操作系统第1章操作系统引论
操作系统_第一章 操作系统引论
操作系统_第一章操作系统引论在我们日常使用的电脑和各种智能设备中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个幕后的大管家，默默地协调着硬件和软件的资源，为我们提供了一个稳定、高效、便捷的计算环境。
那么，操作系统到底是什么？它是如何工作的？又有哪些重要的功能和特点呢？让我们一起来揭开操作系统的神秘面纱。
首先，我们来谈谈操作系统的定义。
简单来说，操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和管理计算机的硬件设备，如处理器、内存、硬盘、输入输出设备等，同时为应用程序提供一个稳定、安全、高效的运行环境。
操作系统的主要功能可以概括为以下几个方面：进程管理是操作系统的核心功能之一。
在计算机中，多个程序可以同时运行，而操作系统需要合理地分配处理器资源，让每个程序都能得到适当的执行时间。
它通过进程调度算法，决定哪个进程先执行，哪个进程后执行，以及如何在多个进程之间切换，以确保系统的高效运行。
内存管理也至关重要。
计算机的内存是有限的，而操作系统需要合理地分配和管理内存空间，确保每个程序都能得到所需的内存，并且避免内存泄漏和内存冲突等问题。
它采用了虚拟内存技术，让程序看起来拥有比实际物理内存更大的内存空间。
文件管理是操作系统的另一个重要功能。
它负责管理计算机中的文件和目录，包括文件的创建、删除、读取、写入、存储等操作。
通过文件系统，我们可以方便地组织和管理数据，并且可以对文件进行权限设置，保护数据的安全性。
设备管理则负责管理计算机的各种输入输出设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
操作系统需要为设备驱动程序提供接口，使得设备能够正常工作，并且能够处理设备的中断和错误情况。
除了以上这些功能，操作系统还提供了用户接口，让用户能够方便地与计算机进行交互。
比如，图形用户界面（GUI）让我们可以通过点击图标和菜单来操作计算机，而命令行界面则适合那些熟悉计算机命令的用户。
接下来，让我们了解一下操作系统的分类。
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
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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
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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
操作系统原理教程(胡元义)-第1章
第1章 引 论
2. 操作系统的定义 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，硬 件系统是计算机赖以工作的实体，软件系统则保证了计算机系 统的硬件部分按用户指定的要求协调地工作。 计算机硬件系统由中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、内存储器、外存储器和各种输入输出设备组成， 它提供了基本的计算机资源。只有硬件的计算机称为裸机。 计算机硬件由软件来控制。按与硬件相关的密切程度，通常将 计算机的软件分为系统软件和应用软件两类。用户直接使用的 软件通常为应用软件，而应用软件一般需借助系统软件来指挥 计算机的硬件完成其功能。
第1章 引 论
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.2 操作系统的逻辑结构和运行模型 1.3 操作系统的形成与发展 1.4 主要操作系统的类型 1.5 操作系统安全性概述 1.6 操作系统运行基础
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.1.1 什么是操作系统 1. 引子
计算机程序是如何运行的呢？首先，需要先进行编程，而 编写程序是需要以计算机程序设计语言作为基础的。对大多数 编写程序的人来说，使用的编程语言称为高级程序设计语言， 如C、C++、Java等。但由于计算机并不认识用高级语言编写 的程序，所以对编写好的程序还需要将它编译成计算机能够识 别的机器语言程序，而这需要编译程序或汇编程序的帮助才能 完成。其次，编译好的机器语言程序需要加载(调入内存并将 程序中的逻作系统在计算机系统中的地位
第1章 引 论 图1-1 由程序到结果的演变
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。
第一章 操作系统引论
6 多道程序设计系统与多重处理系统
多重处理系统是指配置了多个物理CPU，能真正同时执行多道程序的 系统。要有效地使用多重处理系统，必须采用多道程序设计 技术；反过 来，多道程序设计不一定要求有多重处理系统支持。
18
1.2.3 多道批处理操作系统
7 实现多道程序设计必须解决三个问题
• 存储保护与程序浮动 存储保护：在多道程序设计环境中，主存为多道程序所共享，因此， 硬件必须提供相应的设施，使得主存在各道程序只能访问自己的区 域，以避免相互干扰。当某道程序发生错误时，不致影响其他程序， 更不会影响系统。程序浮动：由于各道程序不是独占全机，程序员 在编制程序时无法知道程序在主存中的确切地址，甚至在运行过程 中，程序也可能随时改变位置，因此要求程序能够根据需要从一个 主存区域移动到另一个区，而不影响其正确执行。 • 处理器的管理和调度 多道程序轮流占有一个或多个物理处理器，因此，涉及CPU的调度 和分配，同时，合理搭配具有不同特性的多道程序同时运行，也需 要CPU调度。 • 系统资源（存储器、设备、文件）的管理和调度 解决多道程序共享资源时的竞争与协作、共享与安全等，又要解决 发挥各种资源的利用率
