01操作系统概述_126505679
操作系统第版第章操作系统概述
更加开放和可定制
未来操作系统将更加注重开放性和可定制性，采用更加先进的开源技术和定制化解决方案，以提供更加丰富和个性化的功能和体验。
如何应对不断变化的应用场景和用户需求
如何提高系统的安全性和可靠性
如何实现更加高效的资源管理和调度
操作系统发展的未来挑战
谢谢您的观看
THANKS
操作系统的功能
内存管理
设备驱动
网络通信
文件系统
02
操作系统的历史与现状
操作系统的起源与发展
现代操作系统的诞生
伴随着集成电路技术的发展，出现了微处理器和微型计算机，从而诞生了现代操作系统。
发展历程
从上世纪70年代开始，出现了许多重要的操作系统，如Unix、Linux和Windows等。
早期的操作系统
Windows系统的安全分析
Linux系统的安全分析
开源可定制、安全性较高、易受攻击
总结词
Linux系统是开源的，因此具有可定制性，可以根据不同的需求进行定制。同时，Linux系统的安全性也较高，不容易受到病毒和恶意软件的攻击。但是，由于Linux系统是开源的，因此也容易受到攻击，存在一些漏洞和弱点。
06
展望未来
多元化和个性化
01
随着应用场景的丰富和用户需求的多样化，下一代操作系统将更加注重用户体验和个性化定制，以满足不同领域和场景的需求。
下一代操作系统的发展趋势
云化和服务化
02
随着云计算和互联网技术的不断发展，下一代操作系统将更加注重云化和服务化，以提供更加高效、安全和灵活的计算和存储服务。
抽象
操作系统负责分配和管理计算机系统中的各种资源，如处理器、内存、输入/输出设备等。
管理系统资源
第1章 操作系统概述
3. 异步性
在多道程序环境下，各程序的执行过程有着“走走停
停”的性质。
程序的执行情况不可预知，是由程序执行时的现场所
决定的。
程序在相同的初始数据下，都应得到相同的运行结果。
本章内容
1.1 操作系统概念 1.2 操作系统的主要功能
1.3 操作系统的主要类型
1.4 操作系统结构设计
1.2 操作系统的主要功能
卫星机专门负责I/O工作，主机负责快速计算任务，实 现并行操作。由于I/O不受主机控制，故称为“脱机” 批处理。
3. 多道批处理系统
基本思想：在内存中同时存放多道程序，在管理程序 的控制下交替执行。这些作业共享CPU和系统中的其 它资源。
特征：系统资源利用率特高，系统吞吐量增加。但是
1. 存储管理
包括： ① 内存分配 ② 地址映射
存分配与回收
任务：为每道程序分配一定的内存空间。 • 记录整个内存使用情况; • 处理用户提出的申请; • 按照某种策略实施分配; • 接收系统或用户释放的内存空间。 目的：提高内存的利用率，减少内存浪费。
• • • 单缓冲 双缓冲 多缓冲
② 设备分配
根据用户的I/O请求和相应的分配策略，为该用户分 配外部设备及通道、控制器等。
③ 设备驱动
实现CPU与通道和外设之间的通信。 由CPU向通道发出I/O指令，通道驱动相应设备进行 I/O操作。当I/O任务完成后，通道向CPU发出中断
信号，由相应的中断处理程序进行处理。
制、管理工作。
可以在一台机器上完成多项任务，甚至也可以多人
同时使用一台机器。
典型的操作系统
1. DOS系统：
MS-DOS；
PCDOS 2. Microsoft Windows系列:
操作系统概述
1. 操作系统概述1.1 操作系统概念操作系统为应用程序提供与硬件交互的接口，为运行中的程序动态地分配可共享的系统资源，与之相关的研究主要涉及内存、进程及外设的管理和调度。
相邻层次间的接口不断改变：一方面，原来由操作系统负责的部分功能被迁移到硬件中；另一方面，一些与应用程序解决的问题无关的程序化函数也被加入操作系统中。
1.2 相关观点1.2.1 资源管理者最经典的观点认为操作系统是资源管理者( resource manager) 。
从这个观点来看，操作系统负责系统的硬件。
在这个角色中，操作系统接收来自应用程序对资源访问的请求，其可以授权访问或拒绝访问。
当授予分配请求时，它必须谨慎地分配资源，使程序间不能相互干扰。
1.2.2 服务提供者我们可以想象，资源管理者的观点代表了系统拥有者需要确保资源能得到有效的使用。
另一方面，我们可以应用程序或应用程序的程序员的观点来分析操作系统。
从这个角来看，需要操作系统提供丰富的服务，使应用程序的工作变得更加轻松。
并且应用程序特别希望，访问I/ 设备、分配内存等许多细节都由操作系统完成。
当我们从服务提供者的角度来考虑操作系统时，经常说程序运行在操作系统之上(on) 。
1.2.3 虚拟机最后一个观点是我们将操作系统作为虚拟机( virtual machine )进行分析。
之所以从这个角度分析操作系统，是因为我们将操作系统作为应用程序和硬件之间的接口。
通过想象应用程序在操作系统和硬件之上，我们可以获得这样的基本思想。
在硬件简单而特性很少的计算机与硬件复杂而又特性很多的计算机之间，如果对这两种类型的计算机操作系统提供相同的特征，那么应用程序无法对两者进行区分。
