操作系统 第一章
操作系统第1章-第4章(华中科技大学版)_OK
2. 实时处理的类型
(1) 实时控制(必须物理实时) 如生产过程控制、作战指挥等。
(2) 实时信息处理(可以逻辑实时)
3. 实如时订操票作系系统统、的情报特检点索等。
• 及时响应 • 高可靠性和安全性 • 系统的整体性强 ★
22
操作系统的进一步发展
手工操 作阶段
联机 批处理
脱机 批处理
批处理
传输数据)： 便将另一道程序投入运行。
★
12
(2) 多道运行的特征 • 多道 • 宏观上并行 • 微观上串行 执行系统采用多道程序设计技术后，就形成
了操作系统。
★
13
手工操 作阶段
联机 批处理
脱机 批处理
批处理
执行 系统
多道程序系统 多道批 分时 处理系统 系统 实时系统 操作系统形成
问题：只有一个CPU，在内存中运行的每一个程序 如何才能得到CPU 、并保持对其的占有的呢？ ★
40
二、微机存储器的结构
速度快 成本高 容量小
指令 CACHE
数据
CACHE
ห้องสมุดไป่ตู้
内存
★
外存
CPU
41
CASH与内存的分组数据交换
块号
0 512B 1 512B
…… 31 512B
·· ··
m 5·12·B m+1 512B
块号
512B 0
512B 1
CPU
……
512B 31
CACHE
问题：在CPU上执行的有
因此，也称为交互式系统。
3. 分时操作系统的特点 • 多路调制性 (一台主机与多个用户终端设备相连接) • 独占性 • 交互性 ★
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。
操作系统第一章
1.在计算机系统中配置操作系统的主要目的是提高系统资源的利用率,操作系统的主要功能是管理计算机系统中的资源，其中包括处理机、存储器以及文件和设备。
这里的处理机管理主要是对进程进行管2.操作系统有多种类型:允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统，称为分时操作系统;允许多个用户将若干个作业提交给计算机系统集中处理的操作系统称为批处理操作系统;在实时操作系统的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并做出响应;在IBM- PC机上的操作系统称为微机操作系统3.操作系统是一种系统软件它负责为用户和用户程序完成所有与硬件相关并与应用无关的工作，高级程序设计语言的编译不是操作系统关心的主要问题。
4.用户在程序设计过程中，可通过系统调用获得操作系统的服务。
5.在0S中采用多道程序设计技术，能有效地提高CPU,内存和I/O设备的利用率,为实现多道程序设计需要有更大的内存。
6.推动批处理系统形成和发展的主要动力是提高系统资源利用率.推动分时系统形成和发展的主要动力是方便用户，推动微机OS发展的主要动力是计算机硬件的不断更新换代7.在设计分时操作系统时，首先要考虑的是交互性和响应时间，在设计批处理操作系统时，首先要考虑的是周转时间和系统吞吐量，在设计实时操作系统时，首先要考虑的是实时性和可靠性8.在多道批处理系统中，为了充分利用各种资源，系统总是优先选择计算型和I/O型均衡的多个作业投入运行，为了提高吞吐量，系统总是想方设法缩短用户作业的周转时间9.从下面关于操作系统的论述中，选出一条正确的论述。
(1)(1)对批处理作业，必须提供相应的作业控制信息。
(2)对于分时系统，不一定全部提供人机交互功能。
(3)从响应角度看，分时系统与实时系统的要求相似。
(4)采用分时操作系统的计算机系统中，用户可以独占计算机操作系统中的文件系统。
(5)从交互角度看，分时系统与实时系统相似10.分时系统的响应时间(及时性)主要是根据用户所能接受的等待时间确定的，而实时系统的响应时间则是由控制对象所能接受的时延确定的。
操作系统第一章基本概念
学习目的
建立计算机系统的完整概念 学习计算机系统的分析方法和设计方法 了解计算机系统的最新研究成果
与其它学科的交叉
学科交叉：计算机组成、计算机操作系统、汇编语 言、微计算机技术、计算机网络…… 新内容：超标量处理机、超流水线处理机、VLIW处 理机、向量处理机、并行处理机、多处理机、互联 网络……
软件和硬件组成
由人员、数据、设备、程序和规程组成
1.2 计算机系统的发展
1.2.1 冯· 诺依曼结构 1.2.2 器件发展的影响 1.2.3 应用发展的影响 1.2.4 改进算法的影响
1.2.1 冯· 诺依曼结构
Van Nenmann 基本思想与1936年至1946年期 间形成，有冯· 诺依曼等人与1946年提出
芯片可靠性达到108小时，连续使用一万年以上
1.2.3 应用发展的影响
应用需求
