在用户态执行,执行操作系统程序时在核心态执行.在用户态执行的进程请求系统功能调用时,便转换到核心态执行操作系统程序,当一次系统调用结束时,该进程从核心态的执行返回到用户态执行用户程序二.Unix进程的组成1.进程控制块:⏹进程基本控制块:用来记录进程调度时必须使用的一些信息,常驻主存储器.把进程基本控制块的数据结构称为proc结构标识信息:包括用户标识(分为实际用户标识号和设置用户标识号)和进程标识.有关进程非常驻主存部分的信息:用来建立信息在主存与磁盘之间传送.包括:非常驻主存部分的=所在的地址,长度和一些必要的指针.有关进程调度的信息:包括:进程状态,标志,优先数以及调度有关的其他信息.其它信息:用于管理和控制的信息,如进程扩充控制块的地址,进程共享正文段和共享主存段的管理信息,进程接收的信号.⏹进程扩充控制块:随用户程序和数据装入主存储器或调出主存储器.把进程扩充控制块的数据结构称为user结构.包括:标识,现场保护,主存管理,文件读写,系统调用,进程控制与管理等.2,正文段:是指Unix中可供多个进程共享的程序.系统中设置了一张正文表TEXT[],用来指正该正文段在主存和磁盘上的位置,段的大小和调用该正文段的进程数等钱情况3.数据段:包括进程执行的非共享程序和程序执行时用到的数据.⏹用户zhai区:是进程在用户态执行时的工作区,主要用于函数调用的参数传递,现场保护,存放返回地址,存放局部变量等.⏹用户数据区:存放进程执行中的非共享程序和用户工作数据.⏹系统工作区:核心zhai:是进程在核心态执行时的工作区,主要用于函数调用的参数传递,现场保护,存返回地址,存放局部变量等 user区:存放进程扩充控制块.三 .Unix进程的状态运行状态,就绪状态,睡眠状态,创建状态,僵死状态.四.unix进程的创建和终止1.unix的进程树:0号进程(也称交换进程,是系统启动后unixde核心程序完成初始化后创建的第一个进程,在核心态运行.用来进行进程调度和让进程在主存与磁盘上进行交换-1号进程(页称初始化进程,由0号进程创建,在用户态运行,用来为终端用户请求注册时创建login进程-login进程(用来处理用户的登录过程,登录成功后创建shell进程-shell进程(等待用户输入命令).2.进程的创建:在unix中,除了0号进程和1号进程外,其他的进程总是使用系统调用fork来创建新进程,形成父子进程.子进程时父进程的一个印像,除了进程的状态,标识和时间有关的控制项外,全部复制父进程的。
操作系统重点知识总结
操作系统重点知识总结操作系统》重点知识总结第一章引论1、操作系统定义：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理的对各类作业进行调度以及方便用户使用的程序的集合。
2、操作系统的作用1. os作为用户与计算机硬件系统之间的接口。
2. 作为计算机资源的管理者3. 实现了对计算机资源的抽象。
3、分时系统原理和特征原理：人机交互、共享主机特征：多路性、独立性、及时性、交互性4、脱机I/O 原理：程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成。
优点：减少了CPU 空闲时间、提高了I/O 速度。
5、操作系统四个基本特征；其中最重要特征是什么？（并发）并发、共享、虚拟、异步第二章进程管理1 、进程定义、进程特征（结构特征、动态性、并发性、独立性和异步性）1. 进程是程序的一次执行。
2. 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动。
3. 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，他是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
动态性、并发性、独立性、异步性。
2、进程的基本状态、相互转换原因及转换图（三态）就绪、阻塞、执行3、具有挂起状态的进程状态、相互转换原因及其转换图（五态）活动就绪、静止就绪、活动阻塞、静止阻塞、执行4、什么是进程控制块？进程控制块的作用进程控制块是用于描述进程当前情况以及管理进程运行的全部信息。
1. 作为独立运行基本单位的标志。
2. 能实现间断性运行方式。
3. 提供进程管理、调度所需要的信息4. 实现与其他进程同步与通信5、临界资源定义、临界区的定义一次只能为一个进程使用的资源称为临界资源。
每个进程访问临界资源的代码称为临界区。
6、同步机制应遵循的规则空闲让进、忙则等待、有限等待、让权等待7、记录型信号量的定义，信号量值的物理意义，wait 和signal 操作8、AND 型信号量的定义，Swait 和Ssignal 操作9、经典同步算法：①生产者－消费者问题算法；②不会死锁的哲学家就餐问题算法；③读者－写者问题算法10、利用信号量机制实现进程之间的同步算法（前驱关系、类经典同步问题）11、高级进程通信三种类型。
第一章操作系统引论
第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性进程管理1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构为此，系统应设置相应的数据结构，用于记录文件存储空间的使用情况，以供分配存储空间时参考；系统还应具有对存储空间进行分配和回收的功能。