换言之，对应用程序而言，其就是运行在硬件和操作系统结合的“计算机”之上，我们称之为虚拟机操作系统( virtualmachine operating system)2. 操作系统的功能2.1 进程与线程进程：在进程模型中，计算机上所有可运行的软件，通常也包括操作系统，被组织成若干程。
01-操作系统概述
操作系统概述
5. 常用操作系统
(3) Unix操作系统 用C语言开发 特点：安全性、可靠性高、可移植性 多用户多任务、网络功能强
操作系统概述
5. 常用操作系统
种
各操
应用 作 DOS 系 程
统序
操作系统概述
2. 操作系统的分类
按用户 界面
操 作 系 统
按系统 功能
命令行界面操作系统 图形用户界面操作系统
批处理系统 分时操作系统 实时操作系统 网络操作系统
操作系统概述
3. 操作系统的特征
➢ 并发性 ➢ 共享性行
硬件资源和信息资源可同时被不同的用 户和系统程序共同使用。
计算机软件系统
许昌学院 大学计算机课程组
主要内容
❖ 计算机软件基础 ❖ 操作系统概述 ❖ 操作系统的主要功能 ❖ Windows系统的基本操作
操作系统概述
1. 什么是操作系统
操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、以方便 用户使用计算机的程序的集合。
➢ 计算机硬件与其它软件的接口 ➢ 用户和计算机的接口
随机性。进程以人们不可预知的速度向 前推进。
把物理上一个实体变成逻辑上的多个对 应物，或把物理上的多个对应物变成逻 辑上的一个对应物的技术。
操作系统概述
4.操作系统的主要功能 处理机管理 存储器管理 设备管理 文件系统管理 接口管理
操作系统概述
5.常用操作系统
(1) DOS （Disk Operating System ） 配置在PC的命令行操作系统
(4) Linux操作系统 由UNIX发展而来，源代码开放，多用户多任务 主要应用：Linux服务器
计算机操作系统概述
第一章计算机操作系统概述1、操作系统的概念Operating System，OS），是一种软件，属于系统软件；器的接口；从计算机的系统结构看，操作系统是一种层次、模块结构的程序集合，属于有序分层法，是无序模块的有序层次调用；操作系统体现了计算机技术和管理技术的结合。
2、操作系统的生成和五大类型OS内核（kernel）。
既方便用户，又使系统开销尽量小；生成的配置过程如UNIX中newconfig命令；DOS中config.sys文件；维护由系统管理员负责。
系统。
上看，内存中的多道程序轮流地或分时地占用处理机，交替执行。
≠多重处理系统≠多用户≠多终端多道系统不一定是多用户系统。
多重处理系统一般指多CPU系统。
当然，一个CPU的系统采用分时技术可以为多用户服务。
多用户的关键技术是在用户之间要有保密保安措施。
终端指用户使用的硬件设备，即使一个终端也可为多用户使用，例如，银行的自动取款机(ATM)。
CPU的时间分成很短的时间片（例如，几十至几百毫秒）工作。
随着时间片的时间减少，对换时间所占的比例随之增大。
随着用户数目的不断增加，这种矛盾会越来越突出。
速反应。
交互作用能力较差。
3、操作系统的五大功能时间”的管理，即如何将CPU真正合理地分配给每个任务。
4、表征操作系统的属性安全可靠性，可测试性等。
第二章作业管理1、基本概念(Job)是让计算机完成一件事或任务，可大可小，可多可少。
(Job ) ：作业顺序执行的工作单元。
(Job Stream) ：作业步的控制流程。
2、用户界面3、传统的人机接口Shell语言）：DOS Shell；UNIX ；BShell、CShell等System Call）4、作业输入输出方式交互联机）SPOOLing：联机外围同时操作，假脱机（排队转储，设备虚拟技术）5、作业调度1）采用JCB（作业控制块）表格，记录各作业状况；2）按选定的算法，从后备作业队列中选出一部分（多道）或一个作业投入运行；3）为被选中的作业做好运行前的准备工作。
1. 操作系统概述[7页]
![1. 操作系统概述[7页]](https://img.taocdn.com/s3/m/e74d0a083186bceb18e8bb62.png)
Windows系列 个人计算机：windows9X系列、windows xp （2001） 、windows 7 （2009）、 windows 10 （2015） ，是单用户、多任务操作系统，图形化操作界 面做得比较成功，但可靠性、安全性不是很好。 服务器：微软的网络操作系统一般只是用在局域网中，主 要有Windows NT Server、Windows 2000 Server、 Windows 2003 Server等。
3、操作系统的启动(boot up)
硬盘
④装入引导程序
⑥ 装入操作系统
④
③
读读 出出 主引 引导 导程 记 录序
ROM BIOS
② 执行自举装入程序 ① 执行加电自检程序
RAM
⑤⑦ 执运 行行 引操 导作 程系 序统
CPU
3、操作系统分类
