《计算机操作系统教程(第二版)》 第1章 计算机操作系统概述
《计算机操作系统》第1章 操作系统概述
《计算机操作系统》第1章操作系统概述在我们日常使用计算机的过程中，操作系统是那个默默工作却至关重要的幕后英雄。
它就像是一个大管家，有条不紊地管理着计算机的各种资源，让我们能够方便、高效地完成各种任务。
那么，究竟什么是操作系统呢？操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和协调计算机系统中各个部件的工作，为用户和应用程序提供一个方便、安全、高效的工作环境。
从最直观的角度来看，当我们打开计算机，首先映入眼帘的那个界面，比如 Windows 系统的桌面、Mac 系统的 Finder 等，就是操作系统为我们呈现的。
通过这个界面，我们可以启动各种应用程序，如浏览器、办公软件、游戏等。
而在这背后，操作系统在默默地做着大量的工作。
操作系统的主要功能可以概括为以下几个方面：首先是处理器管理。
计算机的中央处理器（CPU）是其核心部件，但在同一时间内，只能执行一个程序。
操作系统通过合理地分配 CPU 时间，让多个程序能够并发执行，从而提高计算机的利用率。
这就好像是一个调度员，安排不同的任务在合适的时间使用 CPU 资源。
其次是内存管理。
内存是计算机存储数据和程序的重要场所，操作系统要确保各个程序能够合理地使用内存空间，避免出现内存泄漏、内存不足等问题。
它就像是一个仓库管理员，精心安排着货物（数据和程序）在仓库（内存）中的存放位置。
然后是设备管理。
计算机系统中有各种各样的外部设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
操作系统要负责对这些设备进行有效的管理，包括设备的分配、驱动程序的加载等，让用户能够方便地使用这些设备。
文件管理也是操作系统的重要职责之一。
计算机中的文件众多，操作系统需要建立一套有效的文件系统，对文件进行存储、检索、更新、共享和保护。
这就像是一个图书管理员，管理着图书馆（计算机）中的大量书籍（文件）。
此外，操作系统还提供了用户接口，分为命令接口和图形接口。
命令接口允许用户通过输入命令来操作计算机，而图形接口则以直观的图形方式让用户与计算机进行交互。
操作系统原理与应用(第2版)课件第1章 操作系统概述课件
见P23 图1-7UNIX系统结构
17
1.8 UNIX系统的特点和结构
3、UNIX的结构
trap 用户层
用户程序
程序库
系统调用程序接口
核
心
文件系统
层
缓冲区管理
进程 控制 系统
进程通信 进程调度
字符设备 块设备 设备驱动
内存管理
硬件层
硬件
18
8
1.3 操作系统的结构 一、环境（外部结构）
OS的外部环境主要是指硬件、其他软件和用户（人）。 二、体系结构（内部结构） 在OS 的底层是对硬件的控制程序（即对资源的一些管理 程序），最上层是系统调用的接口程序。在OS内部还要 有进程、设备、存储、文件系统管理模块。
9
1.4 操作系统的分类 一、多道批处理系统
三、执行系统 优点：提高了系统的安全性、提高了系统的效率 缺点：主机时间的浪费仍然很严重 四、多道程序系统阶段 多道程序系统---就是能够控制多道程序并行的系统。 基本思想：是在内存里同时存放若干道程序，它们可 以并行运行，也可以交替运行。 特点：多道程序并行
5
1.2 什么是操作系统
一、概念 操作系统（OS）-----是管理计算机系统资源（硬件和软 件）的系统软件，它为用户使用计算机提供方便、有 效和安全可靠的工作环境。 补充说明: (1)从此定义上讲，操作系统是软件而不是硬件，但实 际上它是一个软、硬件结合的有机体。 (2)操作系统是系统软件而不是应用软件，但它与其他 系统软件不同。
11
1.4 操作系统的分类 五、区别
（1）分时系统与实时系统的区别 分时系统的目标是提供一种随时可供多个用户使用的通用性很强的系 统，用户与系统之间具有较强的交互作用或会话能力；分时系统对响 应时间的要求一般是以人能接受的程度为依据的，其响应的数量级通 常为秒。 实时系统大多是具有特殊用途的专用系统，它仅允许终端操作员访问 有限数量的专用程序，而不能书写或修改程序。
