OS01-1绪论(补充内容)
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Os-1
– 周期性实时任务： – 非周期性实时任务：截止时间(deadline)，开始截止时间（最 晚开始时间）和完成截止时间（最晚完成时间） 目前的操作系统，通常具有分时、实时和批处理功能，又称作 通用操作系统。可适用于计算、事务处理等多种领域，能运行 在多种硬件平台上，如 UNIX系统、Windows NT等。－－通用 化、小型化
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
1.1.3 操作系统举例
• MS OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000 • UNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, AIX, Solaris, Linux • NOS: Novell Netware • RTOS: VxWorks, pSoS, Nucleus
• Linux内核代码报告：10%
– 要求：接口功能描述、数据结构分析、流程 图、代码注释）
第一章 绪论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的分类 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统的功能 1.6 操作系统的结构 1.7 常用的操作系统
1.1 什么是操作系统
1.3 操作系统的分类
操作系统分类主要讨论操作系统的内部特征。
1.3.1 批处理操作系统 1.3.2 分时操作系统 1.3.3 实时操作系统 1.3.4 多处理操作系统 1.3.5 网络操作系统 1.3.6 分布式操作系统 1.3.7 个人计算机操作系统
返回
1.3.1 批处理操作系统 (Batch Processing Operation System)
– 中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保 存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断点的现场并继续原 有任务 – 可处理算术溢出和非法操作码，死循环（利用时钟中断进行超时限 定）
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
1.1.3 操作系统举例
• MS OS: MS DOS, MS Windows 3.x, Windows 95, Windows NT, Windows 2000 • UNIX: BSD, SRV4, OSF1, SCO UNIX, AIX, Solaris, Linux • NOS: Novell Netware • RTOS: VxWorks, pSoS, Nucleus
• Linux内核代码报告：10%
– 要求：接口功能描述、数据结构分析、流程 图、代码注释）
第一章 绪论
1.1 什么是操作系统 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的分类 1.4 操作系统的特征 1.5 操作系统的功能 1.6 操作系统的结构 1.7 常用的操作系统
1.1 什么是操作系统
1.3 操作系统的分类
操作系统分类主要讨论操作系统的内部特征。
1.3.1 批处理操作系统 1.3.2 分时操作系统 1.3.3 实时操作系统 1.3.4 多处理操作系统 1.3.5 网络操作系统 1.3.6 分布式操作系统 1.3.7 个人计算机操作系统
返回
1.3.1 批处理操作系统 (Batch Processing Operation System)
– 中断处理过程：中断请求，中断响应，中断点（暂停当前任务并保 存现场），中断处理例程，中断返回（恢复中断点的现场并继续原 有任务 – 可处理算术溢出和非法操作码，死循环（利用时钟中断进行超时限 定）
OS-01-1绪论
返回
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力
“需求推动发展”
(1) 提高资源的利用率和系统性能：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：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） (3) 器件的发展：CPU的位宽度（指令和数 据）、快速外存 (4) 出现问题，解决问题
Abrahan Silberschatz,etc
Applied Operating System Concept
Abrahan Silberschatz,etc
参考教材
Mikey Williams Windows 2000 编程技术内幕 David A. Solomon, Windows NT 技术内幕 Windows操作系统原理 机械工业出版社 清华大学出版社 机械工业出版社
课程要求
• 期中论文： • 上机实验： • 期末考试： 10% 30% 60%
小论文要求
字数要求
– 3页纸 – 正文字数限制在 3000~4000字
格式要求
– 题目 – 学生姓名、学号、 电子邮件地址 – 正文 – 参考文献 * – 字体 正文 宋 小四
语言文字要求
– 简洁、流畅
风格要求
1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 手工操作 1.2.3 单道批处理系统(simple batch processing) 1.2.4 多道批处理系统(multiprogramming system) 1.2.5 分时系统(time-sharing system) 1.2.6 实时系统(real-time system) 1.2.7 通用操作系统 1.2.8 操作系统的发展
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力
“需求推动发展”
(1) 提高资源的利用率和系统性能：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：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） (3) 器件的发展：CPU的位宽度（指令和数 据）、快速外存 (4) 出现问题，解决问题
Abrahan Silberschatz,etc
Applied Operating System Concept
Abrahan Silberschatz,etc
参考教材
Mikey Williams Windows 2000 编程技术内幕 David A. Solomon, Windows NT 技术内幕 Windows操作系统原理 机械工业出版社 清华大学出版社 机械工业出版社
课程要求
• 期中论文： • 上机实验： • 期末考试： 10% 30% 60%
小论文要求
字数要求
– 3页纸 – 正文字数限制在 3000~4000字
格式要求
– 题目 – 学生姓名、学号、 电子邮件地址 – 正文 – 参考文献 * – 字体 正文 宋 小四
语言文字要求
– 简洁、流畅
风格要求
1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 推动操作系统发展的主要动力 1.2.2 手工操作 1.2.3 单道批处理系统(simple batch processing) 1.2.4 多道批处理系统(multiprogramming system) 1.2.5 分时系统(time-sharing system) 1.2.6 实时系统(real-time system) 1.2.7 通用操作系统 1.2.8 操作系统的发展
OS1操作系统概论
40
20
10
10
(b)
t 190 ms
通道2 通道1
C B
30 A
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(c)
t 180 ms
通道2 通道1
C B
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1
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40
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40
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20 1
t 186 ms