（1）现在使用操作系统一般属于下面几种类型： 单 用 户 、 多 用 户 操 作 系 统 ： 单用户：一台计算机在同一时间只能由一个用户使用。 多用户：在同一时间允许多个用户登录系统使用计算机。 分 时 、 实 时 操 作 系 统 ： 分时：一台计算机轮流为多个用户服务 实时：及时响应外部请求，在规定时间内完成处理任务。 多 任 务 操 作 系 统 ： 同 一 时 间 可 以 运 行 多 个 任 务 。 嵌 入 式 操 作 系 统 ： 运 行 在 嵌 入 式 系 统 环 境 中 。 网 络 操 作 系 统 ： 能 够 对 网 络 中 资 源 进 行 管 理 和 共 享 等 功 能 。
操作系统概述
1、操作系统的重要作用
（1）为计算机中运行的程序管理和分配系统中的各种软硬件资源。
（2）为用户操作使用计算机提供友善的人机接口，也称人机界面 或用户界面。
第一章 操作系统概述
7.下面不属于分时系统特征的是（ ） 。 A．为多用户设计 B．需要中断机构及时钟系统的支持 C．方便用户与计算机的交互 D．可靠性比实时系统要求高
硬件将处理机划分为两种，即管态和目 态，这样做给操作系统设计带来什么好 处？
便于设计安全可靠的OS。管态和目态 是计算机硬件为保护OS免受用户程序的 干扰和破坏而设置的两种状态。通常OS 在管态下运行，可以执行所有的机器命 令；而用户在目态下运行，只能执行非 特权指令。如果用户程序企图在目态下 执行特权指令，将会引起保护性中断， 由OS终止该程序的执行，从而保护OS。
应用程序
库调用
系统库
系统调用
操作系统
机器指令
硬件(HAL)
1.1.2 操作系统的作用
管理系统中软件硬件资源
CPU 内存 设备 文件
为用户(应用程序)提供良好的服务(界面)
API GUI, 行式命令 JCL (Job Control Language)
1.1.3 操作系统定义
• 涉及到计算机科学的很多领域
计算机体系结构/硬件 软件设计 程序设计语言 数据结构 算法 网络
• 思维方式的学习
第一章 操作系统概述
操作系统的概念 操作系统的历史 操作系统的特性 操作系统的类型 操作系统的运行环境 操作系统的界面形式 操作系统的运行机理
共享性
异步行（随机性）
虚拟性
Hale Waihona Puke 1.5 操作系统运行环境
定时装置 系统栈 特权指令与非特权指令 处理机状态及状态转换 地址映射机构 存储保护设施 中断装置 通道与DMA控制器 IO保护
第一章操作系统概述
第一章操作系统概述1.1 操作系统的目标和作用一、操作系统的定义（作用）◆ OS是计算机系统中的一个系统软件第一层软件，对硬件功能的首次扩充图 1.1 计算机系统的层次视图◆ OS是一些程序模块的集合，这些程序模块的作用是：（1）有效地组织和管理计算机系统中硬件和软件的资源。
（2）合理地组织计算机工作流程控制程序的执行，如：指令和数据装入主存，I/O设备和文件初始化，I/O设备的访问，对文件的访问。
◆向用户提供各种服务的功能：如提供多种工具（编辑器，调试器等）各种系统调用。
◆OS的目的是使用户能够灵活方便和有效地使用计算机，使计算机系统能高效地运行。
二、操作系统的功能（OS是计算机资源的管理者）（P17）1、CPU管理多道程序技术进程管理、调度、（虚拟处理机管理）2、存储管理多个程序共享内存资源（互不干扰共享）内存扩充（虚拟存储管理）3、文件管理——资源（信息资源）文件安全访问管理文件存储空间管理4、设备管理对I/O设备管理（设备分配，设备驱动）虚拟设备管理三．操作系统特征并发：在计算机系统中同时存在多个程序，从宏观上看这些程序是同时在执行的。
从微观上讲任何时刻只有一个程序在执行，微观上说这些程序在CPU上轮流执行。
并行： (与并发相同，但多指硬件支持）共享：操作系统与多个用户的程序共同使用计算机上的资源。
四.操作系统的目标◆方便性:用户界面◆有效性：系统效率（如CPU用的充足与否）资源利用率（如内存，外部设备是否忙碌）◆可扩充性◆开放性1.2 操作系统发展过程一．手工操作阶段人工处理上、下作业操作三、监督程序（单道批处理系统）——操作系统的雏形·一批作业（任务）同时提交·由监督程序处理作业切换工作·单道——内存中只存一道作业的程序，一道作业完成后才调入下一道作业单道程序运行过程：四、多道批处理——现代意义上的操作系统出现·多道——多道程序同时存在于主存之中，由CPU以切换方式为之服务，使的多个程序可以同时执行。
计算机操作系统概述
1.3 操作系统的分类
5. 分布式操作系统
如果一个计算机网络系统，其处理和控制功能被分散在系统的各个计 算机上，系统中的所有任务可动态地分配到各个计算机中，使它们并行执 行，实现分布处理。这样的系统被称为“分布式系统”，其上配置的操作 系统，被称为“分布式操作系统”。
分布式操作系统有如下特点： 分布式系统的基础是网络 系统的透明性 并行性 可靠性和健壮性 扩展性
1.2 操作系统的发展历程
3. 集成电路芯片和多道程序系统
中断和通道技术出现以后，输入输出设备和中央处理机可以并 行操作，提高了计算机的工作效率。但这种并行是有限度的，并不 能完全消除中央处理机对外部传输的等待。解决方案就是采用多道 程序设计技术。