《计算机操作系统》课件
《计算机操作系统》 课件
REPORTING
目录
• 操作系统概述 • 进程管理 • 内存管理 • 文件系统 • 设备管理 • 操作系统安全与保护
PART 01
操作系统概述
操作系统的定义与功能
定义
操作系统是一组控制和管理计算机软硬件 资源、合理组织计算机工作流程以及方便 用户使用的程序的集合。
文件的逻辑结构是用户看到的文件组织形式，包括流式文件和记 录式文件两种。
文件的物理结构
文件的物理结构是文件在磁盘上的存储形式，包括连续文件、链 接文件和索引文件三种。
文件存储空间管理
操作系统需要有效地管理磁盘空间，包括空闲空间的管理和已分 配空间的管理。
文件访问控制
文件的访问权限
操作系统需要控制用户对文件的访问权限，包括读、写和执行三种 权限。
设备驱动程序的功能
设备驱动程序负责接收来自操作系统的指令，并 将其转化为设备可以理解的命令，从而控制设备 进行各种操作。
设备驱动程序的类型
根据不同的设备类型和操作系统，设备驱动程序 可以分为不同的类型，如硬盘驱动程序、显卡驱 动程序、声卡驱动程序等。
中断处理技术
01 02
中断的概念
中断是指计算机在执行程序过程中，由于出现某种特殊情况而暂停当前 程序的执行，转去执行处理该特殊情况的程序，处理完后再返回原程序 继续执行的过程。
PART 06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
操作系统安全的重要性
操作系统作为计算机系统的核心，其安全性直接关系到整个系统 的稳定性和数据的安全性。
操作系统面临的安全威胁
包括恶意软件、病毒、黑客攻击等，这些威胁可能导致系统崩溃、 数据泄露或损坏。
《操作系统原理与实践教程(第二版)》第1章：操作系统概论
1.1.3 操作系统的功能
(1) 内存分配
内存分配指的是为每道程序分配合适的内存空间，使其能在 运行期间将运行所需数据放置在内存指定区域，以保证CPU 能够顺利地获取指令并存取指定数据。 分配内存空间时应尽量提高内存空间的利用率，减少不可用 内存空间。此外还应能响应正在运行的程序发出的动态空间 申请，以便满足新增指令和数据对新空间的需求。 内存分配通常采用的方式有动态和静态两种方式。静态分配 方式指的是程序在装入内存时需要估计所需空间，一旦进入 内存开始运行，就不能再申请新的空间，也不能将该程序所 占空间“搬运”到其它位置。动态分配方式指的是尽管程序 装入内存时申请了一定的空间，但在程序运行期间还可以为 运行过程中所需的新的程序和数据再申请额外的空间，以满 足程序空间动态增长的需要。
有效性指的是OS应能有效地提高系统资源利用率和系统吞 吐量。 方便性指的是配置了OS后的计算机应该更容易使用。 这两个性有效和方便的特性是操作系统最重要的设计目标。 开放性指的是OS应遵循世界标准规范。 可扩展性指的是要提供对系统软硬件组成以及功能的扩充保 证。
1.1.5 操作系统的性能指标
操作系统性能的优劣显著地影响用户工作的效率 和成本，而衡量其性能优劣的指标有系统吞吐量、 资源利用率、响应速度等。
1.1.3 操作系统的功能
现代操作系统的主要任务就是维护一个优良的运 行环境，以便多道程序能够有序地、高效地获得 执行，而在运行的同时，还要尽可能地提高资源 利用率和系统响应速度，并保证用户操作的方便 性。 操作系统的基本功能
处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理。 友好的人机接口
1.1.3 操作系统的功能
1.1.3 操作系统的功能
(4) 虚拟设备
通过SPOOLing虚拟技术实现，该技术可将一台物 理设备虚拟为多台逻辑设备，每个用户使用一台逻 辑设备，即将独占的物理I/O设备交由多个用户共 享使用。 这种方法能够大大提高I/O速度，改善设备利用率， 对每个用户而言也感觉自身具有一台独享的物理设 备，改善了用户请求的响应感受。
计算机操作系统课件完整版
分配算法
首次适应算法、最佳适应 算法、最坏适应算法等， 用于决定如何为进程分配 内存空间。
