操作系统第1章

1.2.2
操作系统的发展过程—单道批处理时期
【单道批处理的特征】：
自动性:磁带上一批作业能自动逐个依次运行 顺序性:作业顺序进入内存,执行与完成的顺序和调入 的顺序完全相同。 单道性:内存中仅有一道程序,只有该程序完成或发生异 常时,才调入后继程序进入内存运行
【单道批处理的主要问题】：
程序方法论、软件工程等等）
3、错综复杂：纵横交错
操作系统是目前最复杂的软件系统之一。
勇于开始，才能找到成功的路
为什么学习操作系统
•加深对使用的操作系统的理解，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（比如微 内核、宏内核等） •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 •存在人们意识不到的大量“操作系统”（如:嵌入 式系统－家电、手机）
(3) I/O设备管理问题。
(4) 文件管理问题。
(5) 作业管理问题。
勇于开始，才能找到成功的路
相关习题
（97年高级程序员试题2）在有一台处理机CPU和两台输入 输出设备IO1和IO2，且能够实现抢先式多任务并行工作的多 道程序环境内，投入运行优行级由高到低的P１、P2、P3 三 个作业。它们使用设备的先后顺序和占用设备时间分别是： 作业P1:IO2(30ms),CPU(10ms),IO1(30ms),CPU(10ms) 作业P2:IO1(20ms),CPU(20ms),IO2(40ms) 作业P3:CPU(30ms),IO1(20ms) 在控制程序介入时间可以忽略不计的假设下，作业P1、P2、 P3 从投入到完成所用的时间分别是多少？三个作业从投入运 行到全部完成，CPU、IO1和IO2的利用率分别是多少？
勇于开始，才能找到成功的路
华罗庚说过：“学数学如果不做习题，就等于入宝山而空返。”
1. 计算机系统由___________和__________两部分组 成。 2. 操作系统是计算机系统的一种系统软件，它以尽 量合理、有效的方式组织和管理计算机的______， 并控制程序的运行，使整个计算机系统能高效地运 行。 3. 简述操作系统在计算机系统中的位置。 4. 判断： 系统初启引导过程不属于操作系统。
勇于开始，才能找到成功的路
单道批处理系统的主要问题 CPU和I/O设备使用忙闲不均（取决于当前作业 的特性）。
对计算为主的作业，外设空闲； 对I/O为主的作业，CPU空闲； 60年代中 ~ 70年代中（集成电路），利用多道批处理 提高资源的利用率。
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.3
操作系统的发展过程—多道批处理系统
3）多道批处理系统的优缺点： – <优>资源利用率高： – <优>作业吞吐量大：
– <缺>作业平均周转时间长：
– <缺>用户交互性差：
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.3
操作系统的发展过程—多道批处理系统
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。
SD
【主要矛盾】：
PRO
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
Professional Workstation 6000
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.1
操作系统的发展过程——无操作系统时期
2．脱机输入 /输出方式 （20世纪50磁盘 年代末） 输入设备 外围机
1· 1 操作系统的目标和作用
•监视这些资源
该资源有多少 （How much) 该资源在哪里 （Where) 该资源谁在使用 （Who‘s) 该资源有多少可分配 （How many is
free)
该资源使用历史 该资源状态如何
（When) （How)
•实施某种资源分配策略:谁有权获得？何时获得？获得多少？ •分配这种资源：按已定策略，对符合条件者分配资源
【批处理中的作业的组成】：
是
– 用户程序 – 数据 – 作业说明书（作业控制语言）
源程序 有错吗？ 否 装 配 目标程序
【批】：
– 供一次加载的磁带或磁盘，通常由若干个作业组装成，在 处理中使用一组相同的系统软件（系统带） 图1-4 单道批处理系统的处理流程
勇于开始，才能找到成功的路
运 行 目标程序
操作系统
教材：《计算机操作系统》第三版 汤子瀛等编著 西安电子科技大学出版社