多道程序运行的特点如下：
多道。 宏观上并行。 微观上串行。
第1章 计算机操作系统概述
1.1
操作系统概念
1.2
操作系统的发展历程
1.3
操作系统的分类
1.4
现代操作系统的主要特性
1.5
操作系统的功能
1.6
Linux操作系统基础
1.1 操作系统概念
任何一台计算机系统都配置一种或多种操作系统。 操作系统是位于硬件层之上，所有其它软件层之下的一个系统软件。这个 系统软件由一些程序模块的集合组成，他们管理和控制计算机系统中的硬 件及软件资源，合理的组织计算机工作流程，以便有效的利用这些资源为 用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机和用户之间 起到接口的作用。
1.4现代操作系统的主要特性
4. 异步性
在多道程序环境下，允许多个进程并发执行， 但只有进程在获得所需的 资源后方能执行。
内存中的每个进程在何时能获得处理机运行，何时又因提出某种资源请 求而暂停，以及进程以怎样的速度向前推进，每道程序总共需多少时间才能 完成，等等，都是不可预知的。
操作系统知识点整理(完整版)精编.doc
第一章操作系统概述1）一个完整的计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成2）计算机软件是指程序和与程序相关的文档的集合3）按功能可把软件分为“系统软件”和“应用软件”两部分系统软件：操作系统语言处理程序，数据库管理系统应用软件：各种管理软件，用于工程计算的软件包，辅助设计软件4）通常把未配置任何软件的计算机称为“裸机”5）操作系统可以被看作是计算机系统的核心，统管整个系统资源，制定各种资源的分配策略，调度系统中运行的用户程序，协调它们对资源的需求，从而使整个系统在高效、有序的环境里工作。
6）发展的动力：(1)提高计算机资源的利用率的需要(2)方便用户使用计算机的需要(3)硬件技术不断发展的需要(4)计算机体系结构发展的需要7）操作系统是在“裸机”上加载的第一层软件，是对计算机硬件系统功能的首次扩充8）操作系统的定义：操作系统是控制和管理计算机硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，以及方便用户使用计算机的一个大型程序9）操作系统的功能：处理机管理：进程控制，进程同步，进程通信、调度、实施CPU分配存储器管理：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充设备管理：缓冲管理，设备分配，设备管理文件管理：存储空间管理，目录管理，读写管理和保护与用户有关的接口：用户接口，程序接口，人机交互10）操作系统另一种定义：操作系统是一组能有效地组织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操作系统的种类：1)单道批处理系统特点：单路性、独占性、自动性、封闭性、顺序性缺点：系统的资源得不到充分的利用2)多道批处理系统特点：多路性、共享性、自动型、封闭性、无序性、调度性好处：✓提高CPU的利用率✓提高内存和I/O设备的利用率✓增加系统吞吐量缺点：平均周转时间长，无交互能力3)分时系统分时系统是指在一台主机上连接了多个配有显示器和键盘的终端，由此所组成的系统，该系统允许多个用户同时通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。
操作系统概述
3. 分布式操作系统 分布式操作系统是配置在分布式计算机上的一种操
作系统。
分布式操作系统与网络操作系统的最主要区别是系 统对用户的透明性。在网络操作系统中，用户通过网络 服务器的名称来获得资源，系统结构对用户是不透明的； 在分布式操作系统中，用户只需通过服务的名称即可获 得资源，系统结构对用户是透明的。
第一章 操作系统概述
1.1 操作系统的定义
1.2 操作系统的形成过程
1.3 操作系统的基本类型
1.4 操作系统的特征
1.5 操作系统的服务
1.6 操系统的功能
1.7 操作系统的结构
1.1 操作系统的定义
1.1.1 操作系统的虚拟机观点
用户1 用户2 … 应用程序
命令解释程序、编译程序、编辑程序等
(2) 系统调用方式（System Call）。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使用编程调用（API），来操纵计算机。
1.1.4 操作系统的进程管理观点
在一个计算机系统中，进程是一个动态的概念，并具有 并发性。并发会引起资源的竞争、共享等制约和配合等问 题。从并发过程的执行来讨论操作系统就是从进程角度的 观点来观察操作系统。
(1) 内存的分配和保护 (2) 处理机的管理和分配 (3) I/O设备的管理和分配 (4) 文件存储空间的组织与管理
1.2.4 进一步发展阶段
