现代操作系统课件ppt
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《操作系统介绍》PPT课件-2024鲜版
16
04
现代操作系统特性分析
2024/3/27
17
多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
2024/3/27
27
移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
2024/3/27
4
发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
9
内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
04
现代操作系统特性分析
2024/3/27
17
多用户多任务处理能力
多用户支持
现代操作系统允许多个用户同时 使用同一台计算机，每个用户都 有自己的工作空间和资源，互不
干扰。
多任务处理
操作系统可以同时管理多个任务， 通过时间片轮转或优先级调度算 法，实现多个任务的并发执行。
进程与线程管理
操作系统通过进程和线程的概念 来管理任务，进程是程序的执行 实例，线程是进程内的执行单元， 操作系统负责创建、调度和终止
适用于多种品牌和型号的手机和平板电脑。
2024/3/27
27
移动端Android和iOS操作系统比较
稳定的系统性能
经过苹果公司严格测试和优化，提供流畅的 系统运行体验。
与Apple生态紧密集成
与iPhone、iPad、Mac等设备无缝集成， 实现数据同步和共享。
统一的界面设计
采用统一的界面风格和操作方式，易于学习 和使用。
功能
提供计算机硬件与软件之间的接口；管 理计算机系统的资源；提供用户与计算 机之间的交互界面。
2024/3/27
4
发展历程
第一代（1940s-1950s）
真空管和穿孔卡片，无操作系统概念。
第二代（1950s-1960s）
晶体管和批处理系统，如IBM的OS/360。
第三代（1960s-1980s）
集成电路和多道程序系统，如UNIX和 Windows。
进程同步与通信
协调多个进程之间的执行顺序和 资源共享，避免竞态条件和死锁
等问题。
9
内存管理
内存空间分配
为进程分配内存空间，包括连续分配和离散 分配两种方式。
内存映射
《现代操作系统》课件
04
现代操作系统的实现技术
微内核与宏内核
微内核
微内核是一种将操作系统核心功能分散到多个独立模块中的设计思想。它只保留了最基本的核心功能，如内存管 理、进程调度等，其他功能则通过消息传递的方式由内核外的服务完成。这种设计提高了系统的可扩展性和安全 性。
宏内核
宏内核将所有操作系统功能都集成在一个内核中。与微内核相反，宏内核的设计思想是尽可能地将所有功能集中 在一个紧密耦合的系统中，以提高系统的效率和性能。然而，这也可能导致系统复杂性和安全性的增加。
异步操作
支持设备的异步操作，使 得设备能够与主机并发执 行，提高系统整体性能。
03
现代操作系统的特性
分布式与并行处理
分布式处理
现代操作系统能够将任务分解成多个子任务，并在不同的处理器上同时执行， 以提高整体处理速度和效率。
并行处理
操作系统能够利用多核处理器或多线程技术，将任务分配给多个处理器或线程 同时执行，以充分利用计算资源。
内存管理算法
分段内存管理
分段内存管理是一种将内存划分为多个逻辑段的管理方式。每个进程被分配一个或多个逻 辑段，每个段都有独立的地址空间。这种管理方式提高了内存的利用率和灵活性。
分页内存管理
分页内存管理是一种将物理内存划分为固定大小的页，并将它们映射到虚拟地址空间中的 管理方式。通过将不常用的内存页交换到磁盘上，可以释放物理内存空间供其他进程使用 。这种管理方式提高了内存的利用率和可扩展性。
03
提供强大的命令行界面 和可定制性，支持多种 桌面环境。
04
内置多种应用程序，如 文本编辑器、编译器、 浏览器等。
Mac OS操作系统
由苹果公司开发的操作系统，专为苹果硬件设备设计。
操作系统PPT课件
分析在多用户与多任务环境下可能存在的安全风险，并介绍相应的安全
措施和策略。
07
安全性与可靠性保障
操作系统安全策略
访问控制
通过用户身份验证、权限 管理等手段，限制用户对 系统资源的访问，防止未 经授权的访问和操作。
加密技术
采用加密算法对敏感数据 进行加密存储和传输，确 保数据在传输和存储过程 中的安全性。
页面置换算法
虚拟内存的实现
当内存空间不足时，需要选择某个页面进 行置换，常见的置换算法有最优算法、先 进先出算法、最近最久未使用算法等。
需要硬件和软件的支持，如地址变换机构、 缺页中断机构、页面调度程序等。
页面置换算法
最优算法
选择未来最长时间不会被访问的页面 进行置换，需要预知未来的页面访问 情况，实际中难以实现。
命令行界面常用命令
列举并解释常见的命令行界面命令，如文件操作命令、网络命令、 系统管理命令等。
图形用户界面设计
01
图形用户界面（GUI ）概述
介绍图形用户界面的基本概念、 特点和优势。
02
图形用户界面设计 原则
讲解设计图形用户界面时需要遵 循的原则，如直观易用、美观大 方、符合用户习惯等。
03
图形用户界面常用 控件
文件概念
