操作系统概论
操作系统概论
3. 通用操作系统
实时系统与批处理系统结合
分时系统与批处理系统结合
原则：实时分时优先，批处理在后
“前台”：需频繁交互的作业
“后台”：时间性要求不强的作业
4.实时操作系统
分类： 第一类：实时过程控制 工业控制，军事控制，... 第二类：实时通信（信息）处理 电讯（自动交换），银行，飞机订票 股市行情
合理的组织计算机的工作流程，以便有效地利用这
些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作
环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。
操作系统功能
处理机管理 存储管理 文件管理 设备管理
• 操作系统是人与计算机之间的接口
• 操作系统是软件与硬件的接口
并发
共享 虚拟 不确定性
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 操作系统 开发人员
操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端 用户服务 每次服务一个时间片
分时操作系统特点
同时有多个用户使用一台计算机 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 用户根据系统响应结果进一步 用户感觉不到计算机为其他人服务 提出新请求(用户直接干预每一步) （OS提供虚机器，各个用户的虚 机器互不干扰） 系统对用户提出的请求及时响应
环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。
有效：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外 部设备是否忙碌） 合理：
公平与否，如果不公平则会产生“死锁” 或“饥饿” 方便：命令界面
编程接口
• 操作系统是人与计算机之间的接口 • 操作系统是软件与硬件的接口
§1.2 操作系统的功能和主要特征
执行系统（程序）(Executive System(program))
操作系统课件 第1章 操作系统概论
1.1.1 操作系统的地位和作用
1.地位 ➢ 计算机系统由硬件和软件组成 ➢ 操作系统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
OS
操作系统和软硬件的层次关系图
应用软件设计者
各种应用软件 编译软件等 操作系统
裸机
系统软件设计者 操作系统设计者
OS
1.1.1 操作系统的地位和作用
2.作用 ➢ 从一般用户的观点
第一章 操作系统概论
➢1.1 操作系统概念 ➢1.2 操作系统的形成和发展 ➢1.3 操作系统的分类 ➢1.4 操作系统的结构设计 ➢1.5 Linux操作系统简介
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
软件范筹，开放性接口都已作为一种明 确的或实际的行业标准广泛应用在公开 OS 发行的文档中。
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
1.1.2 操作系统的定义
1.1.3 操作系统的功能（续）
5.网络管理
网络管理的主要功能包括： （1）网上资源管理功能。计算机网络的主要目的之一是共享 资源，网络操作系统应实现网上资源的共享，管理用户对资源 的访问，保证信息资源的安全性和完整性。 （2）数据通信管理功能。计算机联网后，结点之间可以互相 传送数据，按照通信协议的规定，完成网络上计算机之间的信 息传送。 （3）网络管理功能。包括：故障管理、安全管理、性能管理、 配置管理等。
操作系统概论
操作系统概论操作系统（OperatingSystem，简写OS）是一种计算机软件它担当着计算机系统的中枢，能够对系统内的硬件资源、计算机上运行的程序及使用者之间进行调度和控制，并实现计算机之间的信息传输和信息共享。
操作系统提供了一个与硬件相分离的虚拟环境，使用者可以通过系统软件进行操作而不需要考虑硬件特性。
操作系统可以被划分为实时操作系统、多任务操作系统和分时操作系统。
实时操作系统是指计算机必须在一定时间内完成特定任务，其特点是可靠性强、抗干扰性好，主要用于复杂的实时信息处理系统，如航空、医疗系统等。
多任务操作系统是指一台计算机可以同时执行多个任务，它是通过分配不同的计算资源如CPU、内存、I/O设备来实现的。
例如Windows系统就是一种多任务操作系统。
分时操作系统是指计算机在计算机系统中动态调度多个任务，使每个任务都有一段时间片来运行，它的特点是能够应付大规模的用户。
例如Linux、Unix 等。
