第1章 操作系统引论ppt课件 汤小丹梁红兵版
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[课件]第1章 操作系统引论(2.17-19)PPT
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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 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统结构设计
阜阳师范学院计算机与信息学院 6
2018/12/2
操作系统的地位
操作系统在计 算机系统中的地位： 是在硬件基础上的 第一层软件；是其 他软件和硬件之间 的接口。
2
成绩评定
学分：4
总学时：72学时 上机：18学时
作业+实验报告：20% 期末考试：70% 上课出勤率及回答问题：10%
学习要求
按时上课，认真听讲 阅读参考书 认真记笔记，整理笔记 思考、讨论、提问 按时交作业和实验报告
阜阳师范学院计算机与信息学院 3
2018/12/2
参考书籍
《现代操作系统》（原书第3版）（荷）Andrew S. Tanenbaum著 陈向群，马洪兵等译.机械工业 出版社 《计算机操作系统.学习指导与题解》 梁红兵， 汤小丹. 西安电子科技大学出版社 《计算机操作系统联考复习指导》王道论坛组编. 电子工业出版社 王道论坛：
2018/12/2 阜阳师范学院计算机与信息学院 8
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
使用方式 I. 命令方式 II. 系统调用方式 III. 图形、窗口方式
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
2018/12/2
阜阳师范学院计算机与信息学院
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操作系统的作用
2018/12/2 阜阳师范学院计算机与信息学院 4
第一章 操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
第1章操作系统引论PPT课件
操作系统原理及应用 （Windo1.1 操作系统概述
1.1.1 什么是操作系统 1.1.2 操作系统的地位 1.1.3 操作系统的功能
返回上级目录
2
1.1.1 什么是操作系统
我们都知道，一个计算机系统由系统软件组成，系统 硬件包括中央处理器（CPU）、内部存储器、输入/输出设 备等，系统软件包括操作系统、各种语言处理程序、系统 实用程序等。一台没有任何软件支持的计算机称之为裸机， 用户直接使用裸机来编制和运行程序是相当困难的，几乎 是不可能的。必须有计算机厂商提供的系统软件的支持， 计算机系统才能为用户程序提供一个良好的编制与运行环 境。因此，实际呈现在用户面前的计算机系统已是经过若 干层次软件改造的计算机。操作系统是直接控制和管理计 算机硬件、软件资源的最基本的系统软件，用以方便用户 充分、有效地利用资源并增强整个计算机的处理能力。
5
还可使各种外围设备之间并行工作。即这种大、中、 小型计算机系统是以CPU 和I /O系统之间以及各I /O 设备之间尽可能地并行工作来组织硬件系统, 以换取 更高的性能/价格比的。微型计算机系统普遍采用总 线结构，以使扩充灵活、维护方便。CPU 通过系统总 线（含地址、数据和控制信息）与存储器、Ｉ/O接口 相连，各种外围设备通过Ｉ/O接口挂接到系统总线上。 例 如 ， IBMPC 和 PC/XT 微 型 计 算 机 使 用 的 标 准 PC 总 线 （62引脚）支持8位数据传输和20位地址，IBMPC/AT 微型计算机使用的扩展PC总线（62＋36引脚）支持16 位数据传输和24位地址在IBMPC系统微机中，是将接 口控制卡（适配器卡）插入机箱内的“Ｉ/Ｏ扩展槽” 与系统总线连接，Ｉ/Ｏ扩展槽也称为Ｉ/Ｏ通道，但 它实际上只是系统总线的延伸。
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1.1.1 什么是操作系统 1.1.2 操作系统的地位 1.1.3 操作系统的功能
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2
1.1.1 什么是操作系统
我们都知道，一个计算机系统由系统软件组成，系统 硬件包括中央处理器（CPU）、内部存储器、输入/输出设 备等，系统软件包括操作系统、各种语言处理程序、系统 实用程序等。一台没有任何软件支持的计算机称之为裸机， 用户直接使用裸机来编制和运行程序是相当困难的，几乎 是不可能的。必须有计算机厂商提供的系统软件的支持， 计算机系统才能为用户程序提供一个良好的编制与运行环 境。因此，实际呈现在用户面前的计算机系统已是经过若 干层次软件改造的计算机。操作系统是直接控制和管理计 算机硬件、软件资源的最基本的系统软件，用以方便用户 充分、有效地利用资源并增强整个计算机的处理能力。