单道运行的时间关系图
I/O
计算 0 A 30
A
B A 70 80 B C
B
B
C
C 170 190
16
100 120 130 140
多道运行的时间关系图
1.2.3 多道批处理操作系统
4. 多道程序设计的优点
(1) 提高CPU的利用率。当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运 行中发出I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤其因 I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 1-4(a)示出了单道程序 的运行情况，从图可以看出：在t2~t3、 t6~t7时间间隔内CPU空闲。在引 入多道程序设计技术后， 由于同时在内存中装有若干道程序，并使它们 交替地运行，这样，当正在运行的程序因 I/O而暂停执行时，系统可调度 另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。 (2) 可提高内存和I/O设备利用率。为了能运行较大的作业，通常内存 都具有较大容量，但由于80%以上的作业都属于中小型，因此在单道程序 环境下，也必定造成内存的浪费。类似地，对于系统中所配置的多种类型 的I/O设备， 在单道程序环境下也不能充分利用。如果允许在内存中装入 多道程序， 并允许它们并发执行，则无疑会大大提高内存和I/O设备的利 用率。 (3) 增加系统吞吐量。在保持CPU、I/O设备不断忙碌的同时，也必然 会大幅度地提高系统的吞吐量，从而降低作业加工所需的费用。
OS课程重点
OS课程重点第一章操作系统引论操作系统的目标:方便性，有效性，可扩充性，开放性。
操作系统的作用有：作为用户与计算机硬件系统之间的接口，作为计算机系统资源的管理者，用作扩充机器。
用户使用计算机的三种方式：命令方式，系统调用方式，图形、窗口方式。
资源分为四种：处理器，存储器，I/O设备，信息（数据和程序）。
推动操作系统发展的主要动力有：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。
操作系统同计算机系统发展的几个阶段：无操作系统的计算机系统，单道批处理系统，多道批处理系统，分时系统，实时系统。
操作系统: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。
分时系统是指:在一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端，以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。
实时系统是指，系统能及时（或即时）响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控制所有实时任务协调一致地运行。
实时任务可分为:周期性实时任务和非周期性实时任务，也可分为硬实时任务和软实时任务。
操作系统都具有四个基本特征：（程序）并发，（资源）共享，虚拟和异步。
并行性指:两个或多个事件在同一时间发生，并发性指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
共享指:系统中地资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用，可分为互斥共享方式和同时访问方式。
虚拟指: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。
如果n是某物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的平均速度必然是物理设备速度的1/n。
操作系统的功能：处理机管理，存储器管理，设备管理和文件管理。
处理器管理包括：进程控制，进程同步，进程通信，调度。
存储器管理包括：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充。
设备管理包括：缓冲管理，设备分配，设备处理。
文件管理包括：文件存储空间管理，目录管理，文件的读写管理和保护。
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。
JG第1章 操作系统引论
用 户 接 口
• •
§1.1 操作系统的目标、作用和模型（7）
§1.1 操作系统的目标、作用和模型
系 统 资 源 管 理
OS资源管理的任务是如何使系统资源得到充分合 理的应用，解决用户作业因争夺资源而产生的矛盾。主 要功能包括： 监视资源、分配资源、回收资源、保护资源。
处理对资源的使用请求，调解请求 用户或进程使用资源结束，提出 对系统共享资源要进行保护，防止他们 时刻保持系统资源分配的全 中的冲突，确定资源分配策略。当多个进 释放请求，系统按照与分配过程相反 被有意无意地破坏。在多用户系统中，对每 局信息，了解系统资源的总数，以 程或用户竞争某个资源时，进行仲裁判决； 的操作回收资源，更新相应的数据结 一用户的程序及其数据进行保护，防止彼此 分配和未分配的资源情况，系统的 同时根据资源分配的条件、原则和环境， 构和表格的内容。 间的干扰和冲突。对系统或者网络中的重要 增减和变动情况，通过系统中各类 确定是否立即分配，还是暂缓分配；对可 的、敏感的（保密的）信息资源也进行保护。 数据结构和表格记录资源的使用情 以分配的资源，记录相应的分配情况，更 同时，防止非授权的操作，防止来自系统内 况和环境状态。 新记录分配信息的数据结构和表格的内容。 部或外部的入侵。