操作系统的功能特征有：（1）资源管理系统，指操作系统实现对计算机系统中硬件资源，如CPU、存储器、I/O设备等，以及软件资源，如文件、进程、用户信息等的管理，以便高效地利用资源；（2）系统性能改进，指系统需要采用合理的机制，实现系统的性能可靠性、可用性和可调性；（3）安全和保护管理，指操作系统需要采取合理的机制，确保系统的安全性和数据的完整性；（4）程序调度，指操作系统需要采取合理的机制，实现对系统中各种程序的调度，使得系统能够及时地响应用户请求；（5）用户界面管理，指操作系统需要采取合理的机制，实现用户与系统之间的界面。
操作系统的发展是一个持续不断的过程，目前，操作系统的发展趋势是：（1）多媒体系统，它具有良好的图形用户界面，能够更好地支持听觉、视觉等多种媒体；（2）网络系统，它能够支持多种网络，可以实现系统之间的信息共享，实现远程控制；（3）安全系统，它能够更好地保护系统资源和数据，防止非法用户访问系统；（4）虚拟环境系统，它能够实现多任务虚拟，节约系统资源，提高系统性能；（5）智能系统，能够实现对人机交互的智能处理，实现计算机的智能化。
操作系统概论
一、操作系统概论操作系统：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源合理对各类作业进行调度，以方便用户的程序的集合软件：是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序响应时间：从用户发出命令道系统完成处理所需要的时间分时技术：把处理机的响应时间划分成若干个大小相等（或者不等)的时间单位，称为时间片，每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行时间片到(用完),用户程序暂停运行，等待下一次运行。
批处理：是指把一批作业以脱机的以脱机方式输入到磁带机上，并把系统中配上监督程序，它负责完成作业的调入、互动运行、输出运行结果等工作。
吞吐量:对网络设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量。
裸机：一台完全无软件的计算机系统。
脱机输入输出：由于程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成的或者它们是在脱离主机的情况下进行的，故称为脱机输入输出。
单道批处理系统：系统对作业的处理都是的，且在内存中只保持一道作业，故称为单道批处理系统。
它的主要特征有：自动性、顺序性、单道性多道批处理系统：该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度该程序自动地选择作业运行。
并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
并行性：是指两个或多个事件在同一时刻发生。
临界资源：指在一段时间内只允许一个进程访问的资源。
虚拟性:指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。
二进程的描述与控制原语是指由若干条指令组成、用来实现某个特定操作的一个过程。
原语的执行具有原子性，即原语在执行过程中不能被分割。
操作系统内核中含有许多原语，它们运行在系统状态下。
内核：通常将一些与硬件紧密相关的模块（诸如中断处理程序，各种常用设备的驱动程序），以及运行频率较高的模块（诸如时钟管理进程调度以及许多模块公用的一些基本操作）都安排在紧靠硬件的软件层次中，并使它们常驻内存，以便提高OS的运行效率，并对它们加以保护。
操作系统概论
第一章操作系统概论一、本章要求熟练掌握的内容1、操作系统的定义：计算机操作系统是与计算机硬件紧密相关的一层系统软件，由一整套分层次的控制程序（模块）组成，统一管理计算机系统的所有资源，包括处理器、存储器、输入输出设备以及其它系统软件、应用程序和数据文件等。
操作系统合理地组织计算机系统工作流程，有效地利用计算机系统资源为用户提供一个功能强大、界面良好、使用方便的工作环境，让用户无需了解硬件细节，而是直接利用逻辑命令就能灵活方便地使用计算机。
操作系统为计算机软硬件功能的进一步扩展提供了一个支撑平台。
2、操作系统的特性：操作系统具备了程序并发、资源共享和独立随机可访问三大特征。
（1）程序的并发：在操作系统中，我们把一个功能上独立的程序的一次执行称为一个进程，每一个进程都需要占用一部分系统资源，包括占用处理器时间、内存、输入输出设备等。
若某一段时间内同时有两个或两个以上进程在运行，则称为“程序的并发”。
（2）资源共享：资源的共享是指计算机的软硬件资源为多个拥有授权的用户或程序所共用，以提高这些资源的利用率。
（3）独立随机可访问：在多任务环境下执行的每一个进程在逻辑上具有独立性和随机性。