高结构化数值计算：气象模型、流体流动、有限元分析 非结构化的数值计算：蒙特卡洛模拟、稀疏矩阵 实时多因素问题：语音识别、图像处理、计算机视觉 海量存储和输入输出密集问题：数据库、事物处理 图形学和设计系统：计算机辅助设计
集成度迅速提高:每四年提高一个数量级 每0.25平方英寸1010个晶体管 单芯片内可做大于1Gb存储器，单芯片内 可以集成2个CPU+全部Cache 还远没有达到集成度的极限 速度已接近极限 速度提高的余地很小 依靠系统结构的发展，关键是并行编译和 并行算法 价格直线下降：CPU价格每年下降大于80% 可靠性越来越高
第一章 导论
1.1 计算机系统的基本概念 1.2 计算机系统的发展 1.3 计算机系统的层次结构 1.4 计算机系统的设计方法 1.5 现代计算机系统的分类
操作系统原理
定义
• 操作系统（Operating System，简称OS）， 操作系统（ System，简称OS OS）， 是控制和管理计算机硬件和软件资源， 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， 理地组织计算机工作流程，以及方便用户 的程序的集合。它是系统软件的核心， 的程序的集合。它是系统软件的核心，是 计算机处理时必不可少的非常重要的软件。 计算机处理时必不可少的非常重要的软件。
1.1.1 操作系统作为最基本的系统软件 1.1.2 操作系统作为资源管理器 1.1.3 操作系统作为虚拟机
1.1.2 操作系统作为资源管理器
①处理机管理：分配和控制处理机 。 处理机管理： 存储器管理： ②存储器管理：主要负责内存的分配与回收 I/O 。 设备管理： ③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。 ④文件管理：负责文件的存取、共享和保护。
1.1
什么是操作系统
★几种常用的操作系统介绍： 几种常用的操作系统介绍： ①DOS： DOS： Microsoft公司开发的MS-DOS操作系统 DOS操作系统也就 公司开发的MS 操作系统。 Microsoft公司开发的MS-DOS操作系统。DOS操作系统也就 是磁盘操作系统(Disk System)，简称DOS DOS。 是磁盘操作系统(Disk Operating System)，简称DOS。是 一种单用户单任务操作系统。 一种单用户单任务操作系统。 Windows系列 系列： ②Windows系列： 1990年 Microsoft公司推出了 公司推出了Windows 3.0。 1990年，Microsoft公司推出了Windows 3.0。 UNIX： ③UNIX： 1970年 美国AT&T公司Bell实验室的Ken Thompson用汇编 AT&T公司Bell实验室的 1970年，美国AT&T公司Bell实验室的Ken Thompson用汇编 语言在PDP-7计算机上设计了一个小型的操作系统，取名为 语言在PDP- 计算机上设计了一个小型的操作系统， PDP UNIX。多用户多任务分时系统。 UNIX。多用户多任务分时系统。 Linux： ④Linux： 1991年由芬兰赫尔辛基大学计算机系学生 年由芬兰赫尔辛基大学计算机系学生Linux Torvals初 1991年由芬兰赫尔辛基大学计算机系学生Linux Torvals初 创。
操作系统课件 第一章
3. 操作系统设计目标
早期操作系统的设计目标 方便性：向用户提供方便、简单的使用计算 机的环境。 有效性：就是使计算机系统能高效地工作， 提高系统资源的利用率。
1.2
操作系统的形成与发展
一、顺序处理(手工操作阶段) 二、简单的批处理 三、多道成批处理系统 四、分时系统 五、实时系统 六、操作系统的功能和特性 七、操作系统的进一步发展 八、现代操作系统
简单批处理时：作业按顺序执行。作业1运 行5分钟完成，作业2等待5分钟后再用15分 钟完成，作业3等待20分钟后开始执行，30 分钟后三个作业全部完成。 多道批处理时：三个作业同时装入主存并运 行。由于它们运行中几乎不同时使用同类资 源，这三个作业在15分钟内将全部完成。整 个系统处理效率明显提高。
[中断]：当通道控制设备完成传输后，通过中 断机构向CPU报告完成情况。
• 使CPU摆脱了对慢速外部设备的控制操作， • 使CPU与外设可以并行操作，提高了CPU的利用率。
[多道程序设计技术]：是指在内存同时放若干 道程序，使它们在系统中交叉运行，共享系 统中的各种资源。当一道程序暂停执行时， CPU立即转去执行另一道程序。 [特点]：多道、宏观上并行（不同的作业分别 在CPU和外设上执行）、微观上串行（在单 CPU上交叉运行）。
33