若采用多道方式运行(多个通道)这 三道程序，其程序运行时间关系如图 1.3(c)所示，总运行时间为:
件
第1章 计算机操作系统概论
本章重点
了解操作系统的结构：了解操作系统的地位 什么是操作系统 现代操作系统的特征、功能、类型 基本概念：批处理、多道程序设计、作业、任务
、进程和线程、接口、虚拟存储、文件。
1.1 操作系统的形成与发展 1.2 操作系统的基本概念 1.3 操作系统的结构 1.4 操作系统的硬件环境 1.5 当前主流操作系统简介
卡 片 阅 读 机
IBM 1401
早期批处理系统
磁带机
机印打
IBM 7094
IBM 1401
输入磁带
输出磁带
Operating System2 4
单道批处理系统的处理流程：
1.1.4 多道程序设计技术
过去，内存中只能存放一个用户作业在其中运 行。那么CPU等待传输数据的过程中，仍然因无工 作可做而处于空闲状态。
我们也可以从以下3个方面来理解操作系统的概念
(1) 从用户使用角度来看： 既可以直接用命令控制 ，也可以通过系统编程调用。
OS01
网络工程系 曾令明
1.2 操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统
3.分时操作系统工作方式 一台主机连接了若干个终端
每个终端有一个用户在使用
交互式的向系统提出命令请求 系统接受每个用户的命令 采用时间片轮转方式处理服务请求 并通过交互方式在终端上向用户显示结果
用户根据上步结果发出下道命令
网络工程系 曾令明
系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系 统、编译„. 应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计 算、事物管理
网络工程系 曾令明
1.1 操作系统的目标和作用
2.计算机系统的层次结构
图 1.1 计算机系统的层次结构
网络工程系 曾令明
1.1 操作系统的目标和作用
3.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
4.多道批处理需要解决的问题 (1) 处理机管理问题。
(2) 内存管理问题。
(3) I/O设备管理问题。
(4) 文件管理问题。
(5) 作业管理问题。
网络工程系 曾令明
1.2 操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 满足用户如下需求：
(1) 人—机交互
计算机操作系统
主讲教师：曾令明 邮箱：zlm@
网络工程系 曾令明
序
言
网络工程系 曾令明
为什么学习操作系统
设计操作系统或者修改现有的系统 存在人们意识不到的大量“操作系统” （如:嵌入式系统） 加深对使用的OS的理解，有利于深入编 程用户为了开发应用程序必须与操作系统 打交道 编程时借鉴操作系统的设计思想和算法 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推 广应用到其他领域 选择购买操作系统 因我们并不总使用Win98/NT/2000/XP
1.2 操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统
3.分时操作系统工作方式 一台主机连接了若干个终端
每个终端有一个用户在使用
交互式的向系统提出命令请求 系统接受每个用户的命令 采用时间片轮转方式处理服务请求 并通过交互方式在终端上向用户显示结果
用户根据上步结果发出下道命令
网络工程系 曾令明
系统软件：管理计算机本身的操作。如操作系 统、编译„. 应用软件：提供给用户进行解题。如，科学计 算、事物管理
网络工程系 曾令明
1.1 操作系统的目标和作用
2.计算机系统的层次结构
图 1.1 计算机系统的层次结构
网络工程系 曾令明
1.1 操作系统的目标和作用
3.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
4.多道批处理需要解决的问题 (1) 处理机管理问题。
(2) 内存管理问题。
(3) I/O设备管理问题。
(4) 文件管理问题。
(5) 作业管理问题。
网络工程系 曾令明
1.2 操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生 满足用户如下需求：
(1) 人—机交互
计算机操作系统
主讲教师：曾令明 邮箱：zlm@
网络工程系 曾令明
序
言
网络工程系 曾令明
为什么学习操作系统
设计操作系统或者修改现有的系统 存在人们意识不到的大量“操作系统” （如:嵌入式系统） 加深对使用的OS的理解，有利于深入编 程用户为了开发应用程序必须与操作系统 打交道 编程时借鉴操作系统的设计思想和算法 操作系统中所用的许多概念和技巧可以推 广应用到其他领域 选择购买操作系统 因我们并不总使用Win98/NT/2000/XP
OS01 操作系统概论.ppt
低下。 其特点：手工操作、独占使用。
第14页
共61页
1.2.2 简单的批处理系统
20世纪50年代后期～60年代中期 有一个监控程序常驻内存。 操作员将多个作业按序成批地放在一个输入设
备上。
监控程序自动控制输入设备先送入磁带或磁鼓 等设备，再一次装入内存一道作业，并启动作 业运行，运行完毕，再装入下一道作业。
4. 现代操作系统，陈向群等译，机械工业出版社
5. 操作系统学习指导与习题解析，张丽芬等编
第2页
共61页
操作系统课程的特点： 理论性强：包含大量的抽象概念 涉及面广（硬件软件的体系结构、并发 程序，程序设计方法，软件工程，等）
课程学习形式 主讲，习题课，书面作业
考试形式：期末笔试
3
操作系统是做什么的？
终 端
终 端
终 端
终 端
主机
第26页
终 端
共61页
1.2.4 分时系统
分时：多用户分时使用CPU的时间。将CPU 的 单位时间(如1秒钟)划分成若干个时间片。
分时系统[又叫做交互式的多用户系统]
第27页
共61页
分时系统的特点
同时性：若干用户同时使用一台计算机。
独立性：每个用户占有一台终端，彼此独 立操作，互不干扰。
单向调用关系：上层的软 件必须以事先约定的方式 调用下层软件或硬件提供 的服务。称这种约定为接 口。
第7页
应用程序 实用程序 操作系统
硬件
共61页
操作系统：是紧挨着硬件的第一层软件， 为其他软件提供基础的运行环境。
实用程序：支持其他软件编制和维护的软 件。如编译程序、编辑程序、命令解释器
应用程序：特定应用领域专用的软件。由 用户或专门的软件公司编制，用于解决用 户的实际问题，如数据库管理软件、计算 机辅助设计、航空订票系统、银行管理系 统。
第14页
共61页
1.2.2 简单的批处理系统
20世纪50年代后期～60年代中期 有一个监控程序常驻内存。 操作员将多个作业按序成批地放在一个输入设
备上。
监控程序自动控制输入设备先送入磁带或磁鼓 等设备，再一次装入内存一道作业，并启动作 业运行，运行完毕，再装入下一道作业。
4. 现代操作系统，陈向群等译，机械工业出版社
5. 操作系统学习指导与习题解析，张丽芬等编
第2页
共61页
操作系统课程的特点： 理论性强：包含大量的抽象概念 涉及面广（硬件软件的体系结构、并发 程序，程序设计方法，软件工程，等）
课程学习形式 主讲，习题课，书面作业
考试形式：期末笔试
3
操作系统是做什么的？
终 端
终 端
终 端
终 端
主机
第26页
终 端
共61页
1.2.4 分时系统
分时：多用户分时使用CPU的时间。将CPU 的 单位时间(如1秒钟)划分成若干个时间片。
分时系统[又叫做交互式的多用户系统]
第27页
共61页
分时系统的特点
同时性：若干用户同时使用一台计算机。
独立性：每个用户占有一台终端，彼此独 立操作，互不干扰。
单向调用关系：上层的软 件必须以事先约定的方式 调用下层软件或硬件提供 的服务。称这种约定为接 口。
第7页
应用程序 实用程序 操作系统
硬件
共61页
操作系统：是紧挨着硬件的第一层软件， 为其他软件提供基础的运行环境。
实用程序：支持其他软件编制和维护的软 件。如编译程序、编辑程序、命令解释器
应用程序：特定应用领域专用的软件。由 用户或专门的软件公司编制，用于解决用 户的实际问题，如数据库管理软件、计算 机辅助设计、航空订票系统、银行管理系 统。
1-1os概念及其目标
第一章 操作系统引论 4．计算机体系结构的不断发展 计算机体系结构的发展，也不断推动着OS的发展并产 生新的操作系统类型。 单处理机系统-〉单处理机OS 多处理机系统-〉多处理机OS 计算机网络后-〉网络操作系统（管理网络中的共享资 源，向用户提供了许多网络服务）
第一章 操作系统引论
第一台PC的诞生
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的接口 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。