教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科 共59页
第一章 操作系统引论
用户 程序 监督 程序
I/O 中断 请求 启动 I/O
I/O 操作
t1 t2
I/O 中断 请求
I/O 完成 结束 中断
启 动 I/ O
t3 t4
t5 t6
(3) 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图 标来操纵计算机系统和运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者 计算机系统资源分为四类：处理器、存储器、 I/O 设备以及信息(数据和程序)。 •处理机管理， 用于分配和控制处理机； •存储器管理，主要负责内存的分配与回收； •I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵； •文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
是
源 程序
有 错吗 ？
否
运行 目 标程 序
装配 目 标程 序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
2. 单道批处理系统的特征 单道批处理系统并非是现在人们所理解的OS。但比 起人工操作方式的系统已有很大进步。
该系统的主要特征如下： (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。
程序 C
程 序D I/O 请 求
程序 D
调度 程序
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
(2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2) (2) 无序性。 (3) (3) 调度性。 （作业调度，进程调度）
操作系统引论ppt
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第一章 操作系统引论
(1) 命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)， 用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算 机系统。
(2) 系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户 可在自己的应用程序中通过相应的系统调用，来操纵 计算机。
(3) 图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图 标来操纵计算机系统和运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
特权福利
特权说明
第一章 操作系统引论 VIP用户有效期内可使用VIP专享文档下载特权下载或阅读完成VIP专享文档（部分VIP专享文档由于上传者设置不可下载只能 阅读全文），每下载/读完一篇VIP专享文档消耗一个VIP专享文档下载特权。
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第1章 操作系统引论PPT课件
多道批处理系统的好处 ： ➢ 提高CPU的利用率 ；
➢ 提高内存和I/O设备利用率；
➢ 增加系统吞吐量。
多道批处理系统的特征 ：
➢
多道
➢ 无序
➢ 调度性
➢ 宏观上并行
➢ 微观上串行
2020/11/13
操作系统讲义
13
1.3 操作系统的发展过程
3. 多道批处理系统
程序A 程序A I/O请求
程序A
程序B
✓ 操作系统的概念
操作系统（Operating System-OS）是一组控制和 管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行 调度，以及方便用户使用的程序的集合。
2020/11/13
操作系统讲义
5
1.1 操作系统概述
2. 理解操作系统
✓ 下面哪些是操作系统？
UNIX，SQL Server，Word，DOS， WindowsXP， PowerPoint，Linux
1.3 操作系统的发展过程
3. 多道批处理系统
将作业在外存上排成一个队列，称为后备队列，由作业调
度程序按照一定的算法从后备队列中选择若干个（并不是同时）
作业进入内存，形成多道批处理。即指多个作业同时进入内存， 处于运行状态，可并行运行，但在某一时刻，真正在CPU上运 行的只有一个作业，为此引入多道程序设计技术。
❖操作系统有“五大类型”和“五大功能” （批处理，分时，实时，网络，分布； 进程、存储、文件、作业和设备管理）
知识点：
“五大类型”和“五大功能” 的基本知识和应用技能
第一章 操作系统引论
2020/11/13
操作系统讲义
3
主要内容
1.1 操作系统的概述 1.2 操作系统的目标和作用 1.3 操作系统的发展过程 1.4 操作系统的基本特性 1.5 操作系统的主要功能 1.6 操作系统的结构设计