[例] 早期的分时系统之一是IBM 360机上的兼 容的分时系统(CTSS - Compatible time_sharing system)。与后来的分时系统 相比，CTSS非常简单。它的操作控制很容易 理解。 当控制分配给一个交互用户时，用户的 程序和数据装入主存，运行0.2s(一个时间片) 系统时钟产生一个中断。 每个时钟中断产生时，操作系统获得控 制，将当前运行程序从主存换出到磁带或磁 鼓，再选一个用户程序从磁带或磁鼓换入主 存。将处理机分给新进入的另一个用户程序。 这典型地叫滚进滚出：ROLL_IN ROLL_OUT）。
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。
操作系统 第一章
第一章练习题及参考答案一、单项选择题1.操作系统是一种（）。
A.应用软件B。
系统软件C。
通用软件D。
工具软件2.操作系统的（）管理部分负责对进程进行调度。
A．存储器 B。
设备 C。
文件 D。
处理机3.（）要保证系统有较高的吞吐能力。
A．批处理系统 B．分时系统 C．网络操作系统 D．分布式操作系统4.操作系统的基本类型主要有（）。
A．批处理系统、分时系统和多任务系统B．单用户系统、多用户系统和批处理系统C．批处理操作系统、分时操作系统及实时操作系统D．实时系统、分时系统和多用户系统5.使多个用户通过与计算机相连的终端、以交互方式同时使用计算机的操作系统（）。
A．单道批处理系统B．多道批处理系统C．分时系统D．实时系统6.计算机操作中，最外层的是（）。
A．硬件系统B．系统软件C．支援软件D．应用软件7.所谓（）是指将一个以上的作业放入主存，并且同时处于运动状态，这些作业贡献共享处理机和外围设备等其他资源。
A．多重处理 B.多道程序设计 C.实时处理 D.共同处理8.下面关于操作系统的叙述中正确的是（）。
A．批处理作业必须具有作业控制信息B．分时系统不一定都具有人机交互能力C．从响应时间的角度看，实时系统与分时系统差不多D．由于采用了分时技术，用户可以独占计算机的资源9．分时操作系统通常采用（）策略为用户服务。
A．时间片加权分配 B．短作业优先 C.时间片轮转 D.可靠性与灵活性10.若把操作系统看作计算机资源的管理者，下列的（）不属于操作系统所管理的资源A．磁盘 B. 内存 C. CPU D. 中断11.在下列操作系统的各个功能组成部分中，（）不需要硬件支持。
A．进程调度 B.时钟管理 C.地址映射 D.中断系统12.在指令系统中只能由操作系统使用的指令称为（）A．系统指令 B.设备指令 C.非特权指令 D. 特权指令二、多项选择题1.操作系统的主要设计目标是（）A.可扩充性B.使得计算机使用方便C.管理计算机资源D.计算机系统能高效工作2.计算机的软件分为（）。
操作系统-第一章-概述
操作系统-第⼀章-概述1.1 操作系统的概念、功能和⽬标概念操作系统(Operating System，OS)是指 控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的⼯作和资源的分配，为⽤户和其他软件提供⽅便的接⼝和环境 的程序集合。
它是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和⽬标①操作系统是系统资源的管理者②向上提供⽅便易⽤的服务③是最接近硬件的⼀层软件①操作系统是系统资源的管理者（管理功能）作为系统资源的管理者，其⽬标是安全、⾼效，提供的功能有：处理机管理管理处理机的分配与运⾏，解决冲突问题，可以理解为对进程的管理进程管理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度存储器管理为了提⾼多道程序运⾏效率，⽅便⽤户使⽤内存分配、地址映射、内存保护、共享和内存扩充⽂件管理操作系统负责管理⽂件的系统称为⽂件系统⽂件存储空间的管理、⽬录管理、⽂件读写管理和保护设备管理完成⽤户的IO请求，⽅便⽤户使⽤设备，提⾼设备的利⽤率缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备②向上提供⽅便易⽤的服务（接⼝功能）操作系统为⽤户和软件提供服务，通过提供接⼝来完成：命令接⼝联机控制⽅式：交互式命令接⼝，适⽤于分时或者实时系统，就像⼈与机器对话⼀样。
(⽤户说⼀句，系统跟着做⼀句)脱机控制⽅式：批处理命令接⼝，提交⼀组作业，系统进⾏处理，⽤户不能⼲预作业的运⾏。
(⽤户说⼀堆，系统跟着做⼀堆)程序接⼝由⼀组系统调⽤命令组成(也称作系统调⽤或者⼴义指令)可以在程序中进⾏系统调⽤来使⽤程序接⼝。
普通⽤户不能直接使⽤程序接⼝，只能通过程序代码间接使⽤。
此外还有GUI图形⽤户界⾯，可以说 命令接⼝和GUI是直接给⽤户使⽤的，⽽程序接⼝是给软件或是程序员使⽤的。