虚拟内存技术原理及应用
虚拟内存概念
通过硬件和软件的结合 ，将物理内存和外存结 合起来，为用户提供比 实际物理内存大得多的 逻辑内存空间面 置换功能，实现虚拟内 存。
分布式操作系统
这种操作系统能够管理分布在不同地点的 计算机资源，支持分布式计算和协同工作 ，适用于构建和管理分布式系统。
分时操作系统
这种操作系统允许多个用户同时使用计算 机，每个用户都感觉自己独占了整个系统 资源。
网络操作系统
这种操作系统能够管理网络资源，提供网 络服务和支持网络通信，适用于构建和管 理计算机网络。
分布式系统特点和挑战
分布式系统特点
分布式系统由多台计算机组成，每台计算机都拥有独立的处理能 力和存储空间，计算机之间通过网络进行通信和协作。
分布式系统挑战
分布式系统面临着诸多挑战，如数据一致性、并发控制、容错处理 、安全性等。
分布式系统应用
分布式系统广泛应用于云计算、大数据处理、物联网等领域。
典型分布式操作系统案例分析
• 优先级调度策略：优先级调度策略是根据设备请求的优先级进行资源分配。优先级高的请求可以优先获得资源 ，而优先级低的请求则需要等待。这种策略的优点是可以满足紧急或重要请求的需求，但缺点是可能导致低优 先级请求长时间得不到处理。
06
用户界面与交互设计
用户界面基本要素和原则
用户界面基本要素
包括窗口、菜单、图标、按钮等，这些 要素是用户与计算机进行交互的基础。
网络协议栈概述
网络协议栈是一组按照特定层次结构排列的网络协议集合，用于实 现不同计算机系统之间的通信。
计算机操作系统(第二版)考试要点
计算机操作系统知识点概要第一章操作系统概论1.一个计算机系统由两部分构成：系统硬件和系统软件。
系统硬件是指构成计算机系统所必须配置的全部设备。
软件系统是一个计算机系统必须配置的程序和数据的集合。
系统硬件和系统软件统称为计算机系统资源。
2.操作系统层是硬件层的第一次扩充，语言处理程序是操作系统层的扩充。
3.操作系统的任务就是如何管理这些资源，操作系统的首要任务是跟踪资源的使用情况，提高系统资源利用率。
4.资源管理器的作用是：跟踪资源状态，分配资源，回收资源，保护资源。
5.人们将计算机系统资源划分为四大类：处理器，存储器，I/O 设备和信息（程序和数据）。
针对这四大类资源，可以为操作系统建立相应的四类管理器：处理器管理器，存储管理器，设备管理器和信息管理器（通常指文件系统）。
6.操作系统是控制和管理计算机系统的硬件和软件资源，合理地组织计算机工作流程及方便用户使用的程序和数据的集合。
7.通常多道程序设计是指在主存中同时存放多道用户作业，使它们都处于执行的开始点和结束点之间。
8.多道程序设计技术的出现，得到了来自计算机硬件的两方面支持：中断系统和通道技术。
9.中断指的是：①对异步或例外事件的一种响应；②这一响应自动地保存CPU状态以便将来重新启动；③自动转入中断处理系统。
10.通道又称I/O处理机，它能完成主存和外设之间的信息传输，并与中央处理器并行操作。
11.一个CPU的主存可以连接若干通道，一个通道可以连接若干台个控制器，一个控制器又可以连接若干台设备，即所谓四级连接。
12.CPU与通道之间的关系是主从关系，CPU是主设备，通道是从设备。
13.多道程序设计的主要目的是充分利用系统的所有资源且尽可能地让它们并行操作。
14.为实现多道程序设计，必须妥善解决三个问题：⑴存储保护和地址重定位。
⑵处理机管理和调度。
⑶资源的管理和分配。
15.多道程序设计的特点：⑴多道，即主存中有两道或两道以上的程序，它们都处于执行的开始点和结束点之间，也就是说，它们在任意一时刻必处于就绪、运行、阻塞三种状态之一。
计算机操作系统第1章课件.ppt
程序D I/O 请求 程序D
(b) 四道程序运行情况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2)宏观上并行 (3) 微观上串行。
第一章 操作系统引论
3. 多道批处理系统的优缺点 (1) 资源利用率高。 (2) 系统吞吐量大。 (3) 平均周转时间长。 (4) 无交互能力。
第一章 操作系统引论