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还可使各种外围设备之间并行工作。即这种大、中、 小型计算机系统是以CPU 和I /O系统之间以及各I /O 设备之间尽可能地并行工作来组织硬件系统, 以换取 更高的性能/价格比的。微型计算机系统普遍采用总 线结构，以使扩充灵活、维护方便。CPU 通过系统总 线（含地址、数据和控制信息）与存储器、Ｉ/O接口 相连，各种外围设备通过Ｉ/O接口挂接到系统总线上。 例 如 ， IBMPC 和 PC/XT 微 型 计 算 机 使 用 的 标 准 PC 总 线 （62引脚）支持8位数据传输和20位地址，IBMPC/AT 微型计算机使用的扩展PC总线（62＋36引脚）支持16 位数据传输和24位地址在IBMPC系统微机中，是将接 口控制卡（适配器卡）插入机箱内的“Ｉ/Ｏ扩展槽” 与系统总线连接，Ｉ/Ｏ扩展槽也称为Ｉ/Ｏ通道，但 它实际上只是系统总线的延伸。
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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
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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
汤晓丹版操作系统课件.ppt
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。可见，OS的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。
3．OS实现了对计算机资源的抽象 对于一个完全无软件的计算机系统(即裸机)，它向用户 提供的是实际硬件接口(物理接口)，用户必须对物理接口的 实现细节有充分的了解，并利用机器指令进行编程，因此该 物理机器必定是难以使用的。为了方便用户使用I/O设备，人 们在裸机上覆盖上一层I/O设备管理软件，如图1-2所示，由 它来实现对I/O设备操作的细节，并向上提供一组I/O操作命 令，如Read和Write命令，用户可利用它来进行数据输入或输 出，而无需关心I/O是如何实现的。此时用户所看到的机器将 是一台比裸机功能更强、使用更方便的机器。这就是说，在 裸机上铺设的I/O软件隐藏了对I/O设备操作的具体细节，向 上提供了一组抽象的I/O设备。
无序而浪费了大量的存储空间。配置了 OS 之后，可使 CPU 和 I/O设备由于能保持忙碌状态而得到有效的利用，且可使内存
和外存中存放的数据因有序而节省了存储空间。
(2) 提高系统的吞吐量。操作系统还可以通过合理地组织 计算机的工作流程，而进一步改善资源的利用率，加速程序 的运行，缩短程序的运行周期，从而提高系统的吞吐量。
3．器件的不断更新换代 微电子技术的迅猛发展，推动着计算机器件，特别是微机 芯片的不断更新，使得计算机的性能迅速提高，规模急剧扩大，
从而推动了OS的功能和性能也迅速增强和提高。例如，当微机
芯片由 8 位发展到 16 位、 32 位，进而又发展到 64 位时，相应的 微机 OS 也就由 8 位发展到 16 位和 32 位，进而又发展到 64 位，此
操作系统原理 第1章 操作系统引论-精品资料PPT课件
(4) 监督程序（管理作业的运行---负责装 入和运行各种系统处理程序，如汇编程序、 编译程序、连接装配程序、程序库(如输入 输出标准程序等);完成作业的自动过渡）
读入一个作业(若系统资源能满足该作业要 求);
17
(5)从磁带调入汇编程序或编译程序，将用户作业源程 序翻译成目标代码;
(6)连接装配程序把编译后的目标代码及所需的子程序 装配成一个可执行程序;
创建、撤消进程，进程状态转换 通过原语或系统调用实现 （2）进程同步 协调进程间的关系 互斥和同步 同步机制 如锁、信号量 （3）进程通信 进程间的信息交换 直接通信和间接通信 （4）进程调度 为进程分配处理机 核心为调度算法
6
2.存储管理
（1）存储分配 为进程分配存储空间 静态分配和动态分配
（2）存储保护 防止程序相互干扰 硬、软件结合实现
第1章 操作系统引论
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
一、操作系统的概念
3
操作系统定义：
操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件和软 件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的 程序集合。
有效：系统效率，资源利用率（如：CPU的充分利用； 内存、外部设备是否忙碌年代末－60年代中）多道程 序系统