1. 微型计算机操作系统 微型计算机操作系统指配置在微型计算机上的操作 系统。目前比较流行的微型计算机操作系统有单用户多 任务（如Microsoft的Windows系列个人用户版操作系统） 和多用户多任务（如SUN公司的Solaris系列操作系统和 Linux操作系统等）两种类型。
用户3
操作系统介绍5000字内容
操作系统介绍5000字内容操作系统（Operating（System，OS）是计算机系统中的核心软件之一，它是管理和控制计算机硬件资源的系统软件。
操作系统提供了一个接口，使应用程序和用户能够与计算机硬件交互，并有效地利用计算机的资源。
以下是一个详细介绍操作系统的内容的介绍：1.（操作系统的概述操作系统是计算机系统中的关键组成部分，它负责管理和控制硬件资源，为应用程序提供运行环境。
操作系统通过各种功能和服务层为用户和应用程序提供了抽象的接口，隐藏了底层硬件的复杂性，使得用户可以更方便地与计算机交互。
操作系统 Operating（System，简称OS）是一种软件，它控制计算机硬件和软件资源，并为用户提供一种方便、高效的方式来使用这些资源。
它负责管理计算机系统的硬件和软件资源，包括CPU、内存、硬盘、显示器、键盘、鼠标等。
操作系统使得用户可以更加方便地使用计算机，而不需要了解底层硬件和软件的细节。
2.（操作系统的功能2.1（进程管理操作系统负责管理进程的创建、调度、同步、通信和终止。
它为每个进程分配资源，并确保它们以安全、有效的方式运行。
操作系统负责管理和调度计算机中的进程，包括任务的创建、执行、暂停和终止等。
它还负责分配CPU时间，确保各个进程能够公平地共享系统资源。
2.2（内存管理操作系统管理计算机内存的分配和释放，以确保每个程序都能得到足够的内存空间，并且有效地使用内存资源。
操作系统负责管理计算机的内存空间，包括内存的分配、回收和释放等。
它还负责将物理内存映射到虚拟内存空间，使得程序可以使用比实际内存更大的空间。
2.3（文件系统文件系统负责管理计算机上的文件和目录。
操作系统提供了对文件的读取、写入、创建、删除和修改等功能，以及对文件系统进行组织和维护。
操作系统负责管理计算机中的文件系统，包括文件的创建、读取、写入、删除等操作。
它还负责维护文件系统的安全性和完整性。
2.4（设备管理操作系统管理和控制计算机的各种设备，包括输入/输出设备、存储设备、网络设备等，以确保它们能够有效地被应用程序使用。
《计算机操作系统》第1章 操作系统概述
手工操作的慢速度与计算机的高速度之间形成矛盾，此即所谓的人机矛盾。
1.2.2 单道程序批处理系统
人们设计了一个管理程序，称监督程序（Monitor），来实现作业的自动 转换处理。首先，程序员将数据、程序以及用作业语言书写的作业说明书作为 作业信息提交给操作员，操作员把用户提交的作业分类，把一批中的作业编成 一个作业执行序列，并将这些作业信息“成批”地输入到计算机中，每一批作业 将由监督程序自动依次处理，这种自动定序的处理方式称为“批处理”。
1.3.3 虚拟性
操作系统的虚拟性（virtual），体现在它的方方面面，多道程序在单 CPU的计算机上同时运行机制使得多个程序好像独占一个CPU，若干终 端用户分时使用一台主机，好像每人独占了一台计算机；虚拟存储器使得 内存为1MB的计算机可以运行总容量为5MB以上的程序。这些都体现了操 作系统的虚拟性。
1.2.1 人工操作阶段 1.2.2 单道程序批处理系统 1.2.3 多道程序批处理系统 1.2.4 分时系统 1.2.5 实时系统 1.2.6 通用操作系统 1.2.7 操作系统的进一步发展
1.2.1 人工操作阶段
►在第一代计算机时期，构成计算机的主要元器件是电子管，计算机运算速度非常 慢（几千次／秒），这一时期的计算机上还没有配置任何操作系统，甚至没有任 何软件。这个时期上机完全是手工操作，用户（即程序员）需要直接与计算机硬 件打交道。
第一章 操作系统概述
第一章操作系统概述
1.OS的概念：操作系统是加载在硬件之上，支持其他软件，并控制
和管理计算机系统内各种硬件和软件资源，有效地组织各程序运行的系统软件或程序集合。
2.OS的发展阶段：手工处理阶段、批处理阶段、执行系统阶段
3.OS的目标：方便性、有效性、可扩展性
4.OS的基本特征：并发性、资源共享性、异步性
5.OS的功能：存储器的功能、处理机管理功能、设备管理功能、文
件管理功能、用户接口
6.OS的基本类型（分类）多道批处理OS、分时OS、实时OS、通用
OS、网络OS、分布式OS、微机操作OS、嵌入式OS、多处理机OS、服务器OS、大型机OS。
第1章 计算机操作系统概述
第1章 计算机操作系统概述
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第1章 计算机操作系统概述
在操作系统中引入多道程序设计技术以后， 在操作系统中引入多道程序设计技术以后，会 使系统具有以下特征。 使系统具有以下特征。 （1）多道性 ） （2）无序性 ） （3）宏观上并行、微观上串行 ）宏观上并行、 （4）调度性 ）
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第1章 计算机操作系统概述