2) (1) 硬实时任务(hard real-time task)。系统必须满足任 务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。 (2) 软实时任务(Soft real-time task)。它也联系着一个 截止时间， 但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间， 对系统产生的影响也不会太大。
第一章 操作系统引论
3. 进程通信
在多道程序环境下，为了加速应用程序的运行，应在系统 中建立多个进程，并且再为一个进程建立若干个线程，由这些 进程(线程)相互合作去完成一个共同的任务。而在这些进程(线 程)之间，又往往需要交换信息。例如，有三个相互合作的进 程， 它们是输入进程、计算进程和打印进程。输入进程负责 将所输入的数据传送给计算进程；计算进程利用输入数据进行 计算， 并把计算结果传送给打印进程；最后，由打印进程把 计算结果打印出来。进程通信的任务就是用来实现在相互合作 的进程之间的信息交换。
第一章 操作系统引论
1. 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
开始
还有 下 一个 作业？
否
停止
是 把下一个作业的源 程序 转换为 目标程 序
是
源程 序
有错 吗？
否
运行 目标 程序
教学课件 计算机操作系统原理(第2版)-王万森
操作系统 计算机硬件（裸机）
1.1.2 操作系统的资源管理观点
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设备以及信息（数据和程 序）。相应地，OS的主要功能也正是针对这四类资源进行有效的管理，即： 处理机管理， 用于分配和控制处理机；存储器管理，主要负责内存的分 配与回收；I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵；文件管理，负责文 件的存取、共享和保护。可见，OS确是计算机系统资源的管理者。
2. 网络操作系统
网络操作系统是配置在计算机网络系统上操作系统。 网络操作系统是使网络上各计算机能方便而有效地共享 网络资源，并为网络用户提供所需的各种服务的软件和 有关规程的集合。
网络操作系统应具有通用操作系统所具有的处理及 管理、存储管理、设备管理和文件管理外，还应具有高 效可靠的网络通信能力和各种有效的网络服务。
(1) 及时接收。 (2) 及时处理。
3. 分时系统的特征
(1) 多路性。 (2) 独立性。 (3) 及时性。 (4) 交互性。
1.3.3 实时系统
所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统(Real-Time System)是指系统能 及时(或即时)响应外部事件的请求，在规定的时间内完成对该事件的处理，并控 制所有实时任务协调一致地运行。
在虚拟处理机技术中，是通过多道程序设计技术，让多道程序并发 执行的方法，来分时使用一台处理机的。此时， 虽然只有一台处理机， 但它能同时为多个用户服务，使每个终端用户都认为是有一个CPU在专 门为他服务。亦即， 利用多道程序设计技术，把一台物理上的CPU虚拟 为多台逻辑上的CPU，也称为虚拟处理机，我们把用户所感觉到的CPU 称为虚拟处理器。
操作系统原理及应用(Linux)(第二版)第1章 操作系统概论
第1章 操作系统概论
早期的批处理分为联机批处理和脱机批 处理两种。 1. 联机批处理 操作员把一批作业装到输入设备上（纸 带输入机/卡片阅读机），然后由监督程序控 制把这批作业输入到磁带上，之后在监督程 序的控制下，使这批作业一个接一个的连续 执行，直至磁带上的所有作业运行完毕。
26
第1章 操作系统概论
式：单道程序顺序执行，多道程序并发执行。
13
第1章 操作系统概论