引论
第一章 操作系统引论
1.1 1.2 操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程
1.3
1.4 1.5
操作系统的基本特性
操作系统的主要功能 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
理机结构
松 散 耦 合 (Loosely Coupled) 多 处
理机结构
紧密连接的多处理机系统
松散连接的多处理机系统
多处理机类型
主－从式
独立管理程序系统 浮动式管理程序控制方式
2. 网络操作系统
网络操作系统是建立在主机操作系统基 础上，用于管理网络通信和共享资源，协 调各主机上任务地运行，并向用户提供统 一的、有效的网络接口的软件集合。 按网络所覆盖的地理范围和互连计算机 之间的距离的不同，可把计算机网络分为 两种：
采用时间片轮的方法，同时为许多终端用户服务， 对每个用户能保证足够快的响应时间，并提供交互 会话的功能。 时间片：将CPU的时间划分成若干个片段,称为时间 片，操作系统以时间片为单位 , 轮流为每个终端用 户服务 设计目标：对用户的请求及时响应，并在可能条件 下尽量提高系统资源的利用率。
适合办公自动化、教学及事务处理等要求人机会话 的场合。
图 1-6 单道和多道程序运行情况
2.多道批处理系统的特点
• 多道： 多道指某个作业占用CPU，若由于某种 原因暂时不用CPU 则系统让第二个作 业占用CPU • 成批处理： 用户自己不能干预自己作业的运行， 一旦发现作业错误不能及时改正，并 延长开发软件时间，所以适用于成熟 的程序。 • 无序性 • 调度性
第1章-操作系统引论
操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 操作系统的主要功能 操作系统的结构设计 **UNIX系统简介 本章作业
OS引论
1.1 操作系统的目标和作用
一、操作系统目的/目标 二、计算机系统组成 三、 操作系统的作用
返回目录
OS引论
二、计算机系统组成
待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。
返回
OS--------Introduction
1.2.4 多道批处理系统
特征：（1）调度性
（2）无序性 （3）多道性
优点：（1）资源的利用率高 （2）系统吞吐量大
缺点：（1）平均周转周期长 （2）无交互能力
需解决问题
处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件及作业管理问题
多用户多任务：UNIX, Solaris x86, Linux。
返回
OS--------Introduction
六、多处理机操作系统
多处理机系统引入原因 增加系统的吞吐量 节省投资 提高系统的可靠性
多处理机系统的类型 紧密耦合MPS 松散耦合MPS
多处理机操作系统的类型 非对称多处理模式 对称多处理模式
精心设计的，能实现现代OS核心功能的小型内核，它 小而精炼，运行在核心态下，开机后常驻内存，不会因内 存紧张而换出，它为构建通用OS提供了一个重要基础。
微内核的基本功能
进程管理 存储器管理 进程通信管理 I/O设备管理
特点
小而精练 系统的灵活性和可扩充性好 系统的可靠性高 适用于分布式系统
1.2.3 单道批处理系统 用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算
1、工作流程： 机系统所做的全部工作。
2323操作系统概论资料
第1章引论1 计算机系统包括计算机硬件和计算机软件两大部分1) 计算机硬件（最里层）：中央处理器(CPU)、存储器、输入输出控制系统、输入输出设备2) 计算机软件（最外层）：系统软件(操作系统、编译程序)：与具体的应用领域无关、支撑软件(开发工具、数据库)、应用软件：特定应用领域的专用软件。
2 操作系统的功能和作用1) 操作系统(OS)是管理计算机系统资源、控制程序执行、改善人机界面和为应用软件提供支持的一种系统软件2) 操作系统的作用(1) 管理计算机系统的资源(2) 为用户提供方便的使用接口(3) 扩充硬件的功能3) 操作系统的功能1)处理器管理(2) 存储管理(3) 文件管理：按名存取(4) 设备管理：分配、启动、故障处理等(5) 为用户提供使用接口：1.程序员：一组系统功能调用 2.操作员：一组操作控制命令3 早期操作系统(20世纪50、60年代)1) 批处理操作系统(1) 单道批处理系统(50年代)，一次只允许一个作业(2) 多道批处理系统(60年代)，多个作业同时装入主存储器，CPU轮流执行各作业，各作业可同时使用各自所需的外设。
2) 分时操作系统(60年代)，用于主机/终端模式的计算机系统用户可直接输入、调试、运行自己的程序，能直接修改程序中的错误，并且直接获得结果。
3) 实时操作系统，主要用于工业生产，首要考虑的是系统的实时性和可靠性，其次，才考虑系统的效率。
4 现代操作系统的发展1) 微机操作系统：主要功能是实现文件管理、输入输出控制和命令解释，只允许一个用户使用。
如MS-DOS、CP/M2) 网络操作系统：实现（计算机之间的通信）和（网络资源的共享）。