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第1章 计算机操作系统概述
1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 无操作系统的计算机 1.2.2 单道批处理系统与多道批处 理系统及执行系统 1.2.3 1.2.4 分时系统 实时系统
1.2.5 微机操作系统、网络操作系 微机操作系统、 统与分布式操作系统
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第1章 计算机操作系统概述
第1章 计算机操作系统概述
计算机网络
计算机技术和通讯技术的结合使得微机用户资源 共享及相互通信的愿望成为可能， 共享及相互通信的愿望成为可能，即在一台计算 机上可以使用其他机器上的资源或进行通信。 机上可以使用其他机器上的资源或进行通信。这 样计算机网络的概念得以产生。 样计算机网络的概念得以产生。一些独立自治的 计算机利用通信线路相互连接形成的计算机的集 称为计算机网络。 合，称为计算机网络。
第1章 计算机操作系统概述
1．实时操作系统的分类 ．
实时控制： 实时控制：当计算机应用于生产过程的控制形 成以计算机为中心的控制系统时， 成以计算机为中心的控制系统时，系统要求能实 时采集现场数据， 时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处 从而自动地控制相应的执行机构， 理，从而自动地控制相应的执行机构，使某些参 如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化， 数（如湿度、压力、液位）能按预定的规律变化， 以保证产品的质量和提高产量。 以保证产品的质量和提高产量。 实时信息处理：通常， 实时信息处理：通常，我们把要求对信息进行 实时处理的系统称为实时信息处理系统。 实时处理的系统称为实时信息处理系统。
操作系统概述
操作系统概述操作系统：指在内核态(kernel mode)或称管态(supervisor mode)下运行的软件，它受到硬件的保护，用户不能随便去篡改它的内容。
1.1 什么是操作系统操作系统作为扩展机：操作系统的功能就是为用户提供一台等价的扩展计算机，或称虚拟机(virtual machine)，它比底层硬件更容易编程。
操作系统作为资源管理器：从资源管理器的角度来说，操作系统的主要任务是跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资源利用率，以及协调不同程序和用户对资源的访问冲突。
1.2 操作系统的发展历史第一代计算机(1945-1955)：真空管和插接板。
第二代计算机(1955-1965)：晶体管和批处理系统。
第三代计算机(1965-1980)：集成电路和多道程序。
第四代计算机(1980-至今)：个人计算机。
1.3 操作系统的概念1.3.1 进程在MINIX3及所有操作系统中，一个重要的概念就是进程(process)。
从本质上来说，一个进程就是一个正在执行的程序。
在许多操作系统中，一个进程的所有信息(除了它的地址空间中的内容)均存放在操作系统的一张表中，该表称为进程表(process table)，它实际上是一个结构数组(或链表)。
对于一个被挂起的进程，主要包括两部分的内容。
一是进程的地址空间，称为内核映像(core image)，二是相应的进程表项，包含寄存器值及其他信息。
1.3.2 文件MINIX 3中的文件和目录通过一个11位的二进制码来保护。
保护码包括三个3位的域，分别描述文件的所有者、同组用户和其他用户。
每个域有1位标识读权限、1位标识写权限和1位标识可执行权限。
例如，保护码rwxr-x--x表示文件的所有者可以进行读、写和执行操作；同组用户可以读和执行，但不能写；而其他用户只能执行，不能读写。
对目录来说，x表示搜索权限，短横线(-)表示不具备相应权限。
MINIX 3允许将光驱等可移动介质上的文件系统挂装(mount)到主文件树上。
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1.4.1 多道批处理系统（off-line） 多道批处理系统（ ）
作业（Job)：程序+数据+说明书（JCL编写） 编写） 作业（Job)：程序+数据+说明书（JCL编写 结果：程序运行结果+记帐信息 结果：程序运行结果+ 输入井 作 业
输入机
作业1 作业2 。。。 盘区
主机
进程1 进程2 。。。 内存+CPU
操作系统原理
主讲 乌兰 Wl_bttc@
第一章 操作系统概述
操作系统的概念 操作系统的历史 操作系统的特性 操作系统的类型 操作系统的运行环境 操作系统的界面形式 操作系统的运行机理 研究操作系统的几种观点
1.1 操作系统概念
操作系统地位 操作系统作用 操作系统定义
What is operating system?