如果有充分的资源保障，每一个进程都会独立的完成并且其执行速度与其它进程无关，进程执行的起始和结束时间也是独立的并且是随机发生的。
这种独立和随机性形成了对操作系统的客观要求，即必须具备同时处理多个随机并发进程的能力，操作系统的系统管理程序要保证对资源的访问的独立性和随机性。
3、操作系统的功能：（1）处理机管理：处理机管理是操作系统最主要任务之一，其主要功能是对中央处理机的使用进行调度分配，最大限度地提高它的处理能力。
操作系统通过对进程的管理实现对处理机的管理，包括进程创建、进程执行、进程通信、进程撤销、进程等待和进程优先级控制等。
（2）存储管理：存储管理指对内存及其扩展空间的管理。
由于内存资源的紧缺性，存储管理的目标是为程序设计者提供方便、安全和足够的存储空间。
操作系统概论
第一章操作系统概论1.操作系统定义：计算机系统中的一个系统软件，一些程序模块的集合——他们能有效组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能使用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效的运行。
2.操作系统特征：并发性、共享性（互斥共享、同时共享）、随机性3.操作系统功能：1）进程管理（进程调度、进程同步、进程间通信、调度（处理机调度，包括进程调度、线程调度、作业调度））2）存储管理（内存的分配与回收、存储保护、内存扩充）、3）文件管理（文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性）4）设备管理5）用户接口。
4.操作系统的发展手工操作、监控程序（早期批处理）、多道批处理、分时系统、unix通用操作系统、个人计算机操作系统（ios windows linux）、android操作系统5.操作系统分类1）批处理操作系统特点是成批处理。
优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量达，从而提高整个系统效率；但用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
用户模式——目态——一般指令特权模式——管态——特权指令Spooling技术2）分时系统（采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交货方式在终端上向用户显示结果）特点：多路线、交互性、独占性、及时性3）实时操作系统（分硬实时系统和软实时系统）除具有多道程序系统基本能力外，还有实时时钟管理、过载保护、高可靠性能力。
4）嵌入式操作系统5）个人计算机操作系统6）网络操作系统7）分布式操作系统特点：是一个统一的操作系统，在系统中的所有主机使用的是同一个操作系统；实现资源的深度共享；透明性；自治性集群是分布式系统地一种。
8）智能卡操作系统（片内操作系统COS）6.操作系统结构1）整体式结构优点：结构紧密，接口简单直接，系统效率较高缺点：模块间转接随便，各模块互相牵连，独立性差，系统结构不清晰；更换修改困难；以大型表格为中心。
操作系统概论
1.5 操作系统的主要研究课题
28
25
1.3.4 调度和资源管理
操作系统的核心任务之一就是管理各种可获 得的资源以及合理地调度它们 。任何资源分配 和调度策略都必须考虑 公平性：给竞争资源的进程以平等的访问权限， 以免某些进程“饿死 ”。 不同敏感性： 区分具有不同服务请求的不同类 型的任务（既要考虑全局又要考虑局部） 。 效率：在公平和效率的限制下 ，操作系统最好 能有最大化吞吐量、最小化响应时间。
26
1.3.5 系统结构
随着操作系统性能的增强 ， 以及基础硬件复 杂性的增加 ，操作系统的大小和复杂性也不断 增加 ，这就导致了许多问题(如、存在 bugs、 性能未达到等)。
为了有效管理系统资源和控制操作系统的复 杂性 ，人们开始极大地重视操作系统的软件结 构 。对大型操作系统 ，仅仅组件化编程还是不 够的 ，现在越来越多地用到体系结构分层和信 息抽象技术 。见P18-21 ，表1.4
12
1.2.3 多道程序批处理系统
■ 设想一 台电脑配备256KB的可用内存空间 (未被OS占用的) ，一个磁盘 ，一个终端和一
台打印机 。3个程序JOB1、JOB2和JOB3 ，同 时 被提交执行 ，如下表所列。
作业类型 执行时间
所需内存 是否需要磁盘 是否需要终端 是否需要打印机
JOB1
偏重计算
16
1.2.5 实时系统
实时系统是在响应时间方面有严格 制约的专用系统 。实时系统与其他普通 的系统之间的最大不同之处就是要满足 处理与时间的关系。
实时系统与分时系统的区别在于： 在分时系统中 ，快速响应是需要的 ，但 不是必需的； 在实时系统中 ，处理事务 必须在适合于此系统的特定时间限额内 完成。