指导教师：赵芳
办公室：主楼715
国内教材参考书
1 2
南京大学 孙钟秀院士
第四版
勇于开始，才能找到成功的路
国外教材参考书
1 2 3
操作系统概念第九版 国外经典操作系统教材
第六版 国外经典 Windows分析教材
国外经典UNIX教材
勇于开始，才能找到成功的路
第二节 操作系统的发展过程
1 2 3 4 5 6 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 微机操作系统的发展
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.1
操作系统的发展过程——无操作系统时期
1、手工操作方式（1946-50年代，电子管时代）
勇于开始，才能找到成功的路
课程要求
必须按时上课，勿迟到、早退、旷课，有事提前请假， 严禁玩手机； 课堂上：认真听讲，以听讲讨论为主，加以适当 笔记。 课后： • 做好预习，复习工作； • 必须认真、独立、按时完成作业和实验，且勿 抄袭！
勇于开始，才能找到成功的路
章节安排
☆第一章 操作系统引论
勇于开始，才能找到成功的路
学时与考核
课时
理论课56学时+实验课8学时
考核
期末闭卷60%： 平时成绩40% ：考勤、实验、课 堂表现 地点：主楼715 时间：
答疑
勇于开始，才能找到成功的路
课程的地位及特点
本课程地位 专业核心课程 考研核心课程 技术开发的理论基础 课程的特点 1、概念多、较抽象，其整体实现思想和技术难于理解 2、 涉及面广（计算机体系结构/硬件、数据结构、算法、
该技术是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)，在一台外围机的控制下，把纸带(卡 片)上的数据(程序)输入到磁带上。当CPU需要这些程序和 数据时，再从磁带上将其高速地调入内存。
主机
外围机
输出设备
图1-3
脱机I/O示意图
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.1
操作系统的发展过程——无操作系统时期
1、一个用户独占全部资源。CPU负责计算，也负责传 输,CPU与外设速度不匹配。 2、CPU与I/O串行资源利用率仍然很低。 3、用户与作业交互性差，作业执行时用户不能干预
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
操作系统的发展过程—执行系统时期
执行系统阶段（60年代初）：
发展了通道技术和中断技术，这些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。而这个时期又被称为执行系 统阶段。 借助于通道与中断技术，I/O工作可 以在主机控制之下完成。这时，原有的 监督程序不仅要负责调度作业自动地运 行，而且还要提供I/O控制功能(即用 户不能直接使用启动外设的指令，他的 I/O请求必须通过系统去执行)，它比 原有的功能增强了。这个发展了的监督 程序常驻主存，称为执行系统。
操作系统的发展过程—多道批处理系统
多道批处理系统（60年代末 ~ 70年代中，集成电路）
1）多道程序设计原理：
在计算机内存中同时存放几道相互独立的程序，它们在 管理程序的控制下相互穿插地运行，共享CPU和外设等资源。 宏观并行、微观串行。
2）多道程序设计的特征：
多道：同时存在两道或两道以上的程序处于执行的开始 点和结束点中间。 无序性：程序的执行顺序和进入顺序并不一定一致 调度性：作业完成需两次调度：作业调度和进程调度
1
有效性 方便性 可扩充性 开放性
2 3 4
勇于开始，才能找到成功的路
1·1 操作系统的目标和作用
4、操作系统的作用
从资源管理的观点——OS作为资源管理器：
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。归纳起来可将资源分为四类：
处理器 存储器 I/O设备 文件(数据和程序)。
勇于开始，才能找到成功的路
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.2
操作系统的发展过程——单道批处理时期
一个作业？
把下一个作业的 开始 是 年代中，晶体管） 单道批处理系统 （50 年代末-60 还有下 源程序转换为目
【方法】：
标程序
利用磁带把若干个作业分类编成作业执行序列，每个批 否 作业由一个专门的监督程序（Monitor）自动依次处理。可使 停止 用汇编语言开发。
•回收这种资源:使用完，对该资源进行回收，以备再使用