DOS DOS
DOS
host3
1.4.7 分布式操作系统 分布式操作系统(Cont.)
分布式操作系统特征: 分布式操作系统特征
统一的操作系统、资源的进一步共享（内存, 统一的操作系统、资源的进一步共享（内存 CPU）可靠性 、透明性 ）
目标：进一步共享资源，使负载均衡，计算加速。 目标：进一步共享资源，使负载均衡，计算加速。 CPU 内存 途径：迁移（ 途径：迁移（migration） ） 作业迁移 进程迁移（线程一般随同进程迁移） 进程迁移（线程一般随同进程迁移） 例子： 例子：Solaris MC
1.4.3 实时操作系统
实时控制 工业控制，军事控制，医疗控制， 工业控制，军事控制，医疗控制，……. 实时信息处理 航班定票，联机情报检索， 航班定票，联机情报检索，…….
1.实时控制 实时控制 A/D HAL Real Time OS t1 被控对象 t2
D/A
2.实时信息处理 实时信息处理 终端 HAL Real Time OS 终端 终端
对称多处理机系统(SMP-symmetric multi-processor)
没有主从关系的多处理机系统
多处理机操作系统
有效管理和使用多个CPU的操作系统 的操作系统 有效管理和使用多个 复杂性：多个主动体（ 复杂性：多个主动体（CPUs) )
例子： 例子：UNIX, Linux, Windows
1.4.9 嵌入式操作系统
CPU 内存 设备 文件
为用户(应用程序)提供良好的服务(界面) 为用户(应用程序)提供良好的服务(界面)
API GUI, 行式命令
1.1.3 操作系统定义
操作系统是位于硬件层(HAL)之上，所 操作系统是位于硬件层 之上， 之上 有其它软件层之下的一个系统软件， 有其它软件层之下的一个系统软件，是 管理系统中各种软硬件资源， 管理系统中各种软硬件资源，方便用户 使用计算机系统的程序集合。 使用计算机系统的程序集合。
1.4.5 单用户操作系统
同一时刻仅有一个用户使用的系统
单用户单任务(dos)、单用户多任务(windows linux)、多 、单用户多任务 单用户单任务 、 用户多任务(UNIX) 用户多任务
应用领域： 应用领域：
台式机，笔记本， 台式机，笔记本，…….
特点： 特点：
单用户，多进程，不同的程序，不同的进程； 单用户，多进程，多线程
相同的程序, 相同的程序, 不同的线程
1.4.6 网络操作系统
建立在宿主操作系统之上，提供网络通讯、网 建立在宿主操作系统之上，提供网络通讯、 络资源共享、网络服务和网络管理的软件包。 络资源共享、网络服务和网络管理的软件包。
host1
NOS1
host2
NOS2
网络操作系统的目标
相互通讯 资源共享（信息，设备） 资源共享（信息，设备） 提供网络服务 database server ftp server e-mail server telnet server etc.
资源共享性
多个程序共用系统中的各种软硬件资源 在操作系统的协调和控制下 异步性
多个程序以不可预知的速度向前推进。 多个程序以不可预知的速度向前推进。系统中同时运行的程序有多个，交替 执行，中断、返回不断发生，操作系统的运行轨迹是异步的和不可预知的
虚拟性
是利用某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑实体 把一个实的CPU改造为多个虚的 改造为多个虚的CPU 把一个实的 改造为多个虚的 内存+外存 外存→ 内存 外存→虚存 独占设备+共享设备 共享设备→ 独占设备 共享设备→虚拟设备
输出井
结果1 结果2 。。。
输出机
盘区
结 果
SPOOLing 输入
作业调 度（1） ）
作业调 度（2） ）
SPOOLing 输出
1.4.1 多道批处理系统 多道批处理系统(cont.)
