操作系统课件 第一章 操作系统概述

1.2.2 操作系统的完善
– 多道批处理系统 – 分时系统 – 实时处理系统 – 通用操作系统
– 单用户操作系统
– 面向对象操作系统 – 嵌入式操作系统
– 智能卡操作系统
1.2.1 操作系统的产生
一、手工操作阶段 (20世纪40年代)
在手工操作阶段，典型的作业处理步骤如下: (1)将程序和数据通过手工操作记录在穿孔纸带上; (2)将程序纸带放到光电输入机上，再通过控制台开关启 动光电机将程序输入内存; (3)通过控制台开关启动程序由第一条指令开始执行; (4)运行结果在电传打印机上输出。
光电 计算机 穿孔卡片 卡片输入机 转换 打印输出 手工操作方式的缺点:
穿孔纸带
纸带输入机
结 果
(1)用户在其作业处理的整个过程中独享系统的全部资源; (2) 手工操作所需时间很长。 （人机矛盾）
二、批处理阶段 （ 20世纪50年代）
缩短手工操作时间，使作业到作业之间的过渡摆脱人的 干预, 实现自动化。成批处理经历了两个阶段: (1)联机批处理: （On-line Batch Processing） Job 1 Job 2 操作员 输入设备 … Job n 磁带 monitor
主机 I/O设备 I/O设备 …… I/O设备 运控部件 通道 …… 运控部件 通道
内存
假脱机(Spooling)：
作业由读卡机到存储区的传输以及运行结果由存储区到 打印机的传输由通道完成，这种方式既非联机，也非脱机， 称为“假脱机”或“伪脱机”。 优点：通道取代卫星机，免去了手工装卸磁带的麻烦。 执行系统阶段，Monitor常驻内存，是OS的初级阶段。
联机批处理的优点：
• 作业自动转换，大大缩短了手工操作时间。 • 出现了Monitor及相应软件的支持。
联机批处理的缺点：
作业由读卡机到磁带机的传输需要处理机完成, 由于设备的传输速度远低于处理机的速度 , 在 此传输过程中处理机仍会浪费较多时间。即I/O 设备与CPU直接相连，CPU(主机)浪费。 为克服联机批处理的缺点, 引入了脱机批处理。 基本思想是把输入/输出操作交给一个功能较为单纯 的卫星机去做，使主机从繁琐的输入输出操作中解 脱出来。
脱机批处理的优点：卫星机与主机分工明确，并行工作， 提高了CPU的利用率。 脱机批处理的缺点：单任务系统；人工拆装磁带。 批处理系统是操作系统的雏形。
三、执行系统阶段（Executive System 60年代初） 60年代初，硬件的重要进展：通道、中断技术 通道：（channel） 通道，也称I/O处理机，它具有自己的指令系统 和运控部件，可接受处理机的委托执行通道程 序，完成I/O操作。通道的I/O操作可与处理机的 计算工作完全并行，并在I/O操作完成时向处理 机发出中断请求。 中断： （Interrupt） 中断是指当主机接到某种外部信号(如I/O设备完 成信号)时，马上暂停原来的工作，转去处理这 一事件，处理完毕再回到原来的断点继续工作。
1.2.2 操作系统的完善
一、多道批处理系统( Multi-programming System 60年代初)
早期批处理系统，无论On-line还是Off-line，作业都一道 一道顺序执行，内存中任意时间内仅有一道作业。 为了提高效率，引入了多道程序设计技术，形成了多道 批处理系统。 工作原理：用户提交的作业都先放在外存上并排成一个 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。当一道作业因等待 I/O传输完成 等原因暂时不能运行时，系统可将CPU资源分配给另一个可 运行的作业。 优点：资源利用率高；系统吞叶量 ( 单位时间完成作业量 ) 大。 缺点：作业的平均周转时间长；无交互能力。
主机
汇编 编译
输出设备 连接
Байду номын сангаас
工作原理：操作员将若干作业合成一批 ,将其卡片依次 放到读卡机上,监督程序Monitor通过内存将这批作业传送到 磁带机上。输入完毕,监督程序开始处理这一批作业。它自 动将第一个作业读入内存,并对其进行汇编(或编译)、连接、 执行、输出。第一个作业处理完立即开始处理第二个作业, 如此重复,直至所有作业处理完,再处理第二批作业。
应用程序
库调用
系统库
系统调用
操作系统
机器指令
硬件(HAL)
系统库(lib)可调用 操作系统，执行硬 件指令。 应用程序可以调用 lib和操作系统，执 行硬件指令。
操作系统的地位: 操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软件， 是对硬件系统的第一次扩充。 OS在计算机系统中 占据着特殊重要的地位，其它所有软件都依赖于它 的支持，它是与硬件关系最密切的系统软件。
1.1 操作系统概念
1.1.1 操作系统地位 1.1.2 操作系统作用 1.1.3 操作系统定义

1.1.1 操作系统地位
硬件抽象层（HAL）之上 所有其它软件层之下

应用软件层
其它系统软件层
OS 硬件（HAL） 注意, 上图所示的层次关系具有穿透性：高层软件可调用 所有低于所在层次的软件,并可与硬件直接打交道。
(2) 脱机批处理（Off-line Batch Processing） 基本原理：待处理的作业由卫星机负责经读卡 机传送到输入磁带上，主机从输入磁带读入作业、 加以处理，并把处理结果送到输出磁带上，最后由 卫星机负责将输出磁带上的结果在打印机上输出。
纸带机 …… 卡片机 … 打印机 … 输入磁带 卫星机 输出磁带 主机
1.1.2 操作系统的作用

管理系统中的软硬件资源
从资源管理的观点，OS是计算机系统资源 的管理者，它负责管理和分配系统中的各种硬 件和软件资源，以保证系统的各种资源得以有 效利用。
—— CPU 、内存、设备、文件

为用户提供良好的界面 从用户的观点， OS为用户提供了一个友好 的界面，使用户无须关心计算机内部的实现细 节，从而更加方便灵活地使用计算机。 —— API、GUI (Graphic User Interface)
1.1.3 操作系统定义

操作系统是位于硬件层(HAL)之上、所有 其它软件层之下的一个系统软件，是管 理系统中各种软硬件资源、方便用户使 用计算机系统的程序集合。
1.2 操作系统的历史

1.2.1 操作系统的产生 1.2.3操作系统的发展
– 手工操作阶段 – 成批处理阶段 – 执行系统阶段 – 网络操作系统 – 分布式操作系统 – 多处理机操作系统