勇于开始，才能找到成功的路
1·1 操作系统的目标和作用
从软件分层、扩允机器的观点——虚拟机：
提供硬件的高层界面(虚拟机),取消硬件限制，扩充机器，使 计算机功能更强大，使用更方便
用户 用户 机器指令 物理接口 硬件 I/O操 作 命 令 (Read， Write)
勇于开始，才能找到成功的路
1.2.3
操作系统的发展过程—多道批处理系统
单道：
用户程序 I/O请求 启动I/O I/O完成 t A:I/O请求 A:I/O B:I/O请求 B:I/O C:I/O t
勇于开始，才能找到成功的路
I/O请求
监督程序
I/O操作
多道：
程序A 程序B A:完成
程序C
调度程序
1.2.3
【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 【工作方式】： 穿孔 程序员 – 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员；
– 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片；
【计算机的工作特点】：
卡片盒
– 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，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 程序员 后，手工卸取纸带或卡片；CPU利用率低；
勇于开始，才能找到成功的路
1·1 操作系统的目标和作用
2、操作系统的地位
（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）
终端用户 程序员 操作系统 设计者
应用程序 开发软件 操作系统 计算机硬件
计算机系统的层次结构
勇于开始，才能找到成功的路
1·1 操作系统的目标和作用
3、操作系统的设计目标
勇于开始，才能找到成功的路
3
4 5
1· 1 操作系统的目标和作用
CPU 存储器 输入/输出设备
1、什么是操作系统
？
操作系统
管理者
各种信息 任务
勇于开始，才能找到成功的路
1· 1 操作系统的目标和作用
1、什么是操作系统
操作系统是控制和管理计算机 硬件和软件资源，合理组织计算 机工作流程以及方便用户使用计 算机的程序集合。
☆ ☆ ☆第二章 进程管理 ☆ ☆ ☆第三章 处理机调度与死锁 ☆ ☆ ☆第四章 存储器管理
☆ ☆ 第五章 设备管理
☆ ☆ 第六章 文件管理
勇于开始，才能找到成功的路
第一章 操作系统引论
1 2
操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程 操作系统的基本特性 操作系统的主要功能 OS结构设计（了解自学 ）
何谓脱机？
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；反之，在主机的直接控制下进行输入 / 输出的方式称为联机 。
优点：
(1) 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高了I/O速度。
缺点：
作业切换手工操作，占用时间 用户独占全机的所有资源
操作系统 计算机硬件
编程更为容易，软件可移植性增强；使用更 为方便。
勇于开始，才能找到成功的路
1· 1 操作系统的目标和作用
5、推动操作系统发展的主要动力
操作系统发展的主要动力是用户的需求，并随着计 算机硬件技术、软件技术的发展而不断发展完善。 1）提高资源的利用率和系统性能： 2）方便用户： 3）硬件的发展：CPU的位宽度（指令和数据）、 快速外存、新硬件、新技术的出现等。 4）计算机体系结构的不断发展。
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
勇于开始，才能找到成功的路
1·1 操作系统的目标和作用
从服务用户的观点——OS用户与裸机间接口：
操作系统为方便用户使用计算机提供了三种访问 接口： 用 户 1）命令接口: 应用程序 2）系统调用接口: 3）图形、窗口接口： 系统调用 命令 图标、窗口
勇于开始，才能找到成功的路
当中断和通道技术出现 以后，I/O设备和中央处 理机可以并行操作，这 时程序的并行还受什么 限制？
中断和通道技术出现以后 ，并不能完全消除中央处 理机对外部传输的等待。
EG:一个作业在运行过程中依此输入N批数据。每 批输入1000个字符。输入机每输入1000个字符 需用1000ms，而处理机处理这些数据则需 300ms。处理机还要等待？