3) 分布式操作系统：采用（客户/服务器）模式，使若干计算机相互协作完成一个共同的任务。
主要特点：(1) 统一性。
指用户感觉不到是多台计算机在提供服务，就像在使用“单一的计算机系统”一样(2) 透明性。
用户不知道资源的位置，也不知道哪台计算机在提供服务4) 嵌入式操作系统：主要特点是微型化和实时性，用于工业控制、数据采集、通信传输等场合5 处理器状态1) CPU指令类型(1) 特权指令（例如：I/O指令，设置闹钟，设置控制寄存器），不允许用户执行(2) 非特权指令（例如：访管指令）2) CPU状态(1) 管态- 操作系统占用CPU，可以执行一切指令(2) 目态- 用户程序占用CPU，不允许执行特权指令3) 程序状态字(PSW)：用来控制指令执行顺序，保留和指示与程序相关的系统状态。
操作系统名词解释
第一章引论1操作系统：操作系统是管理和控制计算机系统内各种硬件和软件资源，有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。
2管态：当执行操作系统程序时，处理机所处的状态3目态：当执行普通用户程序时，处理机所处的状态。
4多道程序设计：在这种设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替的执行。
这些作业共享CPU和系统中的其他资源。
5并发：是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
它是宏观上的概念。
6并行：是指两个或多个活动在同一时刻同时执行的情况。
7吞吐量：在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。
8分时：就是对时间的共享。
在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。
9实时：表示“及时”或“既时”。
10系统调用：是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。
每一个子功能称作一条系统调用命令。
它是操作系统对外的接口，是用户级程序取得操作系统服务的唯一途径。
11特权指令：指指令系统中这样一些指令，如启动设备指令、设置时钟指令、中断屏蔽指令和清内存指令，这些指令只能由操作系统使用。
12命令解释程序：其主要功能是接收用户输入的命令，然后予以解释并且执行。
13脱机I/O：是指输入/输出工作不受主机直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O，主机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。
14联机I/O：是指作业的输入、调入内存及结果输出都在c pu直接控制下进行。
15资源共享：是指计算机系统中的资源被多个进程所功用。
例如，多个进程同时占用内存，从而对内存共享；它们并发执行时对cpu进行共享；各个进程在执行过程中提出对文件的读写请求，从而对磁盘进行共享等等。
操作系统概念课后习题答案
操作系统概念课后习题答案操作系统概念课后习题答案第一章：引论1.操作系统的定义：操作系统是计算机系统中的一个软件层，它管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供接口和服务。
2.操作系统的功能：处理器管理、存储器管理、设备管理、文件管理和用户界面等。
第二章：进程管理1.进程的概念：进程是一个正在执行的程序的实例，它由代码、数据和执行环境组成。
2.进程状态：就绪、运行和阻塞。
3.进程调度算法：先来先服务、最短作业优先、时间片轮转和优先级调度等。
第三章：线程管理1.线程的概念：线程是进程的一个执行单元，一个进程可以包含多个线程。
2.线程与进程的区别：线程共享相同的地质空间和文件描述符，而进程拥有独立的地质空间和文件描述符。
3.线程模型：用户级线程模型和内核级线程模型。
第四章：内存管理1.内存管理的目标：实现内存的分配与回收、内存的保护和共享。
2.内存分配的概念：连续分配、非连续分配和虚拟内存分配。
3.地质转换：逻辑地质到物理地质的转换过程，包括分段、分页和段页式等。
第五章：存储器管理1.存储器的层次结构：主存储器、辅助存储器和高速缓存。
2.页面置换算法：最佳置换算法、先进先出算法、最近最久未使用算法和时钟置换算法等。
3.虚拟内存的概念：将存储器抽象成一组连续的地质空间，实现大容量存储和地质共享。
第六章：设备管理1.设备管理的功能：设备分配、设备驱动程序和设备中断处理等。
2.设备分配算法：先来先服务、最短作业优先和轮转法等。
3.磁盘调度算法：先来先服务、最短寻道时间优先和扫描算法等。
第七章：文件管理1.文件的概念：文件是命名的、有序的数据集合，它是操作系统中最基本的数据组织方式。
2.文件系统的组织结构：层次式文件系统、索引式文件系统和线性文件系统等。
3.文件共享与保护：文件锁机制、权限控制和访问控制列表等。
第八章：I/O系统1.I/O系统的组成部分：I/O设备、I/O控制器和设备驱动程序等。
2.I/O操作的方式：程序控制I/O和中断驱动I/O。
教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科_版17样版.ppt