图1-1 OS作为接口的示意图
第一章 操作系统引论 (1) 命令方式 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 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。 (3) 图形、窗口方式 图形、窗口方式。这是当前使用最为方便、最为广泛 的接口，它允许用户通过屏幕上的窗口和图标来实现与操作 系统的通信，并取得它的服务。
第一章 操作系统引论 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的利用率 在计算机发展的初期，形成了能自动地对一批作业进行 处理的多道批处理系统 多道批处理系统。 多道批处理系统 在20世纪60和70年代，又分别出现了能有效提高I/O设备 和CPU利用率的SPOOLing系统 系统和改善存储器系统利用率的 系统 虚拟存储器技术， 虚拟存储器技术 在网络环境下，在服务器上配置了允许所有网络用户访 文件系统和数据库系统 问的文件系统 数据库系统 文件系统 数据库系统。
第一章 操作系统引论
OS01_OS介绍
IBM无法写出同时满足互冲突需要的操作系统 IBM无法写出同时满足互冲突需要的操作系统 其实别人也一样不能完成这项工作任务 OS/360文件系统中有类型字段 文件系统中有类型字段， IBM OS/360文件系统中有类型字段，定义文 件的类型，有定长、不定长记录、 件的类型，有定长、不定长记录、块状和非 块状文件 存储管理有基地址寄存器寻址方式， 存储管理有基地址寄存器寻址方式，程序也 可以访问和修改基地址寄存器，但是CPU CPU生成 可以访问和修改基地址寄存器，但是CPU生成 的却是绝对地址， 的却是绝对地址，虽然不用进行动态再分配 但程序却被钉死在调入内存时的物理地址上
第一章 绪论 2011-6-24 21
UNIX的诞生 的诞生
1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，Ken 1969年 在贝尔退出MULTICS研制项目后， MULTICS研制项目后 Thompson和 Thompson和Dennis M. Ritchie 想申请经费买计算 机从事操作系统研究， 机从事操作系统研究，但多次申请得不到批准 项目无着落，他们在一台无人用的PDP PDP项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，重新 摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行” MULTICS项目上设计的 摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行”游 戏 为了使游戏能够在PDP 上顺利运行， PDP为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开 发了浮点运算软件包、显示驱动软件， 发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件 系统、实用程序、 系统、实用程序、shell 和汇编程序 到了1970 1970年 在一切完成后， 到了1970年，在一切完成后，给新系统起了个同 MULTICS发音相近的名字 发音相近的名字UNIX MULTICS发音相近的名字UNIX 22 1973年 UNIX用C语言全部重写。 1973年，UNIX第一章 绪论 用 语言全部重写。 2011-6-24
第一章 绪论 2011-6-24 21
UNIX的诞生 的诞生
1969年，在贝尔退出MULTICS研制项目后，Ken 1969年 在贝尔退出MULTICS研制项目后， MULTICS研制项目后 Thompson和 Thompson和Dennis M. Ritchie 想申请经费买计算 机从事操作系统研究， 机从事操作系统研究，但多次申请得不到批准 项目无着落，他们在一台无人用的PDP PDP项目无着落，他们在一台无人用的PDP-7上，重新 摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行” MULTICS项目上设计的 摆弄原先在MULTICS项目上设计的“空间旅行”游 戏 为了使游戏能够在PDP 上顺利运行， PDP为了使游戏能够在PDP-7上顺利运行，他们陆续开 发了浮点运算软件包、显示驱动软件， 发了浮点运算软件包、显示驱动软件，设计了文件 系统、实用程序、 系统、实用程序、shell 和汇编程序 到了1970 1970年 在一切完成后， 到了1970年，在一切完成后，给新系统起了个同 MULTICS发音相近的名字 发音相近的名字UNIX MULTICS发音相近的名字UNIX 22 1973年 UNIX用C语言全部重写。 1973年，UNIX第一章 绪论 用 语言全部重写。 2011-6-24
OS第1章操作系统引论(MR)
分布式系统与计算机网络系统的区别
(1)操作系统的统一性： 分布式OS是在各机上统一建立的“OS同质”， 直接管理CPU、存储器和外设；统一进行全系 统的管理； 网络通常容许异种OS互连，各机上各种服务 程序需按不同网络协议“协议同质”。 (2)并行性： 分布式OS可以将一个进程分散在各机器上并 行执行“进程迁移”；
上述批处理系统，每次只调用一个用户作 业程序进入内存并运行，称为单道运行。
●
多道程序设计
多道程序设计是指让多个程序同时进入计算 机的主存储器进行计算 Nhomakorabea28
多道批处理系统
多道程序系统
30
多道程序系统特点
多道性 宏观上并行 微观上串行
单道
内存 使用 作业 次序
多道
每次多个作业 (充分利用内存) 无确定次序
参 考 书 籍
Operating Systems 操作系统 Gary Nutt 机械工业出版社 ISBN:7-111-16378-8
参 考 书 籍
操作系统 宗大华等 编著 人民邮电出版社 ISBN: 9787115202178
计算机操作系统 方敏等 西安电子科技大学出版社 ISBN:7-5606-0195-2
33
1.4.1 批处理操作系统
现代操作系统大都具有多道批处理功能。多道程序并发执行 的基本思想是：在内存中同时存放多道程序，在操作系统的控制 下交替执行。在多道批处理系统中，用户提交的作业都先存放在 外存中并排成一个队列，称为后备队列，然后由作业调度程序按 一定的策略从后备队列中选择若干作业调入内存，使它们并发运 行，从而共享系统中的各种资源，提高资源利用率，最终提高系 统吞吐量。
22
1.3.1 早期批处理
OS01_1
第一章 绪论
2011-6-24
2
软件工程的含义 软件工程是指运用系统的、 软件工程是指运用系统的、规范的和可定量 的方法，来开发、运行和维护软件； 的方法，来开发、运行和维护软件； 或者说，是采用工程的概念、原理、 或者说，是采用工程的概念、原理、技术和 方法，来开发与维护软件， 方法，来开发与维护软件，其目的是为了解 决在软件开发中所出现的编程随意、 决在软件开发中所出现的编程随意、软件质 量不可保证以及维护困难等问题。 量不可保证以及维护困难等问题。
第一章 绪论
2011-6-24
7
为使OS具有较清晰的结构， 为使 具有较清晰的结构，将OS按其功能划 具有较清晰的结构 按其功能划 分为若干个具有一定独立性和大小的模块。 分为若干个具有一定独立性和大小的模块。 每个模块具有某方面的管理功能， 每个模块具有某方面的管理功能，如进程管 理模块、存储器管理摸块、 设备管理模块 理模块、存储器管理摸块、I/O设备管理模块 和文件管理模块等， 和文件管理模块等，并规定好各模块间的接 使各模块之间能通过该接口实现交互； 口，使各模块之间能通过该接口实现交互；
第一章 绪论
2011-6-24
9
第一章 绪论
2011-6-24
10
3. 分层式 结构 分层式OS结构
有序分层的基本概念 从改进设计方式上说， 从改进设计方式上说， 我们可以从物理机器 开始， 开始，在其上面先添加一层具有一定功能的 软件A1，由于A1是建立在完全确定的物理机 软件 ，由于 是建立在完全确定的物理机 器上的， 器上的，在经过精心设计和几乎是穷尽无遗 的测试后，可以认为A1是正确的 是正确的； 的测试后，可以认为 是正确的；然后再在 AI上添加一层新软件 ，……，如此一层一 上添加一层新软件A2， 上添加一层新软件 ， 层地自底向上增添软件层， 层地自底向上增添软件层，每一层都实现若 干功能，最后总能构成一个能满足需要的OS。 干功能，最后总能构成一个能满足需要的 。
1.0绪论