单道程序顺序执行：要执行的多个程序按一定 次序依次执行，一个程序运行完毕才能运行下一个 程序，即在一个程序运行期间不插入运行其他程序。 这种运行方式的优点是实现简单，不需要在多个进 程之间进行转换；缺点是资源利用率低。 多道程序并发执行：在内存中同时存放多道程 序，按一定策略调度多道程序交叉运行，形成“微 观上串行、宏观上并行”的情况。这使得处理机和 设备可以并行工作，当某个进程在进行输入输出操 作时，可以同时有另一个进程在处理机上进行计算。
第1章 操作系统概论
第1章 操作系统概论
本章学习目标 本章主要讲解操作系统的基本知识。 通过本章学习，读者应该掌握以下内容： • 操作系统的功能和地位 • 操作系统的发展过程 • 操作系统的特征 • 操作系统的结构
1
教学内容
1.1 操作系统的地位 1.2 操作系统的功能 1.3 操作系统的发展过程 1.4 操作系统的特性 1.5 操作系统的体系结构 1.6 LINUX 介绍 本章小结
5
第1章 操作系统概论
编 辑
编 译
连 接
运 行
源程序
目标程序
可执行程序
6
第1章 操作系统概论
以上作业的工作流程要由用户按自己 的需求进行控制，因此要提供给用户控制 作业工作流程的手段，这是由操作系统提 供的，称为作业级接口。作业级接口由一 组用户可直接使用控制作业运行的命令和 命令解释器构成。该接口又可进一步分为 联机用户接口和脱机用户接口。
计算机操作系统ppt课件
contents •计算机操作系统概述•进程管理•内存管理•文件系统•设备管理•用户界面与交互性支持•网络操作系统简介目录01计算机操作系统概述定义与功能定义管理计算机资源提供用户界面组织计算机工作流程发展历程及分类发展历程分类操作系统与硬件/软件关系与硬件关系与软件关系02进程管理进程概念及状态转换进程定义01进程状态02进程控制块（PCB）03先来先服务（FCFS ）优先级调度时间片轮转（RR ）短作业优先（SJF ）进程调度算法进程同步与通信机制信号量机制消息传递机制管道通信共享内存机制03内存管理内存空间分配方式连续分配方式非连续分配方式允许一个程序分散地装入到不相邻的内存分区中，包括基本分页存储管理、基本分段存储管理和段页式存储管理。
虚拟内存技术原理及应用虚拟内存技术原理虚拟内存技术应用内存保护机制界限寄存器保护访问控制列表硬件保护键04文件系统文件概念及类型划分文件概念文件是计算机中存储数据的基本单位，通常是一组相关数据的集合，可以包含文本、图像、音频、视频等多种形式的数据。
类型划分根据文件的性质和用途，可以将其划分为不同类型，如文本文件、二进制文件、图像文件、音频文件、视频文件等。
文件组织结构文件逻辑结构文件的逻辑结构是指用户从逻辑上看到的文件组织形式，包括流式文件和记录式文件两种。
流式文件以字节为单位进行组织，而记录式文件则以记录为单位进行组织。
文件物理结构文件的物理结构是指文件在存储设备上的存放方法，包括连续文件、串联文件和索引文件三种。
连续文件将文件信息按顺序连续存放在磁盘上；串联文件将文件信息分散存放在磁盘上，通过指针链接；索引文件则通过建立索引表的方式来管理和访问文件。
文件的访问权限是指用户对文件的读、写和执行等操作的许可权。
操作系统通常提供了一套机制来控制不同用户对文件的访问权限，以保障系统的安全性和数据的保密性。
访问权限常见的文件访问权限控制方法包括自主访问控制（DAC ）、强制访问控制（MAC ）和基于角色的访问控制（RBAC ）。
2024版全套课件《操作系统原理教程(第二版)
全套课件《操作系统原理教程(第二版)contents •操作系统概述•进程管理•内存管理•文件管理•设备管理•现代操作系统新技术目录01操作系统概述定义操作系统是一组控制和管理计算机软硬件资源、合理组织计算机工作流程以及方便用户使用的程序的集合。
功能提供用户与计算机硬件系统之间的接口；管理系统资源；提供软件的开发与运行环境。
早期操作系统实时操作系统网络操作系统和分布式操作系统个人计算机操作系统分时操作系统批处理操作系统手工操作方式、脱机输入/输出方式。
单道批处理系统、多道批处理系统。
具有交互性、多用户同时使用一台计算机、用户感觉独占计算机。
实时性、高可靠性。
网络资源共享、分布式处理。
单用户多任务、图形用户界面。
个人计算机操作系统分时操作系统按时间片轮转方式，将CPU 分配给多个终端用户。