第一章 操作系统引论 3. OS用作扩充机器
•裸机：一台完全无软件的计算机系统。 •扩充机器或虚机器：覆盖了软件的机器。 •若在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，可用来进行数据 输入和打印输出。 •若再覆盖上一层文件管理软件，可用来进行文件的存取。 •若再覆盖一层面向用户的窗口软件，则用户便可在窗口环 境下方便地使用计算机，形成一台功能更强的虚机器。
1. 方便性(机器语言难使用， OS可编译) 2. 有效性 (改善资源的利用率及提高系统呑吐量) 3. 可扩充性 (层次化和模块化使之可扩充) 4. 开放性 (遵循同一标准，软硬件兼容)
精品课件
第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口： OS处于用户与计算机硬件系统之间， 用户通过OS来使用计算机系统。 OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。
精品课件
第一章 操作系统引论 2. 内存保护 内存保护：确保每道用户程序都只在自己的内存空间内
运行，彼此互不干扰。 一种比较简单的内存保护机制：设置两个界限寄存器。 须对访问的地址进行越界检查，越界则停止程序执行。
程序A
A完成
程序B I/ O请求
程序B
程序B I/ O完成
程序C I/ O请求
C I/ O完成 C 再 被 调 度
程序C
程序D I/O请求
程序D
调 度 程序
(b) 四 道 程 序 运 行 情 况 精品课件
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论 (2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 •“用户的需求”是分时系统发展的动力。 •用户的需求具体表现在以下几个方面： (1) 人—机交互。（如调试程序） (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。 （终端直接连入）
操作系统期末复习
操作系统期末复习操作系统期末复习第⼀章操作系统引论1.什么是操作系统？牢固掌握操作系统定义：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运⾏的系统软件（或程序集合），是⽤户与计算机之间的接⼝。
2.操作系统在系统中所出的地位？了解操作系统是裸机上的第⼀层软件，是建⽴其他所有软件的基础。
3.操作系统的主要功能？牢固掌握操作系统五⼤主要功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、⽂件管理、⽤户接⼝管理。
4.操作系统的基本特征？.记住操作系统的基本特征：并发、共享和异步性。
理解：并发性是指两个或多个活动在同⼀给定的时间间隔中进⾏，类似⼤家都前进了；共享性是指计算机系统中的资源被多个任务所共享，类似⼀件东西⼤家⽤；异步性类似于你⾛我停。
5.操作系统的主要类型？记住并理解操作系统的主要类型：多道批处理系统、分时系统、实时系统、个⼈机系统、⽹络系统和分布式系统。
UNIX系统是著名的分时系统。
6.分时的概念？理解分时系统概念：主要是指若⼲并发程序对CPU时间的共享。
即CPU时间分成⼀个⼀个的时间⽚，操作系统轮流地把每个时间⽚分给各个并发程序，每道程序⼀次只可运⾏⼀个时间⽚。
7.现代操作系统的三种⽤户界⾯？了解现代操作系统为⽤户提供的三种使⽤界⾯：命令界⾯、图形界⾯、系统调⽤界⾯。
8.8UNIX命令的⼀般格式？记住并明⽩UNIX命令⾏的⼀般格式：命令名[选项][参数]。
第⼆章进程管理1.多道程序设计的概念？理解多道程序设计的概念和优点：多道程序设计是多个程序同时在内存并且运⾏；多道程序设计具有提⾼系统资源利⽤率和增加作业吞吐量的优点。
2.什么是进程？进程与程序的区别？1)了解为什么要引⼊进程：因程序这⼀“静态”概念⽆法描述“并发执⾏”的动态性质；2)牢固掌握进程的概念：进程是程序在并发环境中的执⾏过程。
3)掌握进程与程序的主要区别：进程是动态的、程序是静态的；进程是独⽴的，能并发执⾏、程序不能并发执⾏；两者⽆⼀⼀对应关系；进程异步运⾏，会相互制约、承袭不具有此特性。
第一章操作系统引论
推动操作系统发展的主要动力
不断提高计算机资源利用率： 方便用户： 器件的不断更新换代： 计算机体系结构的不断发展： 不断提出新的应用需求：
1.2操作系统的发展过程
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理 OS；60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推 出分时系统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS 也相继问世。20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系 结构大发展的年代，导致了微型机、多处理机和计算机 网络的诞生和发展，与此相应地，也相继开发出了微机 OS、多处理机OS和网络OS，并得到极为迅猛的发展。