单道程序工作示例
20
多道程序工作示例 多道程序运行的特点是: (1) 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。 (2) 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过 程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 (3) 微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU，交替 执行。
读入一个作业(若系统资源能满足该作业要 求);
17
(5)从磁带调入汇编程序或编译程序，将用户作业源程 序翻译成目标代码;
(6)连接装配程序把编译后的目标代码及所需的子程序 装配成一个可执行程序;
创建、撤消进程，进程状态转换 通过原语或系统调用实现 （2）进程同步 协调进程间的关系 互斥和同步 同步机制 如锁、信号量 （3）进程通信 进程间的信息交换 直接通信和间接通信 （4）进程调度 为进程分配处理机 核心为调度算法
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2.存储管理
（1）存储分配 为进程分配存储空间 静态分配和动态分配
（2）存储保护 防止程序相互干扰 硬、软件结合实现
第1章 操作系统引论
1
整体概述
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一、操作系统的概念
3
操作系统定义：
操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件和软 件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的 程序集合。
有效：系统效率，资源利用率（如：CPU的充分利用； 内存、外部设备是否忙碌年代末－60年代中）多道程 序系统
单道程序工作示例
20
多道程序工作示例 多道程序运行的特点是: (1) 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。 (2) 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过 程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 (3) 微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU，交替 执行。
11111操作系统辅导汤子赢哲风屏汤小丹.ppt
5、程序并发执行的特征： ① 间断性 ② 失去封闭性 ③ 不可再现性
二、 进程的基本概念
1、 进程的定义——可并发执行的程序在一个数据集合上的运行过 程。 2、进程的基本特征 ① 动态性 ② 并发性 ③ 独立性 ④ 异步性 ⑤ 结构特征 3、 进程的基本状态及其转变 4、 进程控制块——描述和控制进程运行，系统为每个进程定义的 一个数据结构。 ① 进程控制块的内容 ② 进程控制块的作用 ③ 进程控制块的组织方式
三、 进程控制
1、 2、 什么叫内核？ 内核的基本功能： ① 中断处理：操作系统的重要活动依赖于中断。 操作系统使用中断机制使计算机系统能实现进程并发执行。 ② 时钟管理：定时功能，最长运行期控制。 ③ 原语：由若干条指令构成，用于完成一定功能的一个过程。 ④ 原子操作（原子性）：一个操作中的所有动作，要么全做， 要么全不做。是一个不可分割的操作。 3、 进程管理 进程图：表明进程的创建关系，创建的进程和被创建的进程 可以并发执行。 4、 引起进程创建的原因 ① 用户登录：为终端用户建立进程。 ② 作业调度：选中的作业建立进程。 ③ 提供服务：为用户提供的服务进程。例如：I/O进程等。 ④ 应用请求：应用程序自己创建的进程。
7、 多处理机操作系统
① 性能主要体现：
增加系统的吞吐量 节省成本 提高系统的可靠性 ② 多处理机系统可分为两种类型 紧密藕合：通过高速的交叉开关，实现处理机互连。 松散藕合：通过通信线路，实现计算机互连。 ③ 多处理机操作系统的类型 非对称多处理机模式（主——从式） 对称多处理机模式（所有处理机都相同）
3、 单道批处理系统
1、在内存中仅存一道作业运行，运行结束或出错，才自动调另一道 作业运行。 2、单道批处理系统主要特征：自动性、顺序性、单道性。 3、单道批处理系统主要优点：减少人工操作，解决了作业的自动接 续。 4、单道批处理系统主要缺点：平均周转时间长，没有交互能力。
操作系统引论PPT课件
计算机系统的组成结构及OS在系统中的地位:
用户1
用户2
用户n
……
各种应用程序软件 编辑器、编译器等系统软件
操作系统
裸机
软件与硬件的关系: 硬件是软件的运行基础,软件对硬件功能进行扩充. 虚拟机的概念: 裸机经软件扩充后的功能更强的计算机称为虚拟机.