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单位，通常是一段具有特定格式 和意义的二进制数据。
文件组织结构
常见的文件组织结构包括顺序结构、索引结构、链接结构和哈希结构。不同的 组织结构适用于不同的应用场景，如顺序结构适用于连续访问大量数据，而索 引结构则适用于随机访问。
文件访问权限控制
访问权限
设置通道控制器，负责管理和控制多 个I/O设备，进一步减轻CPU的负担 。
操作系统ppt课件完整版
2024/1/30
10
进程同步与通信
2024/1/30
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证它们之 间正确的协作关系。进程同步的主要任务是使并发执行的诸 进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行 具有可再现性。
进程通信
进程通信是指进程之间的信息交换。在分布式系统中，进程 通信是实现分布式计算和协同工作的基础。常见的进程通信 方式包括管道（pipe）、消息队列（message queue）、信 号（signal）等。
2024/1/30
9
进程调度算法
调度算法的分类
根据调度策略的不同，进程调度算法可分为先来先服务（FCFS）、短作业优先（ SJF）、优先级调度（Priority Scheduling）、时间片轮转（RR）等。
调度算法的选择
在选择调度算法时，需要考虑系统的整体性能、资源利用率、响应时间等因素。 不同的调度算法适用于不同的应用场景和需求。
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
页表
记录逻辑页与物理页框的对应关系。
2024/1/30
03
优缺点
提高了内存利用率，减少了碎片；但增加了系统开销，可能产生抖动现
象。
15
段式存储管理
基本思想
把程序按内容或过程（函数）关 系分成段，每段有自己的名字。 一个用户作业或进程所包含的段 对应于一个二维线性虚拟空间，
即一个段表。
段表
记录各段在内存中的起始地址和 段的长度。
优缺点
便于实现共享和保护；但容易产 生碎片，浪费内存空间。
操作系统完整ppt课件
程序I/O方式
CPU等待I/O操作完成
适用于简单、少量的I/O操作
2024/1/26
26
I/O控制方式
CPU响应中断并处理I/O操 作结果
I/O操作完成后中断CPU
中断驱动I/O方式
01
2024/1/26
03 02
27
I/O控制方式
2024/1/26
01
提高了CPU的利用率
02
DMA（直接内存访问）I/O方式
PCB的内容
PCB通常包含进程标识符、处理机状态、进程调度信息和进程控 制信息等内容。
PCB的组织方式
PCB可以采用线性方式、链接方式或索引方式进行组织。
9
进程调度算法
2024/1/26
先来先服务（FCFS）调度算法
按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先得到服务。
短作业优先（SJF）调度算法
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程轮流执行一个时间片 。
10
进程同步与通信
进程同步的概念
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确 的执行顺序和结果。
2024/1/26
进程的状态
进程在执行过程中会经历 多种状态，如就绪态、运 行态、阻塞态等。
进程控制块PCB
每个进程都有一个唯一的 进程控制块，用于存储进 程的标识符、状态、优先 级等关键信息。
8
进程控制块PCB
2024/1/26
PCB的作用
PCB是进程存在的唯一标识，操作系统通过PCB来感知进程的存 在，并对其进行控制和管理。
CPU等待I/O操作完成
适用于简单、少量的I/O操作
2024/1/26
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I/O控制方式
CPU响应中断并处理I/O操 作结果
I/O操作完成后中断CPU
中断驱动I/O方式
01
2024/1/26
03 02
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I/O控制方式
2024/1/26
01
提高了CPU的利用率
02
DMA（直接内存访问）I/O方式
PCB的内容
PCB通常包含进程标识符、处理机状态、进程调度信息和进程控 制信息等内容。
PCB的组织方式
PCB可以采用线性方式、链接方式或索引方式进行组织。
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进程调度算法
2024/1/26
先来先服务（FCFS）调度算法
按照进程到达的先后顺序进行调度，先到达的进程先得到服务。
短作业优先（SJF）调度算法
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
为每个进程分配一个优先级，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程轮流执行一个时间片 。
10
进程同步与通信