③是最接近硬件的⼀层软件（扩充机器）作为最接近硬件的⼀层软件，操作系统需要实现对硬件机器的扩展，将CPU、内存、磁盘、显⽰器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能。
第1章操作系统概论
1.执行的系统软件，已经存在很多年，其功能和内涵 也在不断丰富和扩充，所以至今仍无法给出一个严格和统一的定义。但比较公认的 定义是：管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，合理组织 计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系 统软件。
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1.1.2 操作系统的形成和发展
1946年诞生第一台计算机至今，计算机经历了60多年的发展时期，操作系统 伴随计算机硬件的发展及应用的日益广泛而发展。最初的计算机系统上没有操作系 统，软件的概念也不明确。随着处理器集成技术、中断技术和通道技术等硬件技术 的不断发展，促进了软件概念的形成，从而也推动了操作系统的形成和发展。而操 作系统等软件的发展反过来也促进了硬件的发展。粗略地说，操作系统的发展是由 人工操作阶段过渡到早期批处理阶段而具有其雏形，而后发展到多道程序系统时才 逐步完善的。
3
操作系统的主要目标可归结为以下几个：
1. 方便使用：操作系统通过对外提供各种接口，尽可能简化用户操作，提高计 算机系统的易用性。例如，用户可以直接输入命令或点击屏幕上显示的菜单，操作 程序的运行和计算机的使用；而计算机软件开发人员可以在程序中利用系统调用直 接对磁盘的文件或外部设备上检测数据进行读写操作。
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卡片 纸带
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图1-1人工操作方式的计算过程
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2. 批处理系统
早期批处理系统借助于作业控制语言（Job Control Language, JCL）对人工 操作方式进行了变革。用户可以通过脱机方式控制和实用计算机，通过作业控制卡 来描述对作业的加工和控制步骤，并把作业控制卡连同程序、数据一起提交给操作 员，操作员收集到一批作业后一起把它们放到卡片机上输入计算机。计算机上则运 行一个驻留内存的执行程序，以对作业进行自动控制和成批处理。显然，这种系统 能实现作业到作业的自动转换，缩短作业的准备和创建时间，减少人工操作和人工 干预，提高了计算机的使用效率。
操作系统教程(第4版),孙钟秀主编,高等教育出版社 第1章 概论p
42
管理程序
还有未处理 作业
F
结束
S
读Job卡登记 新作业 取下一个作业 步控制卡 End 作业卡
S
回收资源撤 离作业
执行作业步
作业步 正常结束
F 分析原因 作 相应处理
管理程序阶段(4) 程序算题过程
S F
作业继续执行
转向某作业步
Hale Waihona Puke 431.2.3 多道程序设计与操作系统形成
1. 多道程序设计的概念
35
操作系统中的异步性(2)
异步性给系统带来潜在危险,有可能导致与时间 有关的错误。 操作系统的一个重要任务是必须确保捕捉任何一 种随机事件，正确处理可能发生的随机事件，正 确处理任何一种产生的事件序列，否则将会导致 严重后果。
36
1.2 操作系统的发展和形成
1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.2.4 人工操作阶段 管理程序阶段 多道程序设计与操作系统的形成 操作系统的分类
第1章 操作系统概论
主要内容 1.1 操作系统概观 1.2 操作系统的形成和发展 1.3 操作系统提供的服务和用户接口 1.4 操作系统结构和运行模型 1.5 流行操作系统简介
1
1.1 操作系统概观
1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 操作系统的定义和目标 操作系统的资源管理技术 操作系统的作用与功能 操作系统的主要特性
4
计算机系统的层次结构(1)
用户1 用户2 用户3 用户4 … 用户n
财务系统 航空订票
上网浏览 (应用软件) 数据库
电子商务 … 科学计算 … 实用程序
编译程序 汇编程序
(支撑软件) 操作系统 (系统软件) 计算机硬件 操作系统 (系统软件)
操作系统概论
多道程序设计原理
第一章 操作系统概论
①
作 业 程 序A
③ I/O 请 求 ② 读 /写 数 据 ⑦
数据
主 存缓 冲 区
通
④
道
作 业 程 序B ⑥
⑤ I/O 结 束 中 断
图
1
.