操作系统概论
操作系统概论1. 引言操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它为计算机提供了管理和控制硬件资源的功能。
本文将对操作系统的概念、功能和分类进行介绍，并探讨操作系统在计算机系统中的重要性。
2. 操作系统的定义操作系统是一个由计算机软件和硬件组成的系统，它管理和控制计算机的软硬件资源，为用户和其他软件提供一个简单一致的接口。
操作系统的主要目标是提高计算机系统的性能、可靠性和安全性。
3. 操作系统的功能3.1 管理资源操作系统负责管理计算机的物理资源，如处理器、内存、硬盘和网络设备等。
它通过资源分配和调度技术，确保资源能够被合理利用，提高系统的效率和性能。
3.2 提供用户接口操作系统为用户提供了与计算机系统交互的接口，使用户能够通过命令行、图形界面或者网络等方式与计算机进行交互。
用户可以通过操作系统发送命令、运行程序以及访问文件等。
3.3 实现文件管理操作系统实现了对文件的管理和控制，包括文件的创建、读取、写入和删除等操作。
它通过文件系统来组织和存储文件，使用户能够方便地管理和访问文件。
3.4 支持并发和并行操作系统能够处理多个任务或程序的同时执行，称为并发。
它通过调度和分时技术，实现多个任务的并发执行。
同时，操作系统还支持多处理器系统，实现多个程序的并行执行。
4. 操作系统的分类4.1 批处理操作系统批处理操作系统是最早的操作系统之一，它通过批处理方式处理作业。
用户将作业提交给操作系统后，操作系统按照预定的顺序自动执行作业，提高了计算机系统的利用率。
4.2 分时操作系统分时操作系统允许多个用户通过终端同时访问计算机系统。
它通过时间片轮转的方式，使每个用户都能够接收到足够的处理时间。
分时操作系统实现了多用户的并发执行，提高了系统的利用率。
4.3 实时操作系统实时操作系统要求系统能够在严格的时间限制下响应外部事件。
它适用于对时间要求较高的应用领域，如航空航天、工业控制和医疗设备等。
实时操作系统根据时间要求分为硬实时系统和软实时系统。
操作系统概论
操作系统概论操作系统是计算机系统的一个重要组成部分，其作用是管理计算机系统的资源，控制计算机的运行，提供用户与计算机硬件之间的接口，从而使得计算机系统能够高效地运行。
本文将介绍操作系统的概念、分类、功能以及常见的操作系统。
操作系统的概念简单来说，操作系统就是控制计算机硬件资源、管理计算机系统运行、提供用户接口的软件。
它主要包括三个方面的功能：•管理计算机系统的资源，包括处理器、存储器、输入/输出设备等；•控制计算机的运行，包括进程调度、死锁检测等；•提供用户与计算机硬件之间的接口，包括命令解释、文件管理、网络通信等。
操作系统的分类按照应用领域的不同，操作系统可以分为多种类型。
常见的操作系统分类如下：手机操作系统手机操作系统是指安装在手机上的操作系统，最常见的几种手机操作系统有：安卓（Android）、苹果操作系统（iOS）和Windows Phone。
这些操作系统都是针对移动设备而开发的。
桌面操作系统桌面操作系统是指针对个人计算机而开发的操作系统，最常见的几种桌面操作系统有：Windows、macOS、Linux等。
服务器操作系统服务器操作系统是专门用于管理和控制服务器的操作系统，主要用在互联网数据中心等领域，最常见的几种服务器操作系统有：Linux和Windows Server。
嵌入式操作系统嵌入式操作系统是指针对嵌入式设备而开发的操作系统，这些设备通常具有复杂的硬件结构和功能要求，最常见的嵌入式操作系统有：VxWorks、uC/OS等。
操作系统的功能操作系统作为一个软件系统，其功能涵盖了多个方面，包括：进程是计算机运行时的一个基本单位，操作系统通过进程管理功能来控制进程的创建、调度、终止等操作。
存储器管理计算机存储器是计算机系统的重要组成部分，操作系统通过存储器管理功能来管理存储器的分配、回收等操作。
文件管理文件是计算机系统中管理信息的基本单位，操作系统通过文件管理功能提供对文件的存取、保护、共享等支持。
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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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。
第1章操作系统概论
(2)提供用户与计算机系统的接口。 操作系统提供了两种用户接口: • 作业级接口向用户提供作业控制语 言和操作命令。 • 程序级接口：提供一组系统调用， 又称广义指令。用户程序通过接口 向操作系 统提出资源申请，由操 作系统为其服务。
§3 操作系统的分类