多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系统， 为使系统中的多道程序间能协调地运行，系统必须解决下述 一系列问题：
(1) 处理机争用问题。既要能满足各道程序运行的需要， 又要能提高处理机的利用率。
(2) 内存分配和保护问题。系统应能为每道程序分配必 要的内存空间，使它们“各得其所”，且不会因某道程序出 现异常情况而破坏其它程序。
(5) 作业管理问题。系统中存在着各种作业(应用程序)， 系统应能对系统中所有的作业进行合理的组织，以满足这些 作业用户的不同要求。
(6) 用户与系统的接口问题。为使用户能方便的使用操作 系统，OS还应提供用户与OS之间的接口。
4、分时系统(Time Sharing System)
分时系统的引入：
前面所介绍的多道批处理系统、分时系统和实 时系统这三种基本操作系统都具有各自不同的特征， 如批处理系统有着高的资源利用率和系统吞吐量； 分时系统能获得及时响应；实时系统具有实时特征。 除此之外，它们还共同具有并发、共享、虚拟和异 步四个基本特征。
并发
并行与并发：
并行性：多个事件在同一时刻发生 并发性：多个事件在同一时间间隔内发生。
计算机操作系统 第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
单道批处理系统
自动性 作业能够自动地逐个依次运行，无须人工干预 顺序性 各道作业的完成顺序与进入内存的顺序相同 单道性 内存中仅有一道程序运行
第一章 操作系统引论
多道批处理系统
20世纪60年代中期，引入了多道程序设计技术，由此形 成了多道批处理系统（Multiprogrammed Batch Processing System）。
脱机输入/输出方式
外围机 主机
磁带
磁带
磁带
磁带
外围机
输出设备
第一章 操作系统引论
无操作系统的计算机系统
当CPU需要输出时，可由CPU直接高速地把数据从内存送 到磁带上，然后再在另一台外围机的控制下，将磁带上的结果 通过相应的输出设备输出。
脱机输入/输出方式
主机
磁带
磁带
外围机
输出设备
第一章 操作系统引论
用户
应用程序 系统调用 命令 图标、窗口 操作系统 计算机硬件
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 操作系统的作用
OS作为计算机系统的资源管理者 硬件资源：处理器、存储器、I/O设备 信息资源：程序和数据
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用 操作系统的作用
OS实现了对计算机资源的抽象
操作系统课程是计算机教育的必修内容 计算机专业的核心课 技术开发的理论基础
25
Text2
Text3 45
Text1
35
Text4 Text
45
数据结构 操作系统
计算机组成原理 计算机网络
第一章 操作系统引论
课程简介—Important？
OS基础知识
第一章 操作系统引论
处理器管理(进程管理)
• 讨论如何分配CPU ----即采用什么策略把CPU分配给多个进程，从 而决定了操作系统的性质或类型。
第一章 操作系统引论
存储管理
• • • • 主存空间的分配与回收 逻辑地址与物理地址的映射 主存的共享与保护 ，体现OS是否真正有效利用了 资源。
特点：资源共享、通信功能
第一章 操作系统引论
六、分布式操作系统
①系统中任两台计算机可通过通信来交换信息；
②各个计算机无主次之分；
③系统中的资源为所有用户共享； ④若干台计算机相互协作完成一件共同的任务。 七、当代操作系统的两大发展方向 ----宏观应用与微观应用
推动OS发展的主要动力：
1、不断提高计算机资源利用率的需要；2、方便用户；3、器件的不断更新换代；
第一章 操作系统引论
二、 OS作为计算机系统资源的管理者 在一个计算机系统中，通常都含有各种各样的硬件和 软件资源。作为资源，就是要“物尽其用”，即最大限度 地提高资源利用率。 如：①CPU与外设并行工作； ②提高内存的利用率。 OS确是计算机系统资源的管理者。事实上，当今世界上 广为流行的一个关于 OS 作用的观点，正是把 OS 作为计算 机系统的资源管理者。
第一章 操作系统引论
设备管理
—是OS中最复杂、最具多样性的部分
• 外围设备的分配: --独占型设备的分配 共享型磁盘的驱动调度 Spooling技术与虚拟设备 设备的启动 设备的中断处理
第一章 操作系统引论
文件管理
—是用户直接可见的部分，体现OS是否真正方便用户。
• 外存空间的分配与回收 • 实现逻辑文件与物理文件的转换 • 建立文件目录实现按名存取 • 提供合适的存取方法以适应不同的应用 • 实现文件的共享、保护与保密 • 提供一组文件操作来使用文件
操作系统讲稿(2011,屠立德) 第1章 引论
1.1 系统概述
• 1、计算机的基本结构 冯.诺伊曼结构：存储指令体系结构 诺伊曼结构： 以运算器为中心 以存储器为中心。 以存储器为中心。
计算机硬件技术的发展：DMA、 计算机硬件技术的发展：DMA、中断技术 产生了通道处理机：解决多I/O设备与主CPU匹配问题。 产生了通道处理机：解决多I/O设备与主CPU匹配问题。 I/O设备与主CPU匹配问题
时间轴 运行程序A 运行程序 CPU 运行A 运行 运行程序A 运行程序