4
多
道
磁带
程 序
运
行
概
念
图
计算采用多道程序设计方法时，处理器的利用率 为多少？
第一章 操作系统概论
多道程序设计的实现
为实现多道程序设计， 必须妥善解决以
(1) 存储保护和地址重定位。 (2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。
第一章 操作系统概论
通道 1 通道 2 调度程序 程序 A 程序 B 程序 C
图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换
第一章 操作系统概论
文件管理
（2）由于文件都存放在外存，要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配， 哪些为待分配。
（3）制定文件存储空间的分配策略，实施具体 的分配和回收。
（4）确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
（5）提供一系列文件使用命令，以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
第一章 操作系统概论
共享(sharing)
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作 系统要对系统资源进行合理分配和使用。 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享（如音频设备）：资源分配后到释 放前，不能被其他进程所用。
同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 资源分配难以达到最优化 问题：资源的分配、对数据同时存取的保护。
计算机操作系统教程 第一章
玉溪师范学院信息技术工程学院 《操作系统》教程
操作系统的发展历史
• 推动操作系统发展的主要动力 • 手工操作 • 单道批处理系统(simple batch processing) • 多道批处理系统(multiprogramming system) • 分时系统(time-sharing system) • 实时系统(real-time system)
玉溪师范学院信息技术工程学院 《操作系统》教程
分时系统(time-sharing system)
70年代中期至今
• 多道程序系统，大大提高了计算机效率，不过，用 户十分留恋手工操作阶段的联机工作方式，独占计 算机，并直接控制程序运行。但独占计算机方式会 造成资源效率低。既能保证计算机效率，又能方便 用户使用，成为一种新的追求目标。20世纪60年 代中期，计算机技术和软件技术的发展使这种追求 成为可能。 • 由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算 机可同时连接多个用户终端，而每个用户可在自己 的终端上联机使用计算机，好像自己独占机器一样 。
制 作 者 ： 乐 应 英
缺点：
磁带或磁盘需要人工装卸，作业需要人工分 类，监督程序易遭到用户程序的破坏（由人 工干预才可恢复）。
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通道和中断技术 通道技术和中断技术的出现使监督程序在负责 作业运行的同时提供I/O控制功能。导致操作 系统进入执行系统阶段 • 通道：专用处理部件，用于控制I/O设备与内存间 的数据传输。启动后可独立于CPU运行，实现CPU与 I/O的并行。 • 中断：指CPU在收到外部中断信号后，停止原来工 作，转去处理该中断事件，完毕后回到原来断点继 续工作。 • 监督程序发展为执行系统(executive system)，常 驻内存，称为执行系统。
操作系统总复习
操作系统总复习操作系统总复习第一章操作系统概述⑴操作系统定义及作用⑵操作系统的发展历程⑶操作系统的基本特征⑷操作系统的功能和分类第二章进程管理⑴进程的概念和特征⑵进程的状态和转换⑶进程调度算法⑷进程同步与互斥⑸进程通信第三章内存管理⑴内存管理的需求和基本概念⑵内存分区管理⑶页面置换算法⑷虚拟内存管理⑸内存保护和共享第四章文件系统⑴文件系统的组织和层次结构⑵文件的逻辑结构和物理结构⑶文件的操作和访问控制⑷文件系统的缓存管理⑸文件的备份和恢复第五章输入输出系统⑴输入输出设备的分类和特点⑵输入输出控制方式和机制⑶设备驱动程序和设备管理⑷中断处理和设备中断⑸缓冲区管理和输入输出性能优化第六章文件系统性能优化⑴文件访问性能的影响因素⑵磁盘存储结构和访问时间⑶文件缓冲技术和缓冲区管理⑷文件系统的优化策略⑸文件系统的容错与恢复第七章安全与保护⑴安全性和保护性的概念⑵计算机系统的安全威胁⑶计算机系统的安全性防范措施⑷计算机系统的访问控制⑸计算机系统的数据加密和身份认证第八章操作系统的演化⑴分布式和并行计算环境⑵分布式操作系统的特点和原理⑶并行操作系统的特点和原理⑷分布式操作系统的资源管理⑸并行操作系统的任务调度附件：⒈定义相关的法律名词及注释⒉操作系统设计的案例分析报告本文涉及的法律名词及注释：⒈版权：指作品的创作者对作品享有的法律保护权利，包括复制权、发行权等。
⒉专利：指发明者对其发明所享有的独占权利，包括制造、使用、销售等权利。
⒊商标：指企业对其产品或服务标识的独占权利，用于区分同类产品或服务的来源。
⒋反垄断法：指禁止企业垄断和限制竞争行为的法律法规，旨在维护市场公平和消费者权益。
《操作系统第一章》PPT课件
精选ppt
17
小结
专用系统影响着OS
❖ 实时嵌入式系统
汽车发动机、制造业的机器人、录像机、手机、微波炉，等等进行 监控和管理