进程同步的概念
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确 的执行顺序和结果。
2024/1/26
进程的状态
进程在执行过程中会经历 多种状态，如就绪态、运 行态、阻塞态等。
进程控制块PCB
每个进程都有一个唯一的 进程控制块，用于存储进 程的标识符、状态、优先 级等关键信息。
8
进程控制块PCB
2024/1/26
PCB的作用
PCB是进程存在的唯一标识，操作系统通过PCB来感知进程的存 在，并对其进行控制和管理。
操作系统原理ppt课件
单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲 池等。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
MOS-Ch08-e3 《现代操作系统》Andreww S.Tanenbaum配套课件ppt
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Master-Slave Multiprocessors
Figure 8-8. A master-slave multiprocessor model.
Characteristics of NUMA machines: 1. There is a single address space visible to all
CPUs. 2. Access to remote memory is via LOAD and
STORE instructions. 3. Access to remote memory is slower than
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Multiprocessor Synchronization (1)
Figure 8-10. The TSL instruction can fail if the bus cannot be locked. These four steps show a sequence of events where the failure is demonstrated.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Master-Slave Multiprocessors
Figure 8-8. A master-slave multiprocessor model.
Characteristics of NUMA machines: 1. There is a single address space visible to all
CPUs. 2. Access to remote memory is via LOAD and
STORE instructions. 3. Access to remote memory is slower than
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
Multiprocessor Synchronization (1)
Figure 8-10. The TSL instruction can fail if the bus cannot be locked. These four steps show a sequence of events where the failure is demonstrated.
Tanenbaum, Modern Operating Systems 3 e, (c) 2008 Prentice-Hall, Inc. All rights reserved. 0-13-6006639
现代操作系统ppt课件
所谓“打开”是指系统将指名文件的属性从外存拷 贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该表目的 编号（索引）返回给用户，以后便利用返回的索引 号向系统提出操作请求。
Close系统调用用来关闭文件，OS将把该文件从打 开文件表中的表目上删除掉。
.
9
文件操作
其他文件操作
为方便用户，OS都提供了数条有关文件操 作的系统调用，可将这些系统调用分为若干 类：
索引分配方式支持直接访问。不会产生 外部碎片。文件较大时该方式优于链接分配 方式。其主要问题是可能要花费较多的外存 空间。
.
25
索引分配（2）
二、多级索引分配：OS为一个大型文件分配磁盘空 间时，若所分配出去的盘块号已经装满一索引块 时，就再为该文件分配一个索引块，用于将以后 继续为该文件分配的盘块号记录于其中，依此类 推。再通过链接指针将各索引块按序链接起来。 显然当文件太大，其索引块太多时，这种方法是 低效的。此时，应为这些索引块再建立一级索引， 称为第一级索引，即系统再分配一索引块，作为 第一级索引的索引块，将第一块、第二块、…等 索引块的盘块号填入其中。这样便形成了两级索 引分配方式，必要时还可用三级、四级索引分配 方式。
最常用的一类是对文件属性进行操作的； 另一类是对有关目录的； 还有实现文件共享的系统调用； 用于对文件系统进行操作的系统调用。
.