并行？ 并行？ NO！ ！
外设
请求使用 打印机
第1章 引论 章
打印 结束
单道程序运行 串行）， ），系统 （串行），系统 综合利用率7%！ 综合利用率 ！
操作系统基础 20
1.3 多道程序设计的概念
作业A 作业 作业B 作业 作业A 作业 作业B 作业
• 4、注意的问题 、 1）体系结构不同，应用领域不同； 体系结构不同，应用领域不同； 2）应用领域不同，对系统的管理要求不同； 应用领域不同，对系统的管理要求不同； 3）系统的管理由操作系统实现。 系统的管理由操作系统实现。 1.1.2 软件的层次与虚拟机的概念 一、系统软件及应用软件 1、系统软件：计算机系统的管理、维护、控制、 系统软件：计算机系统的管理、维护、控制、 的管理 运行及其他服务程序
第1章 引论 章 操作系统基础 19
1.3 多道程序设计的概念
• 3、单CPU系统的并行概念： CPU系统的并行概念： 系统的并行概念 实际是指：CPU同设备 设备同设备、程序同程序（ 同设备、 实际是指：CPU同设备、设备同设备、程序同程序（同 时处于未结束状态）的并行。 时处于未结束状态）的并行。
第1章 引论 章 操作系统基础 15
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机系统资源、控制程序执行、改善人机界面和 为其他软件提供支持的系统软件 操作设计原则：
第一，能使得计算机系统使用方便 第二，能使得计算机系统高效工作
二、操作系统的形成
发展过程： 早期没有操作系统→原始汇编系统→管理程序→操作系统 ,
早期由程序员直接使用机器指令，通过控制台的开关实现，
多道批处理系统 现代意义的操作系统
引入： 单道批处理系统中，任意时刻只允许一道作业 在内存中运行，资源利用率低。 为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，形成 了多道批处理系统
多道批处理系统
多道是指，允许多个程序同时存在于主存中，
按照某种原则分派处理机，逐个执行这些程序。
批处理：用户提交的作业首先存放在外存，并
排成一个队列。然后，由作业调度程序按照一 定的算法从该队列中一次选取一个或若干个作 业装入内存执行。
处理机自动切换
当某个程序占用处理机执行过程中遇到了输入/
输出语句，可以启动专门负责输入/输出的系统 服务程序完成输入/输出操作，而处理机切换到 另一个程序执行
程序A
运行
等待
运行
等待
程序B
等待
运行
500 0 10 000
25 000 32 000 0 500 0
空闲
(b) 监控程序 JOB4 (JOB1) (JOB2) 空闲 (e)
监控程序
监控程序
JOB1
(JOB2) 空闲 (d)
JOB2
25 000 32 000 空闲 (f)
其 中 ， JOB1(15000) ， JOB2(20000) ， JOB3(5000) ， JOB4(10000)
该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织者，它负
责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次序。
用于巨型机和大型服务器上，以批文件方式提交作业，请求主
机逐个运行。
主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告执行结果
或错误信息。
减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式有利于有
效利用造价高且性能强大的主机资源。
一、什么是操作系统
操作系统(operating system , OS)是计算机系统中
必不可少的系统软件。它是计算机系统中各种 资源的管理者和各种活动的组织者、指挥者。 它使整个计算机系统协调一致且有效地工作。 通过本课程的学习，我们将知道操作系统要做 什么、怎么做和为什么要这样做。 （一）计算机系统
操作系统
教学概要
课程性质： 全国自考，考试时间
课程难度： 较难 课程学时分布： 周课时6节。结束新课时间，考试之前集中复习
引言
课程特点：概念多、原理性强、较抽象 课程学习目的:基础核心课、有利于对计算机系
统的理解和软件开发
课程学习方法:以问题驱动学习、理论联系实际
程与线程、接口、虚拟存储、文件
计算机系统资源分类
软件：系统软件（操作系统及实用程序）、应
用软件
硬件：处理机（CPU）、内存（条）、外部I/O
设备（显示器、键盘、鼠标、打印机、磁盘、 磁带、扫描仪…），以及系统总线
终端用户
程序员
操作系统 设计者
应用软件
系统软件
操作系统
计算机硬件
计算机系统结构
可以看到操作系统是随着计算机硬件的发展和
应用需求的推动而形成的。
计算机进入第三代以后，硬件技术方面出现了
大容量的磁盘与主存储器，管理程序发展成了 一个重要的分支，操作系统。 SPOOLING技术
操作系统的简历
50年代中期，第一个简单批处理操作系统
60年代中期，多道程序批处理系统
不久，分时系统、实时系统
80年代，微机及网络操作系统
什么推动着操作系统的发展
计算机硬件升级和新硬件的出现
提供新的服务，方便使用
提高计算机资源利用效率
更正软件错误 计算机体系结构的发展 ：单处理机系统、多处