整个房间可以计算机化，控制取暖、照明、警报系统、电饭锅煮饭 等等，通过web访问通知房间加热
❖ 多媒体系统
MP3、MP4 DVD 电影/网上电影
帧的视频必须按照时间限制分流（30帧/秒）
目态 管态
精选ppt
23
小结
分时系统的特点
❖ 多路性 ❖ 独占性 ❖ 交互性 ❖ 及时性
精选ppt
24
小结
实时系统特点
❖ 及时响应 ❖ 高可靠性和安全性 ❖ 系统的整体性强 ❖ 交互会话活动较弱 ❖ 专用系统 ❖ 种类：实时信息处理、实时控制
精选ppt
25
小结
局微域型机网
网关 微型机
局域网间的连接
Andrew S. Tanenbaum等, 清华大学出版社，1997年9月
Operating Systems Internals and Design Principles
William Stallings,电子工业出版社
计算机操作系统教程
张尧学，史美林，清华大学出版社，1993年9月
操作系统实验指导
精选ppt
26
小结
客户-服务器系统的一般结构
精选ppt
27
小结
分布式系统
❖ 分布式系统 是一个一体化的系统 在整个系统中有一个全局的操作系统称为分布式操作系统 有网络作为底层支持 ❖ 具有模块性 ❖ 并行性 常规网络中的并行性仅仅意味着独立性 而分布式系统中的并行性还意味着合作 原因在于，分布式系统 ❖ 是一个物理上的松散耦合系统 ❖ 又是一个逻辑上的紧密耦合的系统 ❖ 自治性 ❖ 通信性等特点
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。
操作系统第1章绪论
1.2.6 通用操作系统 通用操作系统：同时兼有多道批处理、分时、 实时处理的功能，或其中两种以上的功能。 实时和批处理相结合：通常把实时任务称为前 台作业，批作业称为后台作业。 批处理和分时处理相结合：分时批处理系统。
1.2.7 操作系统的进一步发展 操作系统进一步的发展： （1）个人计算机上的操作系统，例如DOS系统。 （2）嵌入式操作系统。 （3）网络操作系统。 （4）分布式操作系统。 （5）智能化操作系统。
(3) 分布式操作系统对用户是透明的。计算机网络不 是。 (4) 分布式系统的基础是网络。分布式系统已不仅是 一个物理上的松散耦合系统，同时还是一个逻辑上 紧密耦合的系统。 (5) 分布式系统还处在研究阶段。
1.4 操作系统功能
操作系统的基本功能: (1)处理机管理 (2)存储管理 (3)设备管理 (4)信息管理(文件系统管理) (5)用户接口 1.4.1 处理机管理 处理机管理:解决在多道程序或多用户的情况下组 织多个作业同时运行时对处理机分配调度策略、分 配实施和资源回收等问题。
1.4.2 存储管理 主要工作： (1) 内存分配和回收。 (2) 存储保护。 (3) 内存扩充。
1.4.3 设备管理 主要工作： (1) 通道、控制器、输入输出设备的分配和管理。 常需要采用虚拟技术和缓冲技术。 (2) 设备独立性。
1.4.4 信息管理(文件系统管理) 管理 对象：系统的软件资源的管理。 解决的问题: （1）在使用文件时避免引起混乱，甚至遭受破坏。 （2）信息的共享、保密和保护。
1. 联机批处理 慢速的输入输出(I/O)设备和主机直接相连。 作业的执行过程为: (1) 用户提交作业：程序、数据和作业说明书; (2) 作业被作成穿孔纸带或卡片; (3) 操作员有选择地把若干作业合成一批，通过 输入设备(纸带输入机或读卡机) 把它们存入磁带; (4) 监督程序读入一个作业; (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;
第一章课后答案
操作系统第1章课后作业答案1．设计现代OS的主要目标是什么？答：（1）有效性（2）方便性（3）可扩充性（4）开放性2．OS的作用可表现在哪几个方面？答：（1）OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；（2）OS作为计算机系统资源的管理者；（3）OS实现了对计算机资源的抽象。
3．为什么说OS实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先覆盖在裸机上一层I/O设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
OS 通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4．试说明推动多道批处理系统形成和发展的主要动力是什么？答：（1）不断提高计算机资源的利用率；（2）方便用户；（3）器件的不断更新换代；（4）计算机体系结构的不断发展。
5．何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机I/O是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或卡片上的数据或程序输入到磁带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而联机I/O方式是指程序和数据的输入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6．试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7．实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户，解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。