§1.1 操作系统的目标、作用和模型（3）
§1.1 操作系统的目标、作用和模型
应 用
硬件
支 持
调 用
计算机系统层次结构
§1.1 操作系统的目标、作用和模型（4）
ห้องสมุดไป่ตู้§1.1 操作系统的目标、作用和模型
1.1.2 操作系统的目标
综合各类型操作系统，在计算机硬件上配臵OS的目标有： 方便性 有效性 OS 后，可使 CPU 和 I/O 设备 配臵了 配臵 OS 后可使计算机系统更方便 由于能保持忙碌状态而得到更为有效的 易用。 利用，由于使内存和外存中存放的数据 用户要在未配臵 OS 计算机上运行 OS 还可以 有序而节省存储空间。此外， OS 必须具有很好的可扩充性，以 自己所编写的程序，就必须用机器语言 OS 必须具有开放性，才能为使出 通过合理地组织计算机的工作流程，进 适应计算机硬件和体系结构发展对其提 书写程序；而如果在计算机硬件上配臵 自不同厂家的计算机及其设备，能通过 一步改善系统的资源利用率及提高系统 OS要 出的更高的功能和性能要求。所以 OS OS 了 ，用户便可通过 所提供的各种 网络加以集成化并能正确、有效地协同 的吞吐量。 采用模块化结构，以便于增加新的功能 命令来使用计算机系统。比如，用高级 工作，实现应用程序的可移植性、相互 方便性和有效性是操作系统最重要 模块和修改老的功能模块。 语言书写的程序，用编译命令翻译成机 协作性，提供统一的开放的环境。 的两个目标。在过去计算机系统非常昂 器代码执行。 贵时，有效性比方便性更为重要。但近 10 年来在微机上所配臵的操作系统，则 更重视其方便性。
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。
操作系统第一章答案
第一章操作系统引论1、设计现代OS的主要目标是什么？P1答：其主要目标是有效性、方便性、可扩充性、开放性。
2、OS的作用可表现在哪几个方面？P2-P3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实现了计算机资源的抽象？P4答：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。
值得说明的，对一个硬件在底层进行抽象后，在高层还可再次对该资源进行抽象，成为更高层的抽象模型。
随着抽象层次的提高，抽象接口所提供的功能就越来越强，用户使用起来也更加方便。
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？P7，P4-P5答：为了进一步提高资源的利用率和系统吞吐量，在该系统中，用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一个队列，称为“后备队列”；然后，由作业调度程序按一定的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存，使它们共享CPU 和系统中各种资源。
在OS 中引入多道程序设计技术可带来以下好处：提高CPU 和利用率、可提高内存和I/O 设备利用率、增加系统吞吐量。
主要动力：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？P6答：脱机I/O方式：由于程序和数据的输入和输出都是在外围机的控制下完成的，或者说，它们是在脱离主机的情况下进行的，故称为脱机输入/输出方式。
联机I/O方式：在主机的直接控制下进行输入/输出的方式称为联机输入/输出方式。
6、试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？P9答：分时系统它能很好地将一台计算机提供给多个用户同时使用，提高计算机的利用率。
1、人-机交互；2、共享主机；3、便于用户上机。
7、实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？P10答：其最关键的问题是如何使用户能与自己的作业进行交互，即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，再将结果返回给用户。
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
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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
第1章 操作系统引论
使用CPU 使用I/O job1打印 job1 job2读数据 job2 job1再次运行
job3
调度程序
t
• 多道批处理的运行特点： –多道：内存中同时存放几个作业； –宏观：并行运行，都处于运行状态。 –微观：串行运行，各作业交替使用CPU。 • 优点： –资源利用率高：CPU和内存利用率较高； –作业吞吐量大：单位时间内完成的工作总量大； • 缺点： –用户交互性差：整个作业完成后或中间出错时， 才与用户交互，不利于调试和修改； –作业平均周转时间长：短作业的周转时间显著 增长；
• 多处理机系统的类型：
– (1) 紧密耦合(tightly-coupled)－－并行 （parallel）系统：各处理机之间通过快速 总线或开关阵列相连，共享内存，整体系统 由一个统一的OS管理（一个OS核心）。 – (2) 松散耦合(loosely-coupled)－－分 布式系统：各处理机带有各自的存储器、 I/O设备和操作系统，通过通道或通信线路 相连。每个处理机上独立运行OS。
1.2.5 分时系统(time-sharing system ）