10
6.2 文件逻辑结构
文件系统设计的关键要素，是将诸记录构成一个 文件的方法，以及将一个文件存储到外存的方法。 任何一个文件，都存在着两种形式的结构：
(1)文件的逻辑结构。是从用户观点出发所观察到的文件 组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，独立 于物理特性，又称为文件组织。
二、对顺序文件的读/写操作
Close系统调用用来关闭文件，OS将把该文件从打 开文件表中的表目上删除掉。
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9
文件操作
其他文件操作
为方便用户，OS都提供了数条有关文件操 作的系统调用，可将这些系统调用分为若干 类：
索引分配方式支持直接访问。不会产生 外部碎片。文件较大时该方式优于链接分配 方式。其主要问题是可能要花费较多的外存 空间。
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25
索引分配（2）
二、多级索引分配：OS为一个大型文件分配磁盘空 间时，若所分配出去的盘块号已经装满一索引块 时，就再为该文件分配一个索引块，用于将以后 继续为该文件分配的盘块号记录于其中，依此类 推。再通过链接指针将各索引块按序链接起来。 显然当文件太大，其索引块太多时，这种方法是 低效的。此时，应为这些索引块再建立一级索引， 称为第一级索引，即系统再分配一索引块，作为 第一级索引的索引块，将第一块、第二块、…等 索引块的盘块号填入其中。这样便形成了两级索 引分配方式，必要时还可用三级、四级索引分配 方式。
最常用的一类是对文件属性进行操作的； 另一类是对有关目录的； 还有实现文件共享的系统调用； 用于对文件系统进行操作的系统调用。
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6.2 文件逻辑结构
文件系统设计的关键要素，是将诸记录构成一个 文件的方法，以及将一个文件存储到外存的方法。 任何一个文件，都存在着两种形式的结构：
(1)文件的逻辑结构。是从用户观点出发所观察到的文件 组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，独立 于物理特性，又称为文件组织。
二、对顺序文件的读/写操作
现代操作系统第二章课件
4.44.4.1 对磁盘空间的管理是系统设计者要考虑的一个主要问题。
有两种策略几乎所有的文件系统都把文件分割成固定大小的块来存储块的大小应该是多少？拥有大的块尺寸小的文件浪费了大量的磁盘空间小的块尺寸意味着大多数文件会跨越多个块读取由许多小块组成的文件会非常慢虚线表示一个磁盘的数据率与块大小之间的函数关系，实线表示作为盘块大小函数的空间利用率。
对一个块的访问时间完全由寻道时间和旋转延迟所决定，所以若要花费9ms的代价访问一个盘块，那么取的数据越多越好。
因此，数据随着磁盘块的增大而增大。
性能与空间利用天生就是矛盾的。
消得快会导致低的性能但是搞得空间利用率。
不存在合理的折中方案。
下一个问题就是怎么样跟踪空闲块。
两种方法采用磁盘块链表，每个块中包含尽可能多的空闲磁盘块号采用位图。
n个块的磁盘需要n位位图。
在位图中，空闲块用1表示，已分配块用0表示（或者反之）。
很明显，位图方法所需空间较少，因为每块只用一个二进制位标识。
多用户操作系统常常提供一种强制性磁盘配额机制。
系统管理员分给每个用户拥有的文件和块的最大数量，操作系统确保每个用户不超过分给他们的配额。
4.4.2它至少应能保护信息。
直接的办法是制作备份。
做磁带备份主要是要处理好两个潜在问题中的一个：1.从意外的灾难中恢复2.从错误的操作中恢复。
第一个问题主要是有磁盘破裂、火灾、洪水等自然灾害引起的。
第二个原因主要是用户意外地删除了原本还需要的文件。
对“删除”命令专门设计了特殊目录-------“回收站”首先，是要备份整个文件系统还是仅备份一部分呢？其次，对前一次备份以来没有更改过的文件再做备份是一种浪费。
第三，既然待转储的往往是海量数据，那么再将其写入磁带之前对文件进行压缩就很有必要。
第四，对活动文件系统做备份是很难的。
第五，引入许多非技术性的问题。
转储磁盘到磁带上有两种方案：物理转储和逻辑转储。
物理转储是从磁盘的第0快开始，将全部的磁盘块按序输出到磁带上。
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域
百万至 几百万次/
秒
各行各业
几百万至 千亿次/秒
典型 ENIAC UNIVACⅡ IBM360 ILLIAC-Ⅳ
机种 EDVAC IBM7094 PDP 11 VAX 11
IBM705 CDC6600 NOVA12 IBM PC
-
00
9
1.2 操作系统的发展
一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发展,另 一方面它也促进了计算机硬件种类的扩充,使计算机体系结构 不断改进,功能越来越强大.