1.2.3 1.2.4 1.2.5 1.2.6 多道程序系统（60年代初） 多道程序系统（60年代初） 年代初 分时操作系统（60年代中 年代中） 分时操作系统（60年代中） 实时操作系统（60年代中 年代中） 实时操作系统（60年代中） 通用操作系统
11
1.2.7操作系统的进一步发展 1.2.7操作系统的进一步发展 微机操作系统 多处理机操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 以史明鉴，不是为了谈论历史而谈论历史， 以史明鉴，不是为了谈论历史而谈论历史， 而是明白OS为什么是现在这个样子， OS为什么是现在这个样子 而是明白OS为什么是现在这个样子，以及 将来会是什么样子
27
优点： 优点： 资源利用率高。资源指CPU及设备。 资源利用率高。资源指CPU及设备。 CPU及设备 系统吞吐量大。系统吞吐量指系统在 系统吞吐量大。 单位时间完成的总工作量 缺点： 缺点： 作业平均周转时间长：短作业的周转 作业平均周转时间长： 时间显著增长
28
采用多道程序设计提高了效率， 采用多道程序设计提高了效率，即 多道程序设计提高了效率 增加了单位时间的算题量， 增加了单位时间的算题量，但对每 道程序来说，却延长了计算时间。 道程序来说，却延长了计算时间。 要解决的问题：资源的竞争（CPU、 要解决的问题：资源的竞争（CPU、 内存）、内存的保护等。 ）、内存的保护等 内存）、内存的保护等。
23
为了进一步提高资源的利用率和系统 对作业的吞吐量， 60年代中期 年代中期， 对作业的吞吐量，在60年代中期，引 入了多道程序设计技术， 入了多道程序设计技术，由此而形成 了多道批处理系统。 了多道批处理系统。
24
1.2.3 多道程序系统
操作系统发展史上革命性变革。 操作系统发展史上革命性变革。 多道程序设计技术： 在内存中放多道 多道程序设计技术 ： 程序, 程序 , 使它们在管理程序的控制下相念
11
1.2.7操作系统的进一步发展 1.2.7操作系统的进一步发展 微机操作系统 多处理机操作系统 网络操作系统 分布式操作系统 嵌入式操作系统 以史明鉴，不是为了谈论历史而谈论历史， 以史明鉴，不是为了谈论历史而谈论历史， 而是明白OS为什么是现在这个样子， OS为什么是现在这个样子 而是明白OS为什么是现在这个样子，以及 将来会是什么样子
27
优点： 优点： 资源利用率高。资源指CPU及设备。 资源利用率高。资源指CPU及设备。 CPU及设备 系统吞吐量大。系统吞吐量指系统在 系统吞吐量大。 单位时间完成的总工作量 缺点： 缺点： 作业平均周转时间长：短作业的周转 作业平均周转时间长： 时间显著增长
28
采用多道程序设计提高了效率， 采用多道程序设计提高了效率，即 多道程序设计提高了效率 增加了单位时间的算题量， 增加了单位时间的算题量，但对每 道程序来说，却延长了计算时间。 道程序来说，却延长了计算时间。 要解决的问题：资源的竞争（CPU、 要解决的问题：资源的竞争（CPU、 内存）、内存的保护等。 ）、内存的保护等 内存）、内存的保护等。
23
为了进一步提高资源的利用率和系统 对作业的吞吐量， 60年代中期 年代中期， 对作业的吞吐量，在60年代中期，引 入了多道程序设计技术， 入了多道程序设计技术，由此而形成 了多道批处理系统。 了多道批处理系统。
24
1.2.3 多道程序系统
操作系统发展史上革命性变革。 操作系统发展史上革命性变革。 多道程序设计技术： 在内存中放多道 多道程序设计技术 ： 程序, 程序 , 使它们在管理程序的控制下相念
OS01-概述
信息工程大学电子技术学院401教研室
第一章 操作系统概述
作业与思考题
1．操作系统作用？ 2．为什么说多道系统的产生标志着操作系统进入成熟阶段?
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.3 操作系统的发展过程
4.影响响应时间的主要因素 用户数目 时间片长度 对换速度 对换信息量
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.3 操作系统的发展过程
六、实时系统 实时控制系统 实时信息处理 特点： 同时性 独立性 交互性 及时性 高可靠性
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.4 操作系统的特征与功能
存储管理
2
1
处理机管理
3
功 能
4
设备管理 文件管理
5
用户接口
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.5 操作系统的结构设计
一、传统结构 1.无结构操作系统 2.模块化结构 模块内聚性 模块耦合性 3.有序分层结构
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.5 操作系统的结构设计
二、微内核结构 特征：1.客户机/服务器模式 2 .面向对象技术 3.微内核技术
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.2 操作系统的目标和作用
方 便
有
1
性
效 性
2
目 标
4
3
可 扩 充 性
开
放
性
信息工程大学电子技术学院401教研室
1.2 操作系统的目标和作用
二、作用
应用程序 系统实用程序 OS 用户
裸机
硬件的扩充 资源管理 用户接口
信息工程大学电子技术学院401教研室
目标要求与考核方法
第0章 课程介绍和前言
曙光2000和曙光4000超级计算机 曙光2000和曙光4000超级计算机 2000和曙光4000
信息处理研究所智能软件中心
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
大型机用作网络服务器
信息处理研究所智能软件中心
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
PDA和掌上电脑 PDA和掌上电脑
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
中国天河一号超级计算机
信息处理研究所智能软件中心
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
银河III和雷霆1000大型计算机 银河III和雷霆1000大型计算机 III和雷霆1000
信息处理研究所智能软件中心
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
用户告诉操作系统执行hello程序 用户告诉操作系统执行hello程序 hello 操作系统找到该程序， 操作系统找到该程序，检查其类型 检查程序首部， 检查程序首部，找出正文和数据的地址 文件系统找到第一个磁盘块 父进程需要创建一个新的子进程，执行hello程序 父进程需要创建一个新的子进程，执行hello程序 hello 操作系统需要将执行文件映射到进程结构 操作系统设置CPU上下文环境，并跳到程序开始处 操作系统设置CPU上下文环境， CPU上下文环境 程序的第一条指令执行，失败， 程序的第一条指令执行，失败，缺页中断发生 操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入， 操作系统分配一页内存，并将代码从磁盘读入，继续执行 更多的缺页中断， 更多的缺页中断，读入更多的页面
OS课程介绍和前言 第0 章 OS课程介绍和前言
小型机希瑞和丽台机HOST 小型机希瑞和丽台机HOST
OS01-1绪论(补充内容)
13
程序第1种启动方式：鼠标方式启动
简单 形象 免记 交互性强 操作有时比命令 方式慢
整理ppt
14
程序第2种启动方式：命令方式
命令方式是通过键入程序名(及参数)来启动程 序。 例如：C:>format a：或 #mkfs /dev/fd1 命令方式在不同OS下的不同体现：
LINUX、UNIX、DOS下：命令提示符与命令行 WINDOW下： 开始 运行：命令行窗口
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信息
整理ppt
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作：启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作：用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作：为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作：解决效率和安全问题
整理ppt
5
你知道操作系统不能做什么?