一．批处理操作系统 对多个用户的作业进行成批处理的 系统。 设计目标是提高系统资源的使用率 和作业吞吐量。
为了减少人为干预，提高计算机的利 用效率，把需要机器运行的若干程序 按一定顺序组织在一起成为一道作业， 把它成批地交给计算机，让计算机自 动地、按顺序逐个运行程序。 采用这种批量处理运行程序的操作系 统就 称为批处理操作系统。
1．单道批处理系统 处理机和所有的系统资源仅为一道作业 服务。 解决了人工干预对机器运行效率的影响。
• 通用操作系统
• 网络操作系统 • 分布式操作系统
提供给上层两种接口：操作接口和编程 接口。 用户可以通过操作接口方便地使用计算 机。 编程接口是一系列的系统调用，其它程 序可以使用该接口使操作系统为其服务， 使用硬件资源和软件资源。
3．系统应用软件 由一系列的语言处理程序和系统服务 程序构成。 系统应用层的程序是在操作系统的支 持下工作的，它们使用操作系统的系统 调用和机器指令编制程序。
二. 操作系统的功能 1．存储管理 (1)存储分配。为系统中运行的多个用户 程序分配内存空间，完成相对地址向 绝对地址的变换。 (2)存储安全和保护。保护内存区域不被 非法访问。
(3)存储共享。用户程序共同使用内存中 的某些程序或数据。 (4)存储扩充。操作系统通过软件的方法 为用户程序提供一个比物理内存空间 大得多的存储空间，这就是虚拟存储 技术。
2．多道批处理系统 处理机与设备并行工作方式，处理机同 时运行多道作业，作业轮流交替占用处 理机运行。 不仅处理机，其它所有的系统资源均由 多个作业共享。 批处理系统中作业以成批的方式自动运 行， 所以它适合运行那些经过调试的固 定程序。
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。
操作系统概论
操作系统概论操作系统概论1.操作系统的主要目标方便用户使用扩大机器功能管理系统资源提高系统效率构筑开放环境2.资源复用空分复用共享--该资源可进一步分割成更多和更小的单位供进程使用。
时分复用共享--并不把资源进一步分割成更小的单位，进程可在一个时间片内独占使用整个物理资源。
3.资源虚化是对资源进行转化、模拟或整合，把物理上的一个资源变成逻辑上的多个对应物的一类技术。
虚化的例子—虚拟设备、虚拟存储器、虚拟屏幕(终端)、虚拟信道、虚拟文件4.资源抽象资源抽象用于处理系统的复杂性，重点解决资源的易用性。
资源抽象指通过创建软件来屏蔽硬件资源物理特性和接口细节，简化对硬件资源的操作、控制和使用的一类技术。
单级资源抽象与多级资源抽象5.操作系统中最基础的抽象进程抽象--是对已进入主存正在运行的程序在处理器上操作的状态集的抽象。
虚存抽象--是对物理主存的抽象，进程可获得一个硕大的连续地址空间来存放可执行程序和数据，可使用虚拟地址来引用物理主存单元。
文件抽象--是对磁盘之类存储设备的抽象。
6.文件抽象是操作系统对磁盘设备的多层次抽象第一层抽象，从磁盘到分区。
?第二层抽象，从分区到扇区。
第三层抽象，从扇区到簇。
?第四层抽象，从簇到文件系统分区7.虚拟计算机虚拟计算机是一台抽象计算机。
它在硬件的基础上由软件来实现，并且与物理机器一样，具有指令及可用的存储空间操作系统虚拟机的组成：1) 虚处理器2) 虚拟主存3) 虚拟辅存4) 虚拟设备8.操作系统的功能处理机管理?存储管理?设备管理?文件管理?网络与通信管理?用户接口处理机管理(1)进程控制和管理；?(2)进程同步和互斥；?(3)进程通信；?(4)进程死锁；(5)线程控制和管理；?(6)处理器调度，又分高级调度，中级调度和低级调度。
存储管理(1)主存分配；?(2)地址转换与存储保护；?(3)主存共享；?(4)存储扩充。
处理机管理(1)进程控制和管理；?(2)进程同步和互斥；?(3)进程通信；?(4)进程死锁；(5)线程控制和管理；?(6)处理器调度，又分高级调度，中级调度和低级调度。
操作系统概论
操作系统概论计算机的操作系统是指管理和控制整个计算机系统硬件、软件资源，合理组织计算机工作流程，使各种硬件和软件发挥最大效能，以便为用户提供良好服务的程序集合。
第一节操作系统概述操作系统的基本概念一、操作系统的基本概念操作系统是一个独立于计算机硬件和外部环境之外的、对计算机资源进行管理和控制的软件程序系统。
操作系统不仅具有对各种硬件的管理功能，而且还具有支持应用程序并使它们相互协调运行的功能，从而保证了计算机系统整体性能和高效性。
操作系统在结构上与计算机系统是一种模块化结构，既包含了内核模块，又包括用户界面模块，还有提供网络通信接口的模块等。