-
12
CPU执行: 程序A 程序B 程序C 调度程序
I/O请求
I/O操作: I/O结束 A再调度 A完成
I/O请求
I/O结束 B再调度 B完成
I/O请求
T
图1-3 CPU与I/O并行图
-
131Βιβλιοθήκη 2.3 基本操作系统类型1.批处理系统
用户不能直接干预作业的运行过程 作业提交之前用作业控制语言编制成作业说明书或作
-
5
1.1.2 操作系统在计算机系统中的作用
1.对外职能——用户与计算机之间的接口
必须为用户提供良好的界面，使用户能够感觉 计算机是可用而且易用的。
2.对内职能——组织和管理计算机资源，充分 发挥资源的效能，提高利用率
-
6
1.1.3 研究操作系统的几种观点 1.用户观点
2.资源管理的观点
计算机资源按性质分四类:CPU、内存、处部设备、信息文件
实时系统相对于其它操作系统来说，其优点是系统的 及时响应以及系统的可靠性。
业控制卡,与程序和数据一起提交给系统
引入多道程序后,批处理系统有以下特征:
(1) 多道性
(2) 无序性
(3) 调度性：作业从提交到运行完成需要经过两次调度，即
作业调度和进程调度。作业调度是指按照一定作业调度算法， 从后备作业队列中选择一个或几个作业调入内存。进程调度 是指按照一定进程调度算法，从在内存的进程中选择一个进 程，将处理机分配给它，使之执行。
1.2.1 问题的提出
1.速度问题 人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配
2.作业差异
3.CPU与外部设备的充分利用
-
10
1.2.3 解决办法 1.减少人工干预
批处理技术 作业执行序列、监督或管理程序、自动转换 联机批处理方式
计接 算口
机
卡片机
2.改善速度匹配 脱机批处理技术
计
输入/出设备
算
机
-
卫 星 机
终端
终端
序系统的一些技术特征，成为当
分时系统示意图
今的计算机操作系统主流
-
16
3．实时系统
“实时”是指系统能够及时响应发生的外部事件(一般 为一些随机事件)，并以足够快的速度完成对事件的 处理。
为了保证程序可靠运行，系统应提供安全措施，比如 多级容错、硬件冗余等，避免因发生错误或丢失信 息而造成重大经济损失甚至导致灾难性的后果。
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资 源能为多用户共享。
-
4
定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机 的利用率，对计算机资源进行组织和管理的 程序集合。
用户 ——广义的概念，包括一般用户和软件开发人 员等；
资源——包括处理器、存储器、输入/输出设备等硬 件资源和程序与数据等软件资源。
机器语言 汇编语言
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
监控程序 高级语言
半导体存储 器
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
实时处理 操作系统
半导体存储 器
磁带、磁盘 光盘
实时/分时 处理网络操
作系统
应用 领域
运算 速度
科学计算
5000至 3万次/秒
科学计算 数据处理 过程控制
几十万至 百万次/秒
科学计算 系统设计等 科技工程领
N 插队 N
Y
资源够用 ? Y
分配
释放? Y
回收
N 出错处理
修改资源分配 状态表
图1-2 资源分-配与释放过程
8
年代
电子 器件
第一代 19461957
电子管
第二代 19581964
晶体管
第三代 19651970
集成电路
第四代 1971-现在
大规模集成 电路
存储 器
处理 方式
延迟线、 磁芯、磁鼓 磁带、纸带
11
3.实现多道程序系统
系统结构：以中央处理器为中心→主存为中心 中断技术和通道技术 通过软件技术使CPU和I/O设备并行工作——多道程序系统
多道程序系统——是指允许多个相互独立的程序 同时存在于内存中，而且处于同时运行的过程 中。各道程序轮流占用CPU，交替执行。
问题：如何共享资源、如何互斥和同步、如何提 高内存使用率、如何证程序安全
(2) 无交互能力。在作业提交后，用户不能与自 己的作业进行交互，不便于对作业的控制。
-
15
2．分时系统
分时——就是多个用户对系统资源进行时间
上的分享。
微观上，每个用户作业轮
终端
终端
流运行一个时间片；宏观
计算
机接
口
上，多个用户同时工作，
终端
共享系统资源。
终端
分时系统作为多道程序系统的一
个典型代表，集中体现了多道程
对于操作系统来说，资源管理要做如下工作： (1) 对资源使用情况进行登记，这是资源管理的依据。 (2) 决定分配策略。 (3) 提供分配与回收算法。
3.进程观点
进程——分析计算机操作系统在处理过程中的基本对象，是系 统中的活动实体。
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7
请求分配资源队列
请求释放资源队列
按原则进入
Y
请求分配 ?