不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序
总之，操作系统不直接解决最终具体应用 问题，也不负责编译源程序...
整理ppt
6
1.1.2 操作系统是什么
操作系统为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全
应用软件
操作系统 裸机
整理ppt
用户程序
整理ppt
12
1.2.1 OS工作1：负责启动和结束程序
程序的六种启动方式（其中前4由OS负责提供）
1. 鼠标方式启动 2. 命令方式启动 3. 批方式启动 4. 程序中启动方式 5. 纯硬件启动方式 6. 自启方式（OS本身的启动方式）
程序的两种结束方式
1. 正常结束 2. 非正常结束
第1章绪论讲义--操作系统
1.4.5 用户接口
为用为：通过通信网络将物理上分布的具
有自治功能的计算机系统互连起来，实现信息交 换和资源共享，协作完成任务。
分布式系统与网络系统的区别：
（1）网络已制定了明确的通信网络协议体系结构及
一系列协议族，而各种分布式系统并没有制定标 准的协议。
（2）分布式系统要求一个统一的操作系统，实现系 统操作的统一性。
输入机
磁带机 主机
打印机
监督程序 系统程序
用户作业
27.03.2021
11
图1.3 监督程序管理下的解题过程
27.03.2021
12
联机批处理主要优点：解决了作业自动转接，减 少了作业建立和手工操作时间。
联机批处理存在问题：CPU 与I/O串行操作，输
入输出时，CPU处于等待状态， CPU的时间仍
27.03.2021
24
§ 1.3 操作系统的基本类型
操作系统的基本类型：
(1)批处理操作系统 (2)分时操作系统 (3)实时操作系统 (4)个人计算机操作系统 (5)网络操作系统 (6)分布式操作系统
可从硬件平台、硬件数量、资源共享、交 互与响应、通用专用、传统现代、多媒体、人 工智能等角度给操作系统分类。
手工（无）→单道批处理（有）→多道（批 处理、分时、实时）→通用
本课程主要内容：单机（CPU）多道系统原理
27.03.2021
8
1.2.1 手工操作阶段
1946年—50年代末：电子管时代，无操作系 统，用户既是程序员，又是操作员。上机完全 是手工操作。
特点：（1）计算机运算速度慢
（2）一个程序独占机器
27.03.2021
6
四、操作系统定义
1、引入操作系统的目的： （1）为用户提供良好的界面 （2）资源的管理者 （3）便于扩展新的服务和功能
为用为：通过通信网络将物理上分布的具
有自治功能的计算机系统互连起来，实现信息交 换和资源共享，协作完成任务。
分布式系统与网络系统的区别：
（1）网络已制定了明确的通信网络协议体系结构及
一系列协议族，而各种分布式系统并没有制定标 准的协议。
（2）分布式系统要求一个统一的操作系统，实现系 统操作的统一性。
输入机
磁带机 主机
打印机
监督程序 系统程序
用户作业
27.03.2021
11
图1.3 监督程序管理下的解题过程
27.03.2021
12
联机批处理主要优点：解决了作业自动转接，减 少了作业建立和手工操作时间。
联机批处理存在问题：CPU 与I/O串行操作，输
入输出时，CPU处于等待状态， CPU的时间仍
27.03.2021
24
§ 1.3 操作系统的基本类型
操作系统的基本类型：
(1)批处理操作系统 (2)分时操作系统 (3)实时操作系统 (4)个人计算机操作系统 (5)网络操作系统 (6)分布式操作系统
可从硬件平台、硬件数量、资源共享、交 互与响应、通用专用、传统现代、多媒体、人 工智能等角度给操作系统分类。
手工（无）→单道批处理（有）→多道（批 处理、分时、实时）→通用
本课程主要内容：单机（CPU）多道系统原理
27.03.2021
8
1.2.1 手工操作阶段
1946年—50年代末：电子管时代，无操作系 统，用户既是程序员，又是操作员。上机完全 是手工操作。
特点：（1）计算机运算速度慢
（2）一个程序独占机器
27.03.2021
6
四、操作系统定义
1、引入操作系统的目的： （1）为用户提供良好的界面 （2）资源的管理者 （3）便于扩展新的服务和功能
计算机操作系统OS_01
• 脱机输入输出（Off-Line I/O）方式 关键设备：外围机、磁带
输入设备 磁盘
外围机 主机
磁盘 磁盘
磁盘
外围机
输出设备
脱机I/O示意图 优点：减少CPU的空闲时间、提高I/O速度
2、单道批处理系统
• 把一批作业脱机输入到磁带上； • 系统配上监督程序（OS的雏形）； • 在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个的
• 对操作系统的描其述它系：统软件
是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对 硬件系统的首次扩操充作系。统
用户（应用程序）与裸机计算机硬件之间的接口。
第一节 操作系统的目标和作用
• OS的目标
有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 方便性：使计算机易学易用 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：遵循世界标准规范
• OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口
用户 应用程序 系统调用 命令 图形窗口方式
操作系统 计算机硬件
计算机系统资源的管理者 四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信 息（数据和程序） 四种功能：处理机管理、存储器管理、I/O 设备管理、文件管理
OS用作扩充机器 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或 虚机器。
连续得到处理； • 处理机使用权在监督程序和用户程序间转换。 • 系统对作业的处理是成批进行的，且在内存中始
终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。 • 特征：自动性、顺序性、单道性
3、多道批处理系统
• 内存中允许同时有多个用户程序存在 • 后备作业队列、作业调度程序调度运行 • 有I/O操作或完成作业时，调入另一个作业 • 形成源源不断的作业流
1、并发（Concurrence）
• 并行与并发：
输入设备 磁盘
外围机 主机
磁盘 磁盘
磁盘
外围机
输出设备
脱机I/O示意图 优点：减少CPU的空闲时间、提高I/O速度
2、单道批处理系统
• 把一批作业脱机输入到磁带上； • 系统配上监督程序（OS的雏形）； • 在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个的
• 对操作系统的描其述它系：统软件
是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对 硬件系统的首次扩操充作系。统
用户（应用程序）与裸机计算机硬件之间的接口。
第一节 操作系统的目标和作用
• OS的目标
有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 方便性：使计算机易学易用 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：遵循世界标准规范
• OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口
用户 应用程序 系统调用 命令 图形窗口方式
操作系统 计算机硬件
计算机系统资源的管理者 四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信 息（数据和程序） 四种功能：处理机管理、存储器管理、I/O 设备管理、文件管理
OS用作扩充机器 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或 虚机器。
连续得到处理； • 处理机使用权在监督程序和用户程序间转换。 • 系统对作业的处理是成批进行的，且在内存中始