二、操作系统的功能1．操作系统的层次结构2．多级处理机系统3．操作系统的用户界面4．操作系统的类型1．GUI2．Linux3．Solaris4．Windows20005．UNIX6．DEC7．PPC8．UNIX9．UNIVAC；10．操作系统的特征1．稳定性2．可靠性3．安全性4．灵活性5．开放性三、操作系统的分类一般情况下，操作系统的划分标准有三条： 1．从用户的角度来看，可将其分为个人计算机用户、单处理机用户和多处理机系统用户； 2．从计算机处理资源的角度来看，可将其分为主机型操作系统和客机型操作系统； 3．从计算机处理资源的管理方式来看，可将其分为集中式操作系统和分布式操作系统。
分类主要依据是操作系统提供的服务功能，如处理机管理、存储管理、文件管理等。
当然，按照不同的分类标准，还可以把操作系统划分成若干类型，例如：分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式系统等等。
第二节操作系统的发展历史一、操作系统的产生和发展20世纪50年代末期，为了解决高速运算问题，美国贝尔实验室的E。
M。
沃思在巴贝奇-图灵测试中的成功，为系统科学开辟了新天地。
1967年，美国计算机科学家J。
B。
诺伊曼发表了《论可计算性》一文，开创了软件工程研究，并成功地解决了数值计算问题。
第01课操作系统概论
2
单用户多任务操作系统 只允许一个用户上机， 但允许将一个用户程序分 成若干个任务并发执行。 随着32位微机的出现，多 任务处理能力和图形用户 界面成为微机操作系统的 趋势，最具代表性的是 OS/2和Windows操作系统。
3
多用户多任务操作系统 允许多个用户共享主 机中的各类资源，而每个 用户程序又可进一步分为 多个任务并发执行。大、 中、小型机中配置的都是 多用户多任务操作系统， 32位微机也有不少，最具 代表性的是UNIX和Linux。 19
23
1.3 操作系统的特征与功能
特征：
并发性、共享性、虚拟性、异步性
功能：
处理器管理、存储器管理、设备管理、 文件管理、用户接口
24
1. 处理器管理（进程管理）
处理器管理的主要任务是对处理器进行分配，并对其运行进行有效的控 制和管理。在单道环境下，处理器为一个作业所独占，其管理十分简单。但 在多道程序并发环境下，必须引入进程以动态地描述程序的执行过程，并以 进程为单位来分配处理器，因而对处理器的管理可归结为对进程的管理 。
（1）手工操作阶段（1946年-50年代中期）
输入设备
运算器 主机 控制器 存储器
控制台
输出设备
计算机的手 工操作方式
减少了CPU的空闲时间，缓和了人机矛盾 提高了I/O速度，缓解了CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾
输入设备 外围机 运算器 主机 控制器 存储器 外围机
磁盘
磁盘
控制台
输出设备
计算机外设
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嵌入式操作系统
在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统，它们是 一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是 “计算机”。通常工作在反应快或对处理时间有较严格要求环境中，由于 它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统。 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面 向应用，软硬件可裁减的；适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等 综合性能有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；实时性；嵌入式系统和具体 应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行；嵌入式 系统中的软件代码要求高质量、高可靠性；一般都固化在只读存储器中而 不是存储在磁盘等载体中。
第1章操作系统概论
第1章操作系统概论本章学习目标●掌握操作系统的定义及其在计算机系统中的作用。
●掌握操作系统的特征及其功能。
●了解操作系统的形成过程及其发展趋势，掌握批处理系统、分时系统和实时系统的特点。
●了解操作系统的设计结构。
●了解常见操作系统的特点。
本章概述在现代计算机系统中，一个或多个处理器、主存、外存、网络接口以及各种不同的输入/输出设备共同协作，完成用户的各项需求。
用户需求的响应过程是十分复杂和关键的，对编写和监督管理上述各种部件的程序员能力要求极高。
为了将部分关键的操作封装起来，同时也达到简化程序员工作的目的，计算机体系中出现了操作系统这个软件层次。
它能在管理并正确使用上述部件的同时，为程序员提供一个通用的、相对简单的、能够驱动硬件工作的软件接口。