• 70年代中期至今 • “分时”的含义 多个用户分享使用同一台计算机。每 个用户给一定的时间运行，然后切换到 另一个用户，一个轮转周期在宏观上相 当短，用户感觉不到。
系统控制台
不占用终端的用户（作业） ——后台作业
主机
占用终端与系统用户交互的作 业——前台作业
1.2
操作系统的发展历史
• 摩尔定律： – 集成电路芯片上所集 成的电路的数目，每 隔18个月就翻一倍。 – 微处理器的性能每隔 18个月提高一倍，或 价格下降一半。 – 用一个美元所能买到 的计算机性能，每隔 18个月翻两倍。
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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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
2020/4/7 3
计算机系统组成
计算机系统
2020/4/7
软件
应用软件 系统软件
DBMS,编译软件 操作系统
硬件及固件(裸机)
4
应用用户
应用开发人员
应用软件 系统工具 操作系统 计算机硬件
(1)多道性 内存中同时存放几个作业,并允许并发执行,
从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量。 (2)无序性
多个作业完成的先后顺序与它们进入内存 的顺序之间无严格对应关系。 (3)调度性
作业调度,从后备队列进入内存;进程调度, 分配处理机运行。 (4)宏观上并发、微观上串行
2020/4/7 27
3.多道批处理系统的优缺点 优点:
程序A I/O 完成 程序A再被调度
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
2020/4/7
(b) 四 道 程 序 运 行 情 况
图1-4 单道和多道程序运行情况
26
2.多道批处理系统的特征
2020/4/7 21
1.2.2 单道批处理系统
(Simple Batch Processing System)
1.单道批处理系统的处理过程
开始
还有下 一个作业？
是 把下一个作业的 源程序转换为目 标程序
否
停止
是
源程序
有错吗？
否
运行 目标程序
装配 目标程序
2020/4/7
图1-3 单道批处理系统的处理流程
➢ 在裸机上添加:设备管理、文件管理、存储管理(针对内存 和外存)、处理机管理(针对CPU)。如果我们在裸机上覆盖 一层I/O设备管理软件,用户便可以利用这层I/O设备管理软 件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出,那么用户此 时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机,但实 际上,计算机的硬件丝毫没有变化,这样的计算机称为软件 扩充的机器,或称软件虚拟机。
第一章 操作系统引论
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 操作系统的结构设计
2020/4/7 15
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 网络操作系统 1.2.7 分布式操作系统
1. 分时系统的产生
如果说,推动多道批处理系统形成和发展的主要动力, 是提高资源利用率和系统吞吐量,那么,推动分时系统形成和 发展的主要动力,则是用户的需求。或者说,分时系统是为了 满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之 间,有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下 几个方面:
202(0/24/)7提高I/O速度。 18
无操作系统的主要问题
➢ 主要矛盾 ✓ 计算机处理能力的提高,手工操作的低效率(造成浪费); ✓ 用户独占全机的所有资源;
➢ 提高效率的途径 ✓ 批处理
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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 网络操作系统 1.2.7 分布式操作系统
操作系统 开发人员
紧贴系统硬件之上,所有其他软件之下(是其他软件的 共同环境)
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1.1.1 操作系统的目标
目前存在着多种类型的OS,不同类型的OS,其目标 各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS,其目标 有以下几点:
1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
2020/4/7 6
1.方便性(用户的观点)
操作系统最终是要为用户服务的。提供良好的、一致 的用户接口,弥补硬件系统的类型和数量差别,使计算机更 容易使用。
2.有效性(系统管理人员的观点)
操作系统要合理地组织计算机的工作流程,改善系统 资源的利用率,提高系统的吞吐量从而使有限的资源完成 更多的任务。
3.可扩充性
OS应采用层次化结构,以便于增加新的功能层次和模 块,并能修改老的功能层次和模块。
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1.2.1 无操作系统的计算机系统
1.人工操作方式