终只保持一道作业，故称为单道批处理系统。 • 特征：自动性、顺序性、单道性
3、多道批处理系统
• 内存中允许同时有多个用户程序存在 • 后备作业队列、作业调度程序调度运行 • 有I/O操作或完成作业时，调入另一个作业 • 形成源源不断的作业流
1、并发（Concurrence）
• 并行与并发：
OS-01操作系统概述
分时系统
在分时系统中，多个用户可以通过终端同时访问系
统，由操作系统采用时间片轮转的办法，控制每个
用户以很短的时间 (例如0.2秒) 为单位交替执行。 由于计算机的速度很快，作业轮转的很快，用户感 觉就如独占计算机一样：从终端发出命令，系统响 应后立即返回结果。 时间片大小问题: T=n*t (T 为轮转周期,n为用户数,t为时间片)
第1章 绪论
• 计算机硬件的发展推动操作系统的发展，对于不断 发展的计算机硬件，操作系统必须能够进行有效的 管理和使用。
– – – – – – CPU 硬盘 内存 不同架构的主板 各种接口，各种类型的多媒体设备的使用 超导计算机、量子计算机、生物计算机、纳米计算机
第1章 绪论
• 操作系统的发展推动计算机硬件的发展，对于功能 不断强大和提供完善服务的操作系统，其对硬件的 要求也越来越高，对硬件的发展有反推动力。
责控制和管理计算机的硬件和软件资源，合理组织
计算机的工作流程，并作为用户/计算机的接口，使 用户尽可能方便地使用计算机。
第1章 操作系统概述
• 我们为什么要学习操作系统原理呢？ • 《操作系统原理》课程使计算机专业学生迈上的一 个重要台阶 – 从对计算机的基本了解上升到对整体系统的软件 和硬件体系的了解 – 操作系统始终是计算机科学与工程的一个重要的 研究和发展的领域
考核方法
• 平时作业成绩10% • 实验成绩30% • 期末考试60% • 考勤：旷课—扣2分/次；迟到早退—扣1分/ 次 总评成绩=平时成绩+实验成绩+期末成绩 考勤扣分
《操作系统原理》
实验说明
• 实验环境
– Windows XP Professional 操作系统
– Windows vista 操作系统
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7
硬件相关 应用无关
涉及物理地址、 设备接口寄存器、 设备接口缓冲区
代码量大，需硬 件知识
需随硬件的变化 而变化
提供所有应用 及用户共需的东 西
与应用无直接 关系
第一章 绪论
8
操作系统的定义
操作系统（operating system，简称 OS）是一个大型的程序系统，它负责计 算机的全部软、硬件资源的分配、调度 工作，控制并协调多个任务的活动，实 现信息的存取和保护。它提供用户接口， 使用户获得良好的工作环境。
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信息
第一章 绪论
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作：启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作：用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作：为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作：解决效率和安全问题
把现有的程序组合起来实现更复杂的功能
第一章 绪论
21
批方式的用途
自动批处理文件(放在根目录下或用户主目录下), 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作（见 例1）
启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复 杂的软件，简单方便，不必要求用户了解相应启 动步骤(装字库/启动程序/装输入法等）和参数 (见例2)
Windows的资源管理器 现代UNIX和LINUX提供上千条命令
第一章 绪论
52
1.2.4 OS工作4：解决效率和安全问题
操作系统采用了大量技术来提高机器效率和 人的效率，并确保安全问题
并发，多任务，多用户，分时 多道，虚存， 文件或设备的共享技术，链接，假脱机，等
这些技术将在以后各章中逐步学习
C:\UCDOS\KNL %2
C:\UCDOS\PY
C:\UCDOS\WB 启动SPDOS中文环境
CD\SPDOS
SPLIB/1
SPDOS
WBX
第一章 绪论
24
程序第4种启动方式：程序中启动方式
在一个程序中启动另一程序 如：编译器、并发程序设计、窗口程序等
第一章 绪论
25
程序中启动方式的工作过程
第一章 绪论
9
操作系统是以下系统程序的集成
用户程序的启动、中止
系统功能调用——用户程序运行过程中对
操作系统的调用 为常用基本操作提供实用程序 改善基本使用中的效率和安全问题
第一章 绪论
10
操作系统的目标和作用
OS的目标
方便性：使计算机易学易用、共享资源 有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：使应用程序具备可移植性和互操作性
开始 程序 命令提示符：命令行窗口
第一章 绪论
15
命令启动方式的工作过程
第一章 绪论
16
命令方式的特点
过去最常用的启动程序的方式 需记程序名和位置 交互性较强 有时操作比鼠标方式快
第一章 绪论
17
程序第3种启动方式：批方式
批方式是指将若干条命令放在一个文件中， 该文件可以在需要时象程序一样被启动执行 （命令方式或鼠标方式） 其执行过程是由计算机自动连续顺序地执行 该文件中的这组命令。
自启与自动批处理、独立程序启动方程序结束
正常结束 非正常结束
第一章 绪论
36
正常结束与非正常结束对比分析
解释
结束时机 结束处理 结束方式
正常结束
非正常结束
程序在按本身的逻 发生了某些预料
辑有效地完成预定功 之外的错误而导致
能后结束，或者预料之 程 序 在 没 有 完 成 预
第一章 绪论
18
批方式举例
批文件sh1的内容： cd /usr/man/man1 ls>/home/dragon/scls mjn=1 while test $mjn != 236 do mjflong=`head -n $mjn /home/dragon/scls|tail -n 1` mjf=`basename $mjflong \.2`
不同的系统调用用同一条SC指令,但 指令参数(功能号或寄存器)不同
第一章 绪论
47
2、系统调用指令的实现机制
CALL/RET指令内部执行过程 INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
48
CALL/RET内部执行过程(函数调用)
第一章 绪论
49
INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
50
man -S 2 $mjf|cat -s|head -n 2|tail -n 1 >>/home/dragon/sclist
mjn=$[mjn+1]
第一章 绪论
19
批方式的实现(通常由命令解释器实现)
第一章 绪论
20
批方式的特点
程序间可以连续执行，不经人工干涉。
命令可以设计成有顺序、分支和循环控制 的形式，称为作业控制语言，使程序可以 组合执行。
第一章 绪论
22
例1：自动批处理文件
MSDOS下自动批文件AUTOEXEC.BAT在开 机时命令提示符出现前自动执行。
path c:\dos prompt $p$g
第一章 绪论
23
例2：通过批文件启动中文环境
MSDOS下通过ucdos.bat文件启动一个中文环境。
C:\UCDOS\RD16 %1
第一章 绪论
53
1.3 从各种角度看OS
1.3.1 操作系统的结构 1.3.2 操作系统的接口（使用方式） 1.3.3 操作系统工作过程 1.3.4 操作系统的特点 1.3.5 操作系统的类型 1.3.6现代操作系统的特点
第一章 绪论
54
1.3.1 操作系统结构
整体式结构 层次式结构 虚拟机结构 客户服务器及微内核结构
42
为什么我很少接触系统调用?