本章首先从操作系统的定义、特征、功能、设计目标、性能指标等方面阐述操作系统的概念。
然后从操作系统的发展分析操作系统的发展方向，由此引入不同结构的操作系统的性能比较与分析。
最后对最为流行的操作系统实例——Windows系列和Unix/Linux系统进行简要的介绍。
1.1 操作系统的概念1.1.1 操作系统的定义在现代计算机体系结构中，操作系统起着至关重要的作用。
如图1-1所示为操作系统在计算机体系结构中的位置。
操作系统是硬件之上的第一层软件，在操作系统之上的是各种应用程序。
其中每个层次又可以细分为更多的子层，如硬件层从底向上可分为物理设备、由各种寄存器和数据通道组成的微体系层以及主要由指令集组成的机器语言层，提供的是基本的计算资源。
应用程序层则通常是基于特定操作系统的、满足特定功能的、直接面向用户的软件，这些软件能够根据用户的具体需求申请特定的资源，并按照应用程序规定的方法来使用这些资源。
操作系统处于这两个层次之间，用来协调与控制应用程序对硬件资源的使用。
应用程序操作系统计算机硬件图1-1 计算机体系结构在当今社会，几乎每个人都与操作系统打过交道，但是要精确地给出操作系统的定义却并非易事。
2024年度-操作系统概论课件
设备驱动程序的实现方法通常包括以下几个步骤
定义设备数据结构
描述设备的属性和状态。
实现设备操作函数
包括设备的打开、关闭、读、写等操作。
注册设备驱动程序
将设备驱动程序注册到操作系统内核中，以便操作系统能 够识别和管理该设备。
处理设备中断
设备中断是设备驱动程序处理的重要部分，它负责响应设 备的中断请求，并进行相应的处理。
设计原则
设计文件系统时应遵循一些基本原则，如高效性、可靠性、 安全性、可扩展性和易用性等。这些原则有助于确保文件系 统的性能和稳定性，并满足用户的需求。
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文件访问权限控制
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统提供了文件访问权限控制机制 。这些权限可以控制哪些用户可以访 问文件，以及他们可以进行哪些操作 （如读、写、执行等）。
会话管理
为每个用户分配独立的会话环境，确 保用户间操作互不干扰。
并发控制
采用进程或线程同步机制，避免多个 用户同时操作同一资源时发生冲突。
权限管理
根据用户角色和权限设置访问控制策 略，确保系统安全性。
实时响应
优化系统性能，确保在多用户环境下 仍能保持快速响应和流畅交互。
27
07
安全性和保护机制
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处理机管理
分配和控制处理机资源。
存储器管理
负责内存的分配与回收。
设备管理
提供硬件设备接口，控制设备工作。
文件管理
支持文件的存取、修改等操作。
用户接口
提供命令接口、程序接口和图形接口，方便用户使用。
4
发展历程及分类
手工操作阶段
用户直接使用机器语言编写程序，无操作系统支持。
批处理阶段
第1章操作系统概论
CPU的快速与I/O设备慢速的矛盾。
1.2.2 早期批处理
为解决人机矛盾，人们提出了从一个作业 到下一个作业的自动过渡方式，从而出现 了批处理技术。
监督程序
监督程序是一个常驻内存的程序，它管理 作业的运行，负责装入和运行各种系统程 序来完成作业的自动过渡。
个人计算机操作系统
个人计算机操作系统主要供个人使用， 它功能强，价格便宜，能满足一般人工 作、学习、游戏等方面的需求。
个人计算机操作系统的主要特点是计算 机在某一段时间内为单个用户服务，采 用图形界面人机交互的工作方式，界面 友好，使用方便。
网络操作系统
网络操作系统是基于计算机网络的，是在各 种计算机操作系统上按网络体系结构协议标 准开发的软件
1.2.4 操作系统的发展
操作系统是一组控制和管理计算机硬件 和软件资源，合理地组织计算机工作流 程，以及方便用户的程序的集合。
操作系统的发展续
由于批处理系统没有人机交互性，后来 又出现了分时系统、实时系统；
近年来又出现了个人计算机操作系统、 网络操作系统、分布式操作系统、嵌入 式操作系统等。
脱机输出：当CPU需要输出时，高速地把结 果送到磁带上，然后在外围机的控制下， 把磁带上的计算结果由相应的输出设备输 出。
脱机输入/输出示意图
纸带机 打印机
外围机
输入带 输出带
输入带 输出带
主机
脱机I/O与联机I/O
脱机输入/输出：输入/输出操作在外围机 的控制下，脱离主机进行。
脱机I/O优点：
直接控制程序运行，同程序进行交互。
独立性：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。
1.1操作系统概论