(因不直接对应一台物理机)
计算机系统的层次和视图
• 如机器速度提高10倍，则运行时间只需3分钟， 准备时间仍为3分钟，则效率为3/(3+3)=50%
• 结论：手工操作不能适应计算机发展的需要。
单道批处理系统
“批处理”的两个含义 一、指系统内可同时容纳多个作业，这些作业存放在大
容量的外存中，组成一个后备作业队列，系统按一定 的调度原则每次从后备作业队列中取一个或多个作业 调入内存运行，运行作业结束并退出运行及后备作业 进入运行均由系统自动实现，从而在系统中形成了一 个自动转接的连续的作业流。 二、是指系统向用户提供的是一种脱机操作方式，即用 户与自己作业之间没有交互作用。作业一旦进入系统， 用户就不能在计算机前直接干预其作业的运行。
一、手工阶段具体方式
• 预约机时（联机方式）：写好程序，穿 成纸带，用光电设备输入到计算机上。 如通过光表示1，否则为0；
• 轮到自己上机时，通过纸带机输入到计 算机的内存
• 将手动开关拨到相应位置。在内存的指 定位置执行程序。
预约机时的缺点
• 运行顺利时，会浪费预约时间。如预约2 小时，但半小时就运行结束了。
• 动（知识的发展，教材的体现）与静（计算机 学科的精髓，理论上成熟而且稳定。基本不变 或变化慢）
中国的操作系统
• 70年代，XTIG • VMS汉化等
2W+H
操作系统课件第一章1
Operating System
2019/9/10
Page 25
操作系统举例
Sun Solaris
Sun Microsystems公司早期的操作系统版本 Sun OS是基于BSD的。在1993年，他们与 AT&T合作，转向了UNIX System V，并发布了 称作Solaris.System V release 4的系统，这是 一个UNIX System V和BSD的整合体。Solaris 系统主要是用在Sun公司自己的SPARC机器上， 但他们也发布了相应的x86版本，并且免费。
方便用户
用户上机、调试程序，分散计算时的事务处理和 非专业用户（商业和办公、家庭）
器件的发展
CPU的位宽度（指令和数据）、快速外存
计算机体系结构的发展
从单处理机到多处理机；从单机到网络
Operating System
2019/9/10
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操作系统举例
MS OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 98, Windows 2000, Windows Me, Windows XP, Windows 2003, Windows Vista, Windows 7,Windows 8
Operating System
2019/9/10
Page 3
课程主要内容
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
操作系统引论 进程管理 处理机调度与死锁 存储器管理 设备管理 文件系统 操作系统接口（略讲）
Operating System
UNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, AIX, Solaris, Linux
精品课件-计算机操作系统-封面及目录
谢谢使用！
• 策 划：吴 澄 • 制 作：张香梅 • 单 位：西安电子科技大学出版社 • 电 话：029-88204256 029-88201467 (发行) • 传 真：029-88232746 • 主 页： • E-mail：xdupkj@
高等学校计算机类“十二五”规划教材 部级优秀教材
计算机操作系统
Байду номын сангаас
(第四版)
汤小丹 哲凤屏
梁红兵 汤子瀛
编著
西安电子科技大学出版社
目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程的描述与控制 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 虚拟存储器 第六章 输入输出系统 第七章 文件管理 第八章 磁盘存储器的管理 第九章 操作系统接口 第十章 多处理机操作系统 第十一章 多媒体操作系统 第十二章 保护和安全
xdupfxb001 @ (发行)
每一种知识都需要努力， 都需要付出，感谢支持！
知识就是力量，感谢支持 ！
----谢谢大家！！
操作系统第四版第一章
主讲教师 程如铁
新世纪计算机类本科系列教材
计算机操作系统
（第四版）
汤小丹等 编著
西安电子科技大学出版社
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章
目录
操作系统引论 进程的描述与控制 处理机调度与死锁 存储器管理 虚拟存储器 输入输出系统 文件管理 磁盘存储器的管理 操作系统接口 多处理机操作系统 多媒体操作系统 保护与安全
多道程序环境下，进程以独立的、不可预知的速度向前推进，即为异步 运行方式。
多个程序异步并发执行带来了二种不确定性： (1)每个程序（进程）执行的速度和时间不确定，各程序（进程）之间推进的序列也不 确定。即是不可预测的。 (2)每个程序（进程）执行结果不确定，即对同一程序，给定相同的初始条件、在相同 的环境下进行多次执行，却可能获得完全不同的结果，这也称为程序并发执行的不可 再现性。
• 用户独占全机 • CPU等待人工操作，程序通过卡片人工装入、卸下 • 一次完成一个功能（计算，I/O，用户思考/反应）