高级语言程序员观点 通常仅汇编程序员才会接触到系统调用,而高 级语言程序员通常接触不到系统调用,只接触 库函数
第一章 绪论
43
函数与系统调用（OS）的层次关系
第一章 绪论
44
高级语言中对操作系统的“间接”调用
第一章 绪论
45
1.2.2.2 系统调用指令的实现及其特点
40
系统调用例（汇编程序员观点）：打印字符
程序段1:利用系统调用 程序段2:不用系统调用， 打印（用INT指令调用 而用IN/OUT指令直接读 DOS的功能来完成） 写打印机的接口寄存器
MOVE I,0 L1:MOVE I,I+1
MOVE AH,05H
CMP I,5
MOVE DL，Char
JNC L3
QQ 、 DOS 、 LINUX WINDOWS 、TURBO-C 、 WORD FOXPRO 、 UNIX 、 TURBO-ASM vi 、一个C语言源程序
第一章 绪论
3
目前常见操作系统
微软：Windows系列（以前MS-DOS） UNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD,
完成5个字符
INT 21H … Char DB '1'
MOVE A,I L2:IN ADDR1,B
OR B,BS JNC L2
状态寄存器 状态位选择码 未准备好
当INT返回时，输出已经完成
OUT ADDR2,A 输出,数据寄存器 JMP L1
L3:RET
第一章 绪论
41
系统调用的控制流程
第一章 绪论
系统调用的执行过程
第一章 绪论
38
1.2.2.1 系统调用的功能、作用和用法
系统调用就是用户程序对操作系统的调用。
例如打印、读写盘等工作
第一章 绪论
39
系统调用指令的功能列举
系统调用包括：
外存文件与目录的读写 各种I/O设备的使用 在一个程序中启动另一个程序 查询和统计系统资源使用情况 等等…
第一章 绪论
第一章 绪论
31
程序第6种启动方式：自启
自启方式是指由程序自已装入与启动自己
谬论乎？
第一章 绪论
32
自启方式的工作过程
第一章 绪论
33
自启方式的特点与作用
早期用的较多,现除OS外已基本不用
要求顺序连续存放，且位置固定 编程麻烦，操作麻烦，存放受限
所有操作系统都是自启程序
第一章 绪论
34
思考:
第一章 绪论
5
你知道操作系统不能做什么?
不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序
总之，操作系统不直接解决最终具体应用 问题，也不负责编译源程序...
第一章 绪论
6
1.1.2 操作系统是什么
操作系统为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全
应用软件
操作系统 裸机
第一章 绪论
用户程序
第一章 绪论
半序结构
57
虚拟机结构—— IBM VM/370
优点：
灵活方便，满足不同用户对机器的需求
缺点：
运行效率相对较低
进程 内核1
进程
3、系统调用指令特点(与子程序调用区别)
同一程序中不包含被调用的代码 调用地址不用写在程序中 由系统态/用户态的自动转换保证系统调用的 安全
第一章 绪论
51
1.2.3 OS工作3：为常用操作提供实用程序
常用基本操作：查看磁盘内容，文件复制， 文件删除与移动，目录建删等。 操作系统所提供的实用程序
13
程序第1种启动方式：鼠标方式启动
简单 形象 免记 交互性强 操作有时比命令 方式慢
硬件相关 应用无关
涉及物理地址、 设备接口寄存器、 设备接口缓冲区
代码量大，需硬 件知识
需随硬件的变化 而变化
提供所有应用 及用户共需的东 西
与应用无直接 关系
第一章 绪论
8
操作系统的定义
操作系统（operating system，简称 OS）是一个大型的程序系统，它负责计 算机的全部软、硬件资源的分配、调度 工作，控制并协调多个任务的活动，实 现信息的存取和保护。它提供用户接口， 使用户获得良好的工作环境。
OS的作用
用户与计算机硬件之间的接口 计算机系统资源的管理者
四类资源：处理器、存储器、I/O设备、信息
第一章 绪论
11
1.2 操作系统如何工作
1.2.1 OS的第1个工作：启动和结束程序 1.2.2 OS的第2个工作：用户程序对OS的调用 1.2.3 OS的第3个工作：为常用操作提供程序 1.2.4 OS的第4个工作：解决效率和安全问题
把现有的程序组合起来实现更复杂的功能
第一章 绪论
21
批方式的用途
自动批处理文件(放在根目录下或用户主目录下), 用来自动执行每次开机或登录时的例行工作（见 例1）
启动诸如中文环境这样的集成软件或一些参数复 杂的软件，简单方便，不必要求用户了解相应启 动步骤(装字库/启动程序/装输入法等）和参数 (见例2)
Windows的资源管理器 现代UNIX和LINUX提供上千条命令
第一章 绪论
52
1.2.4 OS工作4：解决效率和安全问题
操作系统采用了大量技术来提高机器效率和 人的效率，并确保安全问题
并发，多任务，多用户，分时 多道，虚存， 文件或设备的共享技术，链接，假脱机，等
这些技术将在以后各章中逐步学习
C:\UCDOS\KNL %2
C:\UCDOS\PY
C:\UCDOS\WB 启动SPDOS中文环境
CD\SPDOS
SPLIB/1
SPDOS
WBX
第一章 绪论
24
程序第4种启动方式：程序中启动方式
在一个程序中启动另一程序 如：编译器、并发程序设计、窗口程序等
第一章 绪论
25
程序中启动方式的工作过程
第一章 绪论
9
操作系统是以下系统程序的集成
用户程序的启动、中止
系统功能调用——用户程序运行过程中对
操作系统的调用 为常用基本操作提供实用程序 改善基本使用中的效率和安全问题
第一章 绪论
10
操作系统的目标和作用
OS的目标
方便性：使计算机易学易用、共享资源 有效性：提高系统资源的利用率和吞吐量 可扩充性：能适应硬件的发展，容易升级 开放性：使应用程序具备可移植性和互操作性
开始 程序 命令提示符：命令行窗口
第一章 绪论
15
命令启动方式的工作过程
第一章 绪论
16