并行性（parallelism）指两个或两个以上事件或活动 在同一时刻发生。
在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时刻可在 不同CPU上同时执行。
并行的事件或活动一定是并发的，并发的事件或活动 未必是并行的，
并行性是并发性的特例，并发性是并行性的扩展。
3. 系统程序层建立在操作系统改造和扩充过的机器上，提供 扩展指令集，实现各种语言处理程序、数据库管理系统和 其他系统程序。提供种类繁多的实用程序，如连接装配程 序、库管理程序、诊断排错程序、分类/合并程序等供用户 使用。
4. 应用程序层解决用户不同的应用问题，应用程序开发者借 助程序设计语言来表达应用问题，开发各种应用程序，操 作系统和硬件组成了一个运行平台，其他软件都运行在这 个平台上。
在计算机系统中，并发的实质是一个物理CPU(也可以 多个物理CPU)在若干道程序之间多路复用，并发性是 对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。
在多处理器系统中，程序的并发性不仅体现在宏观上， 而且体现在微观上，这称为并行的。
六、操作系统的主要特性 (3)
2. 共享性 共享指操作系统中的资源（包括硬件资源和信息资源）可被 多个并发执行的进程共同使用，而不是被其中某一个程序所 独占。 共享的原因有时来源于经济，有时来源于逻辑上的必须。 资源共享可分成两种方式： 透明资源共享 资源隔离 授权访问 显式资源共享
注意：交替轮流执行的含义不是一个进程执行完了，另一个 进程接着执行，而是每个进程都执行一段时间后就必须暂 停，把CPU控制权交给另一个进程！
在多进程并发环境里，任意一个进程都不能保证一次执行 完毕！
操作系统是一个并发系统，并发性是操作系统最重 要的特征。操作系统的并发性是指计算机系统中同 时存在若干个运行着的程序（包括操作系统程序和 用户程序），这些程序交替、穿插地执行。发挥并 发性能够消除系统中部件和部件之间的相互等待， 有效地改善系统资源的利用率，改进系统的吞吐量， 提高系统效率。利用并发技术可以使多个I/O设备同 时输入输出，也可使设备I/O与CPU的计算同时进行。
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03
作业调 度
存储管理
内存的分配与回收 存储保护 内存扩充
文件管理
文件存储空间manage
离散分配方式
1
文件系统的安全性
文件读写 存取控制
3
2
目录管理
设备管理
中断技术，通道技术，虚拟设备 技术，缓冲技术 外部设备的分配，启动和故障处 理
02 1.4操作系统结构
1.4操作系统结构
整体式结构 层次结构 微内核（客户/服务器）结构
控制程 序执行
功能
1.1操作系统的概念
3特征
01
1并发 性
02
2共享 性
03
3随机 性
1并发性
同时存在若干个运 行着的程序
01操共作用系系统统与中多的个各用种户资程源序 02 1中央处理器
2共享性
03
2内存储器
04
3外存储器
05
4外部设备
互斥共享 同时共享
3随机性
操作系统的运行是在一种随机的环 境下进行的。
简单批处理 运行模式分为用户模式和特权模式
多道批处理 SPOOLing技术
1.3操作系统分类
分时系统
多路性，交互性，独占性，及时性
1.3操作系统分类
实时操作系统
实时时钟管理，过载保护，高可靠性
1.3操作系统分类
嵌入式操作系统
1.3操作系统分类
个人计算机系统
1.3操作系统分类
网络操作系统
1.3操作系统分类
操作系统概论
演讲人
2021-03-01
目录
1 1.1操作系统的概念 2 1.4操作系统结构 3 1.2操作系统的发展 4 1.3操作系统分类
01 1.1操作系统的概念
1.1操作系统的概 念
1计算机系统 2定义 3特征 4研究操作系统的观点 功能
1.1操作系统的概念
1计算机系统
01
资源管 理
02
1.1操作系统的概念
4研究操作系统的观点
软件
资源管 理
进程
虚机器
服务提 供者
1.1操作系统的概念
功能
进程管 理
存储管 理
文件管 理
设备管 理
用户接 口
进程管理
进程控制
01
创建
02
撤销结 束进程
03
控制进 程转换
进程同步
互斥 加锁 同步
进程管理
进程间通信
进程管理
调度
01
进程调 度
02
线程调 度
分布式操作系统
统一性，资源共享，透明性，自治性
1.3操作系统分类
智能卡操作系统
感谢聆听
03 1.2操作系统的发展
1.2操作系统 的发展
0 1
1.2.1手工操作
0 2
1.2.2监控程序
0 3
1.2.3多道批处
理
0 4
1.2.4分时系统
0 5
1.2.5UNIX通
用系统
0.2操作系统的发 展
1.2.7Android操作系统
04 1.3操作系统分类
批处理操 作系统