缺点： 造成人机矛盾和CPU与I/O之间的矛
盾，工作效率非常低
每一用户都要自行编写涉及到硬件 的源代码
工作量大，难度高，易出错，需要 大量人力和物力
2.脱机输入/输出方式 联机输入/输出方式：所有工作交CPU
合理：
公平与否，如果不公平则会产生“死锁” 或“饥饿”
方便：
用户界面
卡
卡片
片
阅
读
机
IBM1 401
磁带机
早期批处理系统
打 印 机
IBM7 094
IBM1 401
输入磁带
输出磁带
Operating System
新世纪计算机类本科系列教材
计算机操作系统
（第四版）
汤小丹等 编著
西安电子科技大学出版社
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 第十章 第十一章 第十二章
目录
操作系统引论 进程的描述与控制 处理机调度与死锁 存储器管理 虚拟存储器 输入输出系统 文件管理 磁盘存储器的管理 操作系统接口 多处理机操作系统 多媒体操作系统 保护与安全
多道程序环境下，进程以独立的、不可预知的速度向前推进，即为异步 运行方式。
多个程序异步并发执行带来了二种不确定性： (1)每个程序（进程）执行的速度和时间不确定，各程序（进程）之间推进的序列也不 确定。即是不可预测的。 (2)每个程序（进程）执行结果不确定，即对同一程序，给定相同的初始条件、在相同 的环境下进行多次执行，却可能获得完全不同的结果，这也称为程序并发执行的不可 再现性。
• 用户独占全机 • CPU等待人工操作，程序通过卡片人工装入、卸下 • 一次完成一个功能（计算，I/O，用户思考/反应）
缺点： 造成人机矛盾和CPU与I/O之间的矛
盾，工作效率非常低
每一用户都要自行编写涉及到硬件 的源代码
工作量大，难度高，易出错，需要 大量人力和物力
2.脱机输入/输出方式 联机输入/输出方式：所有工作交CPU
合理：
公平与否，如果不公平则会产生“死锁” 或“饥饿”
方便：
用户界面
卡
卡片
片
阅
读
机
IBM1 401
磁带机
早期批处理系统
打 印 机
IBM7 094
IBM1 401
输入磁带
输出磁带
Operating System
新版第一章-操作系统引论课件.ppt
精选
11
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
精选
12
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接口， 以允许用户通过键盘输入有关命令来取得操作系统的服务， 并控制用户程序的运行。
(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，来实现与操作系统 的通信，并取得它的服务。
• 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
精选
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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作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：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。应注意，OS是一个系统软件， 因而这种接口是软件接口。图1-1是OS作为接口的示意图。由 图可看出，用户可通过以下三种方式使用计算机。
1．人工操作方式
从第一台计算机诞生(1945年)到20世纪50年代中期的计算
机，属于第一代计算机。此时的计算机是利用成千上万个真
空管做成的，它的运行速度仅为每秒数千次，但体积却十分
庞大，且功耗也非常高。这时还未出现OS。计算机操作是由
用户(即程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，
精选
7
第一章 操作系统引论
3．可扩充性
随着VLSI技术和计算机技术的迅速发展，计算机硬件 和体系结构也随之得到迅速发展，相应地，它们也对OS提 出了更高的功能和性能要求。此外，多处理机系统、计算机 网络，特别是Internet的发展，又对OS提出了一系列更新的 要求。因此，OS必须具有很好的可扩充性，方能适应计算 机硬件、体系结构以及应用发展的要求。这就是说，现代 OS应采用新的OS结构，如微内核结构和客户服务器模式， 以便于方便地增加新的功能和模块，并能修改老的功能和模 块。关于新的OS结构将在本章最后一节中介绍。
相关主题
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口，而为裸机配置的一种系统软件。由图1.1可以看出，
操作系统是裸机上的第一层软件，是对硬件系统功能 的首次扩充。
第1章
操作系统引论
应用用户 应用开发人员 用户应用 系统工具 操作系统 计算机硬件
操作系统 开发人员
图1.1 操作系统在计算机系统中的地位
第1章
操作系统引论
配置操作系统的目标有： (1) 提供一个计算机用户与计算机硬件系统之间的
第1章
操作系统引论
从不同角度看，操作系统具有以下特性： (1) 有效性(系统管理人员的观点)：管理和分配硬件 与软件资源，合理地组织计算机的工作流程。 (2) 方便性(用户的观点)：提供良好的、一致的用户 接口，弥补硬件系统的类型和数量上的差别。