N
该资源可用 ?
-
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批处理系统，特别是多道批处理系统的主要优点 是资源利用率高和系统吞吐量大。
批处理系统的缺点主要体现在以下两个方面：
(1) 平均周转时间长。作业的周转时间是指从作 业进入系统开始，直到作业完成并退出系统为 止所经历的时间。在批处理系统中，由于作业 需要排队来依次进行处理，因而作业的周转时 间较长。
计算机操作系统
吴桂军 wugj@
参考书目:汤子瀛等著.计算机操作系统 西安电子科技大学出版社
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第一章 引论
本章要点 操作系统的定义 操作系统的发展过程及基本操作系统类型 和新型操作系统 操作系统的功能和特征
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2
1.1 操作系统的基本概念
1.1.1 操作系统的定义
用户1 用户2 用户3
…
用户n
Word Photoshop IE
…
应用软件与部分系统软件
操作系统 (O perating System)
硬件(物理设备)
D elphi
计算机系统的组成
-
3
引入操作系统主要可完成以下两个方面的工作：
(1) 方便用户使用。 操作系统应该提供给用户一个良好的界面，用
户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地 使用计算机。 (2) 充分利用资源。
百万至 几百万次/
秒
各行各业
几百万至 千亿次/秒
典型 ENIAC UNIVACⅡ IBM360 ILLIAC-Ⅳ
机种 EDVAC IBM7094 PDP 11 VAX 11
IBM705 CDC6600 NOVA12 IBM PC
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00
9
1.2 操作系统的发展
一方面操作随着充分发挥计算机硬件性能的要求不断发展,另 一方面它也促进了计算机硬件种类的扩充,使计算机体系结构 不断改进,功能越来越强大.
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12
CPU执行: 程序A 程序B 程序C 调度程序
I/O请求
I/O操作: I/O结束 A再调度 A完成
I/O请求
I/O结束 B再调度 B完成
I/O请求
T
图1-3 CPU与I/O并行图
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131Βιβλιοθήκη 2.3 基本操作系统类型1.批处理系统
用户不能直接干预作业的运行过程 作业提交之前用作业控制语言编制成作业说明书或作
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1.1.2 操作系统在计算机系统中的作用
1.对外职能——用户与计算机之间的接口
必须为用户提供良好的界面，使用户能够感觉 计算机是可用而且易用的。
2.对内职能——组织和管理计算机资源，充分 发挥资源的效能，提高利用率
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6
1.1.3 研究操作系统的几种观点 1.用户观点
2.资源管理的观点
计算机资源按性质分四类:CPU、内存、处部设备、信息文件
实时系统相对于其它操作系统来说，其优点是系统的 及时响应以及系统的可靠性。
业控制卡,与程序和数据一起提交给系统
引入多道程序后,批处理系统有以下特征:
(1) 多道性
(2) 无序性
(3) 调度性：作业从提交到运行完成需要经过两次调度，即
作业调度和进程调度。作业调度是指按照一定作业调度算法， 从后备作业队列中选择一个或几个作业调入内存。进程调度 是指按照一定进程调度算法，从在内存的进程中选择一个进 程，将处理机分配给它，使之执行。
1.2.1 问题的提出
1.速度问题 人工操作速度和处理机计算速度严重不匹配
2.作业差异
3.CPU与外部设备的充分利用
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10
1.2.3 解决办法 1.减少人工干预
批处理技术 作业执行序列、监督或管理程序、自动转换 联机批处理方式
计接 算口
机
卡片机
2.改善速度匹配 脱机批处理技术
计
输入/出设备
算
机
-
卫 星 机
终端
终端
序系统的一些技术特征，成为当
分时系统示意图
今的计算机操作系统主流
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3．实时系统
“实时”是指系统能够及时响应发生的外部事件(一般 为一些随机事件)，并以足够快的速度完成对事件的 处理。