理机系统、分布式系统、计算机网络
手工操作时期，没有操作系统
早期的电子数字计算机是由成千上万个电子管
不需要专门的操作员。 原始汇编系统，用汇编语言书写原程序，通过汇编语言解释 程序转换成机器指令来执行。但汇编语言解释程序和源程序 都记录在卡片上。 为使对相关的硬件进行管理，编写了专门的例行子程序，称 为设备驱动程序。 在计算机进入第二代以后，出现了高级语言，为了对硬件和 软件进行管理，出现了管理程序。 计算机进入第三代以后，出现了操作系统
上,为多个用户配置一个联机终端
分时系统—联机系统
服务器
终端1 终端
第一个分时系统：MIT的兼容分时系统CTSS
它是一个单道分时系统。在该系统中，每次只
能将一道程序（作业）装入并驻留内存。 时间片 为了减少磁盘I/O，只将新装入的程序需要覆 盖的那部分用户数据写出到磁盘。 假设有4个交互用户，其存储需求如下： JOB1(15000)，JOB2(20000)，JOB3(5000)， JOB4(10000) 内存的0-5000区域被监控程序占用
多道程序设计技术引发的问题
处理机的分配与回收
内存的分配与保护
I/O设备的共享与效率
文件的有效管理 作业的组织
分时系统与实时系统
多道批处理系统：提高了资源利用率和吞吐量。
但是，批处理系统交互性很差。 为了改进响应时间和性能,提供交互式操作环境, 导致了分时系统的出现。
分时系统的实质是，在多道程序技术的基础之
关于现代操作系统的四种基本观点
从外部看操作系统
- 计算机用户的观点：用户环境观点
- 应用程序员的观点：虚拟机器观点
从内部看操作系统
- OS开发者观点之一：资源管理观点
- OS开发者观点之二：作业组织观点
关于现代OS的四种基本观点之一 --用户环境观点
该观点认为，操作系统是计算机用户使用计算机系统
第三章 处理器管理(一般考核，分值10分)
第四章 存储管理(重点考核，分值20分) 第五章 文件管理 (重点考核，分值20分) 第六章 设备管理(重点考核，分值15分) 第七章 进程同步进程通信(重点考核,分值20分)
参考书籍
Operating System Internals and Design principles,
多道分时系统
允许在内存中同时存放多道作业，并把具备运
行条件的所有作业排成一个队列，让它们依次 轮流地获得一个时间片来运行。 与单道分时系统相比较，由于作业数据都在内 存，不需要调入、调出开销，所以多道分时系 统具有较好的系统性能。 现代分时系统都属于多道分时系统。
单道批处理系统:评价
解决了作业间的自动转接问题,减少了机器时间
的浪费。 不管作业大小,只要它一旦占用处理机开始执行, 则它必须一直占据处理机,直到运行完毕。 资源利用率低。 对短作业不公平,因为它们等待执行的时间可能 远远超过它们实际执行的时间。 交互性差。作业由批处理程序控制运行,用户无 法实时控制,如果运行中途出现故障,也只能停 下来,重新运行。
用户接口
(用户)命令：指计算机用户要求计算机系统为其工作的
指示。 字符形式：较灵活但因繁琐而难记 命令的表示形式： 菜单形式 图形形式：因直观而易记但不灵活 脱机使用方式（off-line）*.bat 命令的使用方式： 联机使用方式(on-line)
关于现代OS的四种基本观点之二 --虚拟机器观点
等待
运行
等待
程序C
等待
运行
等待
程序D
等待
运行
等待
从处理机看
运行 A
运行 B
运行 C
运行 D
等待 运行 A
运行 B
等待
时间
图1.3 多道程序设计示例
多道程序设计技术
为了提高系统吞吐量和资源利用率，允许多个
程序同时驻留内存，使处理机在这些程序之间 切换，在一段时间内，执行完多个程序的处理 技 术 称 为 多 道 程 序 设 计 技 术 （multiprogramming）。 现代操作系统大多都采用了多道程序设计技术。
课程学习难点:概念、原理、算法、数据结构
学习要求
学习要求： 认真听讲 认真阅读教材，多做习题 课后认真复习 多分析历年考试题知识点。 不懂的知识，一定要多问 根据考试大纲进行学习及复习
考核知识分析
第一章 引论(一般考核，分值 5分左右)
第二章 计算机系统结构(一般考核，分值 10分)
该观点认为，操作系统是建立在计算机硬件平台上的
虚拟机器，它为应用软件提供了许多比计算机硬件功 能更强或计算机硬件所没有的功能。 操作系统在虚拟机中充当管理员和协调员的角色 , 管理 计算机的软硬件资源,并协调多任务、多进程的运行。 扩充：功能、计算机数量
关于现代OS的四种基本观点之三 --资源管理观点
图1.4 CTSS操作示例
“前台”和“后台”
分时系统：分时+批处理功能
内存：“前台区”和“后台区”，“前台区”
存放按时间片“调入”和“调出”的作业流， “后台区”存放批处理作业。 仅当前台作业调入 /调出，或前台无作业可运行 时，方才运行“后台区”中的作业。 提供交互式快速的服务，同时在处理机空闲时 运行后台较大的批作业。
组成 操作和编程完全由手工进行,且编程只能用机器 语言(二进制代码)
程序员同时也是操作员在上机期间独占整台计
算机及其它相关设备，效率非常低
单道批处理系统，早期操作系统
程序员首先将命令、程序和数据用汇编语言或
FORTRAN语言写在纸上,然后用穿孔机制成卡片, 最后将这些卡片交给操作员