(3) 可扩充性(Extensibility)： 指在为操作系统增加新 特性时能够很容易，增强功能所引起的对系统的其他 部分的改动要尽可能地少。 注： 与可扩充性相关的是可伸缩性(Scalability)，主要 是指对处理器数量的适应性。在倾向于采用多处理器 技术的时代，可伸缩性是很重要的。
接口，使计算机系统更易于使用。
(2) 有效地控制和管理计算机系统中的各种硬件和 软件资源，使之得到更有效的利用。 (3) 合理地组织计算机系统的工作流程，以改善系 统性能(如响应时间、系统吞吐量等)。 (4) 遵循国际标准，设计和构筑开放式的环境，支 持可扩展的体系结构，支持应用程序的可移植性和可 互操作性。
第1章
操作系统引论
1.2 操作系统的定义
由于操作系统向用户隐蔽了系统使用的硬件设备，因此操作系统要 为它上面的应用软件提供一组命令或系统调用接口供用户程序使用。 操作系统(OperatingSystem)是计算机中最重 要的系统软件，是这样一组系统程序的集成：这 些系统程序在用户对计算机的使用过程中，即在 用户程序运行和用户操作过程中，负责完成所有 与硬件因素相关的(硬件相关)和所有用户共需的 (应用无关)基本工作，并解决这些基本工作中的 效率和安全问题，为使用户(操作和上层程序)能 方便、高效、安全地使用计算机系统，而从最底 层统一提供通用的帮助和管理。
第1章
操作系统引论
自由软件中的操作系统：Linux和freeBSD等
自由软件的自由(free)有两个含义：第一是免费， 第二是自由。免费是指自由软件可免费提供给任何用 户使用，即便是用于商业目的。并且自由软件的所有 源程序代码也是公开的，可免费得到的。 Slackware,Red Hat,Debian……
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1.3 操作系统的特征
1．并发(Concurrency) 并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念。 并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生，而并发 性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多 道程序环境下，并发性是指宏观上在一段时间内有多
道程序在同时运行。
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(2) 在单处理机系统中，系统只有一个处理机为各道程序所共 享，这必将引起各道程序对处理机的竞争。 (3) 一个系统中的I/O设备数量通常少于多道程序所要求的数量， 这也会引起各道程序对I/O设备的争用，系统应为各道程序分配 I/O设备。 (4) 在一个系统中运行的程序可能具有不同的类型。有的程序
一个操作系统的兼容性，是指该操作系统能否执行为其他操作系统或为
同一系统的早期版本所编写的程序，分为二进制兼容和源码级兼容。 二进制兼容是指一个操作系统下的一个可执行程序能直接在另一个不同 的操作系统上成功运行，无需重新编译或编制、修改源程序。源码级兼容是 指一个操作系统下的一个源程序经重新编译后能在另一个不同的操作系统上 成功运行，无需重新编制和修改源程序。
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1.4 操作系统的发展
1.4.1 操作系统的发展历史（技术发展 & 类型） 操作系统是在人们不断改善计算机系统性能和提 高资源利用率的过程中逐步形成和发展起来的。操作 系统发展的主要动力是“需求推动发展”。
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1. 人工操作方式 在早期的计算机系统中，程序的每一次运行都需
2．共享(sharing)
资源共享是指系统中的硬件和软件资源不再为某 个程序所独占，而是供多个用户共同使用。根据资源 属性的不同，可有以下两种不同的资源共享方式。 一种共享方式是，系统中的很多资源虽能提供给
多个作业(进程)使用，但在一段时间内却只允许一个作
业访问该资源，这称为互斥共享。
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另一种共享方式是，允许在一段时间内，由多个 进程同时对资源进行访问。这里所谓的“同时”仍然 是宏观上的。而微观上，这些进程可能是交替地对该 资源进行访问。 并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，而
这两者之间又是互相依存的：一方面，资源共享是以
程序的并发执行为条件的，假若系统不允许程序并发 执行，就不存在资源共享问题；另一方面，若系统不
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(4)可移植性(Portability)：可扩充性使操作系统以尽可能少的改动得到性能上的 增强，可移植性则使整个操作系统以尽可能少的改动移植到一个具有不同处 理器或不同配置的计算机上。硬件制造水平的发展很快而且常常是不可预计 的，因此操作系统必须具有良好的可移植性。 (5) 兼容性(compatibility)： 指软件或硬件对另一(几)种计算机系统的适用能力， 旨在保护已有的软硬件资源，节约开发投资。兼容性表现在软件和硬件的许 多方面，兼容的范围和级别也各不相同。随着现有软硬件资源越来越多、开 发规模和投资量越来越大，兼容性越来越受到重视。但兼容性要求往往也给 新产品的开发提出各种制约，降低了计算机体系结构变革的自由度。