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第1章操作系统引论1.2.1 单项选择题【例1.1】操作系统是对_____ 进行管理的软件。
A. 软件B. 硬件C. 计算机资源D. 应用程序解：操作系统的功能之一是管理计算机系统中的所有软硬件资源，故本题答案为C。
【例1.2】从用户的观点看，操作系统是_____ 。
A. 用户与计算机之间的接口B. 控制和管理计算机资源的软件C. 合理地组织计算机工作流程的软件D. 由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体解：从用户观点看，操作系统是用户与计算机之间的接口，故本题答案为A。
【例1.3】★下列选择中，_____ 不是操作系统关心的主要问题。
A. 管理计算机裸机B. 设计、提供用户程序与计算机硬件系统的界面C. 管理计算机系统资源D. 高级程序设计语言的编译器解：操作系统管理计算机系统中的软硬件资源，提供方便用户使用操作系统功能的接口，故本题答案是D。
【例 1.4】配置了操作系统的计算机是一台比原来的物理计算机功能更强的计算机，这样的一台计算机只是一台逻辑上的计算机，称为_____ 计算机。
A. 并行B. 真实C. 虚拟D. 共享解：通常将覆盖了软件的机器称为扩充机器或虚拟机，故本题的答案是C。
【例 1.5】操作系统中采用多道程序设计技术提高了CPU和外部设备的_____ 。
A. 利用率B. 可靠性C. 稳定性D. 兼容性解：在操作系统中引入多道程序设计技术是为了提高系统资源的利用率，故本题答案为A。
【例1.6】★操作系统提供给程序员的接口是_____ 。
A. 进程B. 系统调用C. 库函数D. B和C解：操作系统提供给程序员的接口是系统调用，故本题答案是B。
【例 1.7】在操作系统中，处理机负责对进程进行管理和调度，对系统中的信息进行管理的部分通常称为_____ 。
A. 数据库系统B. 软件系统C. 文件系统D. 检索系统解：文件系统负责对计算机系统中的信息进行管理，故本题答案为C。
【例 1.8】所谓_____ 是指将一个以上的作业放入内存，并且同时处于运行状态，这些作业共享处理机的时间和外围设备等其他资源。
A. 多重处理B. 多道程序设计C. 实时处理D. 共行执行解：多道程序设计技术是指将多个作业存放在内存中，使它们处于运行状态，并共享处理机和其他资源。
故本题答案为B。
【例 1.9】★允许多个用户以交互方式使用计算机的操作系统称为①；允许多个用户将多个作业提交给计算机集中处理的操作系统称为②；计算机系统能及时处理过程控制数据并做出响应的操作系统称为③。
A. 批处理操作系统B. 分时操作系统C. 多处理机操作系统D. 实时操作系统E. 网络操作系统解：分时操作系统中，用户以交互式方式使用计算机；在批处理操作系统中，多个用户作业提交给系统集中处理；在实时操作系统中，系统能及时处理过程控制数据并做出响应。
故本题答案为：① B ② A ③ D。
【例1.10】下面关于操作系统的叙述中正确的是_____ 。
A. 批处理作业必须具有作业控制信息B.分时系统不一定都具有人机交互功能。
C. 从响应时间的角度看，实时系统与分时系统差不多。
D. 由于采用了分时技术，用户可以独占计算机的资源。
解：批处理作业中应包含作业控制信息；分时系统具有较强的人机交互功能，各终端用户共享计算机资源，其响应时间由人们能接受的等待时间确定；实时系统的响应时间由控制对象所能接受的时间决定。
故本题答案为A。
【例 1.11】_____ 操作系统允许在一台主机上同时联接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机。
A. 网络B. 分布式C. 分时D. 实时解：分时操作系统允许在一台主机上同时联接多台终端，多个用户可以通过各自的终端同时交互地使用计算机，故本题答案为C。
【例1.12】★实时操作系统必须在_____ 内处理完来自外部的事件。
A. 响应时间B. 周转时间C. 规定时间D. 调度时间解：实时操作系统必须在规定时间内处理完来自外部的事件，故本题答案为C。
1.2.2 填空题【例 1.13】★操作系统是计算机系统中的一个①，它管理和控制计算机系统中的②。
解：操作系统是一个系统软件，它控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源。
故本题答案为：①系统软件②硬件和软件资源。
【例1.14】★操作系统的四大功能是①、②、③、④。
解：操作系统具有处理机管理、存储器管理、设备管理和文件管理四大资源管理功能，故本题答案为：①处理机管理②存储器管理③设备管理④文件管理。
【例 1.15】如果一个操作系统兼有批处理、分时和实时操作系统三者或其中两者的功能，这样的操作系统称为_____ 。
解：兼有批处理、分时和实时操作系统三者或其中两者功能的操作系统称为通用操作系统，故本题答案为：通用操作系统。
【例1.16】★现代操作系统的两个最基本特征是①和②。
解：并发和共享是操作系统的两个最基本特征，故本题答案为：①并发②共享。
【例1.17】★用户和操作系统之间的接口主要分为①和②两类。
解：用户与操作系统之间有命令和程序两个主要接口，故本题答案为：①命令接口②程序接口。
【例1.18】在主机控制下进行的输入/输出操作称为_____ 操作。
解：在主机控制下进行的输入/输出操作称为联机输入/输出操作，故本题答案为：联机输入/输出。