命令方式的特点
过去最常用的启动程序的方式 需记程序名和位置 交互性较强 有时操作比鼠标方式快
第一章 绪论
17
程序第3种启动方式：批方式
批方式是指将若干条命令放在一个文件中， 该文件可以在需要时象程序一样被启动执行 （命令方式或鼠标方式） 其执行过程是由计算机自动连续顺序地执行 该文件中的这组命令。
自启与自动批处理、独立程序启动方程序结束
正常结束 非正常结束
第一章 绪论
36
正常结束与非正常结束对比分析
解释
结束时机 结束处理 结束方式
正常结束
非正常结束
程序在按本身的逻 发生了某些预料
辑有效地完成预定功 之外的错误而导致
能后结束，或者预料之 程 序 在 没 有 完 成 预
第一章 绪论
18
批方式举例
批文件sh1的内容： cd /usr/man/man1 ls>/home/dragon/scls mjn=1 while test $mjn != 236 do mjflong=`head -n $mjn /home/dragon/scls|tail -n 1` mjf=`basename $mjflong \.2`
不同的系统调用用同一条SC指令,但 指令参数(功能号或寄存器)不同
第一章 绪论
47
2、系统调用指令的实现机制
CALL/RET指令内部执行过程 INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
48
CALL/RET内部执行过程(函数调用)
第一章 绪论
49
INT/IRET指令内部执行过程
第一章 绪论
50
man -S 2 $mjf|cat -s|head -n 2|tail -n 1 >>/home/dragon/sclist
mjn=$[mjn+1]
第一章 绪论
19
批方式的实现(通常由命令解释器实现)
第一章 绪论
20
批方式的特点
程序间可以连续执行，不经人工干涉。
命令可以设计成有顺序、分支和循环控制 的形式，称为作业控制语言，使程序可以 组合执行。
第一章 绪论
22
例1：自动批处理文件
MSDOS下自动批文件AUTOEXEC.BAT在开 机时命令提示符出现前自动执行。
path c:\dos prompt $p$g
第一章 绪论
23
例2：通过批文件启动中文环境
MSDOS下通过ucdos.bat文件启动一个中文环境。
C:\UCDOS\RD16 %1
第一章 绪论
53
1.3 从各种角度看OS
1.3.1 操作系统的结构 1.3.2 操作系统的接口（使用方式） 1.3.3 操作系统工作过程 1.3.4 操作系统的特点 1.3.5 操作系统的类型 1.3.6现代操作系统的特点
第一章 绪论
54
1.3.1 操作系统结构
整体式结构 层次式结构 虚拟机结构 客户服务器及微内核结构
42
为什么我很少接触系统调用?
高级语言程序员观点 通常仅汇编程序员才会接触到系统调用,而高 级语言程序员通常接触不到系统调用,只接触 库函数
第一章 绪论
43
函数与系统调用（OS）的层次关系
第一章 绪论
44
高级语言中对操作系统的“间接”调用
第一章 绪论
45
1.2.2.2 系统调用指令的实现及其特点
40
系统调用例（汇编程序员观点）：打印字符
程序段1:利用系统调用 程序段2:不用系统调用， 打印（用INT指令调用 而用IN/OUT指令直接读 DOS的功能来完成） 写打印机的接口寄存器
MOVE I,0 L1:MOVE I,I+1
MOVE AH,05H
CMP I,5
MOVE DL，Char
JNC L3
QQ 、 DOS 、 LINUX WINDOWS 、TURBO-C 、 WORD FOXPRO 、 UNIX 、 TURBO-ASM vi 、一个C语言源程序
第一章 绪论
3
目前常见操作系统
微软：Windows系列（以前MS-DOS） UNIX：Solaris, AIX, HP UX, SVR4, BSD,
完成5个字符
INT 21H … Char DB '1'
MOVE A,I L2:IN ADDR1,B
OR B,BS JNC L2
状态寄存器 状态位选择码 未准备好
当INT返回时，输出已经完成
OUT ADDR2,A 输出,数据寄存器 JMP L1
L3:RET
第一章 绪论
41
系统调用的控制流程
第一章 绪论
系统调用的执行过程
第一章 绪论
38
1.2.2.1 系统调用的功能、作用和用法
系统调用就是用户程序对操作系统的调用。
例如打印、读写盘等工作
第一章 绪论
39
系统调用指令的功能列举
系统调用包括：
外存文件与目录的读写 各种I/O设备的使用 在一个程序中启动另一个程序 查询和统计系统资源使用情况 等等…
第一章 绪论
第一章 绪论
31
程序第6种启动方式：自启
自启方式是指由程序自已装入与启动自己
谬论乎？
第一章 绪论
32
自启方式的工作过程
第一章 绪论
33
自启方式的特点与作用
早期用的较多,现除OS外已基本不用
要求顺序连续存放，且位置固定 编程麻烦，操作麻烦，存放受限
所有操作系统都是自启程序
第一章 绪论
34
思考:
第一章 绪论
5
你知道操作系统不能做什么?
不做天气预报 不做房屋设计 不是编译程序
总之，操作系统不直接解决最终具体应用 问题，也不负责编译源程序...
第一章 绪论
6
1.1.2 操作系统是什么
操作系统为你完成所有
“硬件相关、应用无关”的工作 以给你方便、效率、安全
应用软件
操作系统 裸机
第一章 绪论
用户程序
第一章 绪论
半序结构
57
虚拟机结构—— IBM VM/370
优点：
灵活方便，满足不同用户对机器的需求
缺点：
运行效率相对较低
进程 内核1
进程
3、系统调用指令特点(与子程序调用区别)
同一程序中不包含被调用的代码 调用地址不用写在程序中 由系统态/用户态的自动转换保证系统调用的 安全
第一章 绪论
51
1.2.3 OS工作3：为常用操作提供实用程序
常用基本操作：查看磁盘内容，文件复制， 文件删除与移动，目录建删等。 操作系统所提供的实用程序
13
程序第1种启动方式：鼠标方式启动
简单 形象 免记 交互性强 操作有时比命令 方式慢