己的程序和数据通过穿孔纸带或卡片装入相应的输入
设备，显然，此时CPU空闲。当计算完成，进行卸带 或取卡操作时，CPU又空闲。由此可见，CPU的利用
极不充分，这在运行短程序时尤为突出。
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2. 脱机输入/输出技术(Off-Line I/O Technic) 1) 脱机输入技术
为解决低速输入设备与CPU速度不匹配的问题，
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Palm OS
– Palm OS作为一款嵌入式操作系统，用于PDA等专业设备上确实是它的强项。但是，在Palm 发展11年之后，已经日益进入寒冬期，或许捍卫中高端专业领域才是它的正道。
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IphoneOS，BlackBerry，MTK，Kjava等。
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1.1 操作系统的地位
计算机系统由硬件和软件两部分组成。通常把未 配置软件的计算机称为裸机。直接使用裸机不仅不方 便，而且将严重降低工作效率和机器的利用率。 操作系统(OS，Operation System)是为了填补人与 机器之间的鸿沟，即为了建立用户与计算机之间的接
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其他操作系统：Mac OS和NetWare等
Mac OS是美国苹果公司的操作系统，运行于该公司生 产的Macintosh微型机(苹果机)上，其较新版本是Mac OS X(即10)。 NetWare是Novell公司出品的网络操作系统，其较新 版本是 NetWare 5。
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智能手机操作系统
• Symbian系统
– Symbian OS(中文译音“塞班系统”)由诺基亚、索尼爱立信、摩托罗拉、西门子等几家大型 移动通讯设备商共同出资组建的一个合资公司，专门研发手机操作系统。现已被NOKIA全额 收购。
•
Google Android
– Android的出现并强势发展是近期手机行业当中引人注目的大事，Google介入手机领域的方式 出乎所有人的意料，并非是之前人们所猜测的智能手机，而是联合30多家技术和无线应用领 域当中的领军厂商所组成的开放式移动设备平台。
人们将用户程序和数据在一台外围计算机的控制下， 预先从低速输入设备输入到磁带上。
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2) 脱机输出技术 当程序运行完毕或告一段落，CPU需要输出时，
无需直接把计算结果送至低速输出设备，而是高速地
把结果送到磁带上，然后在另一台外围机的控制下， 把磁带上的计算结果由相应的输出设备输出，这就大
(1) 程序执行结果是不确定的，即对同一程序使用
相同的输入，在相同的环境下运行多次，却可能获得 完全环境下程序的执行是以异步方式进行
的，换言之，每个程序在何时执行，多个程序间的执 行顺序以及完成每道程序所需的时间都是不确定的， 因而也是不可预知的。这种不确定性却是允许的。
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Windows Mobile
– Windows Mobile（WM）系统源自Windows桌面系统，有着桌面应用的血脉，因此无论是界 面设计还是功能应用都几乎和PC机如出一辙，在早期推广的时候，这也是大量用户投入到 WM旗下的原因。虽然在理论上Linux系统有着最为开源的特性，给开发者发挥的空间最大， 但从近几年的发展来看，Linux系统似乎仍然远离着多数的普通消费者。
大加快了程序的输出过程。
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3. 批处理技术 批处理技术是指计算机系统对一批作业自动进行
处理的一种技术。所谓作业，是指用户程序及其所需
的数据和命令的集合。在脱机输入/输出方式中，事先 已把一批作业记录在一盘磁带上，这意味着作业的处
理是成批的，且处理顺序已经排定。
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4. 多道程序设计技术 1) 多道程序 在采用批处理技术时，内存中仅存放一道程序， 每当该程序发出I/O请求后，便处于等待I/O完成状态， 致使CPU空闲。
要很多人工干预，操作过程繁琐，占用很多时间，而
且也很容易产生错误，往往准备的时间很长，而执行 的时间却很短。
具体表现在两个方面：
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(1) 用户独占全机。一台计算机为一个用户独占， 系统中的全部资源由他一人支配，因此用户可以较方 便地使用各种资源，不会出现因资源已被其他用户占 用而等待的现象，但资源的利用率却非常低。 (2) CPU等待人工操作。用户仅在上机时才能将自