输入井作用
缓冲(速度匹配作用 缓冲 速度匹配作用) 速度匹配作用 实现作业调度(job scheduling) 实现作业调度
提高处理能力; 提高处理能力 扩展应用领域。 扩展应用领域。
Foreground/Background System
常见模式: 常见模式
分时(前台 批处理 后台)（ 分时 前台)+批处理 后台 （eg. GCOS-8 前台 批处理(后台 ） 实时(前台 批处理(后台 实时 前台)+批处理 后台) 前台 批处理 后台
核心小(基本内存管理 核心小 基本内存管理,CPU管理 通讯程序), 适应范围广, 可靠 管理,通讯程序 适应范围广 基本内存管理 管理 通讯程序 性高 效率低
例子： 例子：
Win CE .NET（维纳斯） （维纳斯） PalmOS HOPEN（女娲） （女娲）
1.4.10 智能卡操作系统
智能卡
CPU芯片 芯片 ROM
输出井作用
缓冲(速度匹配作用 缓冲 速度匹配作用) 速度匹配作用
主机中作业合理搭配 特点
多道： 多道：系统中同时容纳多个作业 成批： 成批：作业分批进入系统
目标1：提高资源利用率(eg. 计算型 计算型+IO型) 目标 ：提高资源利用率 型 目标2：提高吞吐量(throughput) 目标 ：提高吞吐量
执行系统阶段（60年代初期）
通道 中断 I/O和CPU并行工作
操作系统的完善
多道批处理系统（ 60年代初期） 分时系统（ 60年代初期和中期） 实时处理系统（ 60年代中期） 通用操作系统（ 60年代后期）
1.3 操作系统特性
程序并发性
是指计算机系统中同时存在多个程序 多个程序在宏观上同时向前推进 并发(concurrent) vs. 并行 (parallel) 并发
NOS3
host3
Printer
1.4.7 分布式操作系统
集中式计算机系统： 集中式计算机系统：处理和控制功能高度集 中在一台计算机上，所有的任务均由它完成。 中在一台计算机上，所有的任务均由它完成。 分布式系统： 分布式系统：是指由多台分散的计算机经网 络连接而成的系统，每台计算机既高度自治， 络连接而成的系统，每台计算机既高度自治， 又协同工作，实现资源管理和任务分配， 又协同工作，实现资源管理和任务分配，能 够并行运行分布式程序。 够并行运行分布式程序。 分布式操作系统分类： 分布式操作系统分类：紧耦合和松散耦合
Buffering: 处理数据到达与离开 速度不一致
中的shell文件 Windows中的 中的autoexec.bat 如UNIX中的 中的 文件 中的
1.4.2 分时操作系统 分时操作系统（On-line）
允许多个联机用户同时使用一个计算机系统，即用户通过终端交互使用计算机。
HAL Time Sharing OS
运行视图
系统库(lib)可调用操作系统，执行硬件指令 可调用操作系统， 系统库 可调用操作系统 应用程序可以调用lib和操作系统 和操作系统， 应用程序可以调用 和操作系统，执行硬件指令
应用程序库调用系Fra bibliotek库系统调用
操作系统
机器指令
硬件( 硬件(HAL) )
1.1.2 操作系统的作用
管理系统中软件硬件资源
特点：（1）响应及时（prompt response） ：（1 响应及时（ response） 特点：（ 可靠性高（ reliability） （2）可靠性高（high reliability）
通常为远程终端
…. ….
1.4.4 通用操作系统(multi-purpose OS)
同时具有：分时、实时、批处理功能。 同时具有：分时、实时、批处理功能。 目标： 目标：
1.1.1 操作系统地位
计算机系统的组成： 计算机系统的组成：硬件系统和软件系统 设计操作系用必须考虑： 设计操作系用必须考虑：有效使用硬件、用户对操作系统的要求 硬件抽象层（ 硬件抽象层（HAL）之上 ） 所有其它软件层之下
应用软件层 其它系统软件层
对硬件 部件的 第一次 扩充
OS 硬件（ 硬件（HAL） ）
1.4 操作系统类型
多道批处理操作系统(batch processing system) 多道批处理操作系统 分时操作系统(time-sharing system) 分时操作系统 实时操作系统(real time system) 实时操作系统 通用操作系统(multi-purpose system) 通用操作系统 单用户操作系统(single user system) 单用户操作系统 网络操作系统(network operating system) 网络操作系统 分布式操作系统(distributed operating system) 分布式操作系统 多处理机操作系统(multi-processor system) 多处理机操作系统 嵌入式操作系统(embedded operating system) 嵌入式操作系统 智能卡操作系统(smart-card operating system) 智能卡操作系统