1946~50年代(电子管),集中计算(计算中心),计算机资源 昂贵用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预,如程 序的装入、运行、结果的输出等。随着计算机速度的加快,人 机矛盾越来越大,直至无法容忍。必须寻求新的办法。
➢ 工作方式
利用率。 (2)内存管理问题(第4章)
分配内存以“各得其所”,且不因相互重迭而丢失信息。 (3)I/O设备管理问题(第5章)
既方便用户使用I/O设备,又提高设备利用率。 (4)文件管理问题(第6章)
组织程序和数据,便于用户使用,保证数据的安全性和 一致性。 (5)作业管理问题(第3章)
对各种应用程序进行组织。
操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地 对2020各/4/类7 作业进行调度,以及方便用户使用的程序集合。 29
单道批处理系统与多道批处理系统的比较
单道
多道
内存使用 每次一个作业 每次多个作业（充分利用内存）
作业次序 顺序，先进先出
无确定次序
占用 CPU
独占
交替占用
是否需要调度
不需要
➢ 图标--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
2020/4/7 运行自己的程序。
9
用户
应用程序 系统调用 命令 图形、窗口
操作系统 计算机硬件
图1-1 OS作为接口的示意图
应
用
种
作 DOS 系 程
各操
2020/4/7
统序
10
2.OS作为计算机系统资源的管理者
➢ 计算机的资源包括处理机、存储器、I/O设备及数据和程 序等
2020/4/7 24
1.2.3 多道批处理系统 (Multiprogramed Batch System)
1. 多道程序设计的基本概念
在单道批处理系统中,内存中仅有一道作业,它无法充 分利用系统中的所有资源,致使系统性能较差。为了进一 步提高资源的利用率和系统吞吐量,在60年代中期又引入 了多道程序设计技术,由此而形成了多道批处理系统。在 该系统中,用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一 个队列,称为“后备队列”;然后,由作业调度程序按一定 的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存,使它们共 享CPU和系统中的各种资源。
2020/4/7 20
批处理系统理解
➢ 批处理系统主要是采用了批处理技术。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。
➢ 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件,在它 的控制下,计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的 作业。
➢ 所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信号时,停止 原来的工作,转去处理中断的事件。在处理中断完成以后, 主机又回到原来的工作点继续工作。这样可以使用户程序 的I/O申请完成后,主机能自动在原中断点之后继续运行,同 时为多道程序并发执行打下了基础。
纸带、卡片
计算机
17
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)
事先将用户程序或数据的纸带或卡片放入纸带输入 机,在外围机的控制下输入到磁带上,CPU从磁带上读入数 据;输出过程正好相反。
输入设备 外围机
磁盘或 磁带
主机
磁盘或 磁带
外围机 输出设备
图1-2 脱机I/O示意图
这种脱机I/O方式的主要优点如下: (1)减少了CPU的空闲时间。
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I/O 中断请求 用户程序
I/O 中断请求
监督程序 ILeabharlann O 操作启动 I/O I/O 完成
启动 I/O I/O 完成
|←CPU空闲 －→| 结束中断
|←CPU空闲－→| 结束中断
t1 t2
t3 t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况
程序A 程序B 程序C 程序D
程序A I/O 请求
操作系统的非形式化定义(关键点):系统软件,程序 模块的集合,资源管理和用户接口功能
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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
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1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
1. 不断提高计算机资源利用率
✓ 用户: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:机器语言
✓ 输入输出:纸带或卡片
➢ 计算机的工作特点
✓ 用户独占全机:不出现资源被其他用户占用,资源利用率低
✓ CPU等待用户:计算前,手工装入纸带或卡片;计算完成后,手 工卸取纸带或卡片;CPU利用率低
2020/4/7 用户
计算机发展的初期,计算机系统昂贵,用作集中计算。
2. 方便用户
在一定程序上也是它的界面,风格很方便用户,只需要 鼠标点击,很方便。
3. 器件的不断更新换代
软件呢？
CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存(摩尔定律)
4. 计算机体系结构的不断发展
从单处理机到多处理机;从单机OS到网络OS