为了保证程序可靠运行，系统应提供安全措施，比如 多级容错、硬件冗余等，避免因发生错误或丢失信 息而造成重大经济损失甚至导致灾难性的后果。
操作系统应该最大限度地发挥计算机系统资源 的使用效率，合理地组织工作流程，使得计算机资 源能为多用户共享。
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4
定义：操作系统是为了方便用户和提高计算机 的利用率，对计算机资源进行组织和管理的 程序集合。
用户 ——广义的概念，包括一般用户和软件开发人 员等；
资源——包括处理器、存储器、输入/输出设备等硬 件资源和程序与数据等软件资源。
机器语言 汇编语言
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
监控程序 高级语言
半导体存储 器
磁芯、磁鼓 磁带、磁盘
实时处理 操作系统
半导体存储 器
磁带、磁盘 光盘
实时/分时 处理网络操
作系统
应用 领域
运算 速度
科学计算
5000至 3万次/秒
科学计算 数据处理 过程控制
几十万至 百万次/秒
科学计算 系统设计等 科技工程领
N 插队 N
Y
资源够用 ? Y
分配
释放? Y
回收
N 出错处理
修改资源分配 状态表
图1-2 资源分-配与释放过程
8
年代
电子 器件
第一代 19461957
电子管
第二代 19581964
晶体管
第三代 19651970
集成电路
第四代 1971-现在
大规模集成 电路
存储 器
处理 方式
延迟线、 磁芯、磁鼓 磁带、纸带
11
3.实现多道程序系统
系统结构：以中央处理器为中心→主存为中心 中断技术和通道技术 通过软件技术使CPU和I/O设备并行工作——多道程序系统
多道程序系统——是指允许多个相互独立的程序 同时存在于内存中，而且处于同时运行的过程 中。各道程序轮流占用CPU，交替执行。
问题：如何共享资源、如何互斥和同步、如何提 高内存使用率、如何证程序安全
(2) 无交互能力。在作业提交后，用户不能与自 己的作业进行交互，不便于对作业的控制。
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2．分时系统
分时——就是多个用户对系统资源进行时间
上的分享。
微观上，每个用户作业轮
终端
终端
流运行一个时间片；宏观
计算
机接
口
上，多个用户同时工作，
终端
共享系统资源。
终端
分时系统作为多道程序系统的一
个典型代表，集中体现了多道程
对于操作系统来说，资源管理要做如下工作： (1) 对资源使用情况进行登记，这是资源管理的依据。 (2) 决定分配策略。 (3) 提供分配与回收算法。
3.进程观点
进程——分析计算机操作系统在处理过程中的基本对象，是系 统中的活动实体。
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请求分配资源队列
请求释放资源队列
按原则进入
Y
请求分配 ?
N
该资源可用 ?
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批处理系统，特别是多道批处理系统的主要优点 是资源利用率高和系统吞吐量大。
批处理系统的缺点主要体现在以下两个方面：
(1) 平均周转时间长。作业的周转时间是指从作 业进入系统开始，直到作业完成并退出系统为 止所经历的时间。在批处理系统中，由于作业 需要排队来依次进行处理，因而作业的周转时 间较长。
计算机操作系统
吴桂军 wugj@
参考书目:汤子瀛等著.计算机操作系统 西安电子科技大学出版社
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第一章 引论
本章要点 操作系统的定义 操作系统的发展过程及基本操作系统类型 和新型操作系统 操作系统的功能和特征
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1.1 操作系统的基本概念
1.1.1 操作系统的定义
用户1 用户2 用户3
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用户n
Word Photoshop IE
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应用软件与部分系统软件
操作系统 (O perating System)
硬件(物理设备)
D elphi
计算机系统的组成
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引入操作系统主要可完成以下两个方面的工作：
(1) 方便用户使用。 操作系统应该提供给用户一个良好的界面，用
户不必了解硬件和其它软件的细节，就可以方便地 使用计算机。 (2) 充分利用资源。