【例 1.19】如果操作系统具有很强交互性，可同时供多个用户使用，系统响应比较及时，则属于①类型；如果操作系统可靠，响应及时但仅有简单的交互能力则属于②类型；如果操作系统在用户提交作业后，不提供交互能力，它所追求的是计算机资源的高利用率，大吞吐量和作业流程的自动化，则属于③类型。
解：分时操作系统具有交互性强、可供多个用户同时使用及响应较及时的特点，实时操作系统具有响应及时、可靠性高及简单交互能力的特点，批处理操作系统具有无交互能力、资源利用率高、吞吐量大及作业流程自动化的特点。
故本题答案为：①分时操作系统②实时操作系统③批处理操作系统。
【例1.20】★实时系统应具有两个基本特征：①和②。
解：实时操作系统具有响应及时和可靠性高的特点，故本题答案为：①响应及时②可靠性高。
例1.21按内存中同时运行程序的数目可以将批处理系统分为两类：①和②。
解：按内存中同时运行程序的数目可以将批处理系统分为单道批处理系统和多道批处理系统，故本题答案为：①单道批处理系统②多道批处理系统。
【例1.22】★操作系统的基本特征是①、②、③、④。
解：操作系统的特征是并发、共享、虚拟和不确定，故本题答案为：①并发性②共享性③虚拟性④不确定性。
1.2.3 综合题【例1.23】叙述操作系统在计算机系统中的位置。
解：操作系统是运行在计算机硬件上的最基本系统软件，它控制和管理计算机系统中的所有硬件（CPU、内存、各种硬件部件和外部设备等），也控制和管理计算机系统中的所有软件（系统程序和用户程序等）。
操作系统为计算机用户提供了一种良好的操作环境，也为其他各种应用系统提供了最基本的支撑环境。
现代操作系统是一个复杂的软件系统，它与计算机硬件系统有着千丝万缕的联系，也与用户有着密不可分的关系，它在计算机系统中位于计算机硬件和计算机用户之间。
如图1.1所示，紧挨着硬件的就是操作系统，它通过系统核心程序对计算机系统中的各类资源进行管理，如处理机、存储器、输入/输出设备、数据与文档资源、用户作业等，并向用户提供多种服务功能，通过这些服务功能将所有对硬件的复杂操作隐藏起来，为用户提供一个透明的操作环境。
图1.1 操作系统在计算机系统中的位置操作系统的外层是其他系统软件。
用户可以直接通过系统软件层与计算机打交道，也可以建立各类应用软件和应用系统，通过它们来解决用户的问题。
由此可见，操作系统是介于计算机硬件和用户之间的一个接口。
【例1.24】★试对分时系统和实时系统进行比较。
解：我们可以从以下几个方面对这两种操作系统进行比较：（1）从多路性看，实时信息处理系统与分时系统类似，系统按分时原则为多个终端用户服务；而实时控制系统的多路性则表现为对多路现场信息进行采集以及对多个对象或多个执行机构进行控制。
（2）从独立性看，实时信息处理系统与分时系统一样，每个用户各占一个终端，彼此独立操作互不干扰，因此用户感觉就像自己独占计算机；而在实时控制系统中信息的采集和对对象的控制都是彼此互不干扰的。
（3）从及时性看，实时信息系统对响应时间的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定；而实时控制系统的响应时间则是以控制对象所能接受的延时来确定的。
（4）从交互性看，分时系统是一种通用性系统，主要用于运行终端用户程序，因此它具有较强的交互能力；而实时系统虽然也有交互能力，但其交互能力不及分时系统。
（5）从可靠性看，分时系统也要求系统可靠，相比之下，实时系统则要求系统高度可靠。
【例1.25】★什么是操作系统？它有什么基本特征？解：操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一组程序模块的集合，这组程序模块控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程，并为用户使用计算机提供方便。
操作系统的特征是：并发性、共享性、虚拟性及不确定性。
并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
共享性是指系统中的硬件和软件资源可供多个用户程序共同使用。
虚拟性是指把一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。
不确定性是指在多道程序环境中，由于资源等因素的限制，程序是以走走停停的方式运行的；系统中的每个程序何时执行，多个程序间的执行顺序以及完成每道程序所需的时间是不确定的，因而也是不可预知的。
【例1.26】★批处理、分时和实时操作系统各有什么特点？解：批处理操作系统的主要特点是：脱机、多道和成批处理。
脱机是指用户脱机使用计算机，即用户提交作业之后直到获得结果之前几乎不再和计算机打交道；多道是指多道程序运行，即按多道程序设计的调度原则，从一批后备作业中选取多道作业调入内存并组织它们运行；成批处理是指操作员把用户提交的作业组织成一批，由操作系统负责每批作业间的自动调度。
分时操作系统的主要特点是：多路性、交互性、独占性和及时性。
多路性是指一台计算机与若干台终端相连接，终端上的这些用户可以同时或基本同时使用计算机；交互性是指用户的操作方式是联机方式，即用户通过终端采用人-机会话的方式直接控制程序运行，同程序进行交互；独占性是指由于系统采用时间片轮转的办法使一台计算机同时为许多终端用户服务，因此客观效果是这些用户彼此之间都感觉不到别人也在使用这台计算机，好像只有自己独占计算机一样；及时性是指用户请求能在很短时间内获得响应。
实时操作系统的主要特点是及时性和高可靠性。
及时性是指系统能及时响应外部事件的请求，并在规定的时间内完成对该事件的处理；高可靠性是指系统本身要安全可靠，因为像生产过程的实时控制、航空订票等实时事务系统中，信息处理的延误或丢失往往会带来不堪设想的后果。