网络操作系统控制和协调网络中计算机的运行，提供网络通信、资源管理、网络服务、网络管理、互操作等功能。
分布式操作系统统一管理和调度网络中的资源，实现资源的共享和协同工作，为用户提供透明、一致的使用界面。
自动、顺序、成批地处理作业。
批处理操作系统实时操作系统对随机发生的外部事件做出及时响应并对其进行处理。
提供丰富的应用程序接口和图形用户界面，支持多任务处理和多媒体功能。
02进程管理进程的概念与状态进程的定义进程是操作系统中进行资源分配和调度的基本单位，它是程序的执行过程，具有动态性、并发性、独立性、异步性和结构性等基本特征。
进程的状态进程在其生命周期内会经历多种状态，如创建状态、就绪状态、运行状态、阻塞状态和终止状态等。
这些状态之间会根据特定的条件进行转换。
进程控制块PCBPCB的定义进程控制块PCB是操作系统中用于描述进程状态和特性的数据结构，它是进程存在的唯一标识。
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。
其中，进程标识符用于唯一标识一个进程；处理机状态记录了进程在执行时的寄存器信息；进程调度信息用于支持操作系统的进程调度功能；进程控制信息则包含了进程的状态、优先级和资源需求等信息。
全套课件 《计算机操作系统教程(第二版)》
返回首页
1.1.1 存储程序式计算机的结构 与特点
• 存储程序式计算机模型的基本方案是，如 要使计算机能够自动地计算，必须有一个 存储器用来存储程序和数据；同时要有一 个运算器，用以执行指定的操作；有一个 控制器，以便实现自动操作；另外，辅以 输入/输出部件，以便输入原始数据和输出 计算结果。于是形成了现代计算机的基本 组成形式。如图1.1所示。
返回本节
1.1.3 作为资源管理的操作系统
• 从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用户提供基 本的方便的接口，这是一种自顶向下的观点或是自内向外 的观点。但是从用户向机器的观点或自底向上的观点来看， 操作系统则用来管理一个复杂计算机系统的各个部分。现 代计算机包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来看，操作 系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、 存储器以及其他I/O接口设备的分配。
返回本节
1.2 Байду номын сангаас作系统的发展历史
• 1.2.1 无操作系统的计算机 • 1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及
执行系统 • 1.2.3 分时系统 • 1.2.4 实时系统 • 1.2.5 网络操作系统与分布式操作系统
返回首页
1.2.1 无操作系统的计算机
• 人工操作方式有以下两个缺点： • （1）用户独占全部计算机系统资源。 • （2）CPU等待人工操作。用户进行装带（卡）、
• 批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的缓输入与 缓输出，但也有很多缺点。例如，为了实现主机与外设的 并行操作，引入了卫星机或微机专门负责I/O操作；当主 机与高速外存通讯时，其过程仍由主机控制。
计算机操作系统第1章
③ 系统从磁盘的输入井中挑选作业并将它们装入内存， 然后使它们在处理机上执行，称此阶段为作业的执行；
④ 作业执行结束后， 系统收回资源， 取出作业执行结 果， 这一阶段称为作业的完成。
微内核
包括文 件、目录 和进程 管理
(a)
Netwo rk (b)
图 1.8 强内核和微内核
第一章 操作系统概论
微内核与强内核相比具有以下优点： (1) 灵活性。 (2) 开放性。 (3) 可扩充性。
第一章 操作系统概论
1.4.2 传统的操作系统结构设计模式
从操作系统结构设计观点来看，早期的操作系统，主 要是单(处理)机操作系统，在结构设计方法上采用以下三 种设计模式：
控制器
设备 D
通道
控制器
设备 E
设备 F
控制器
设备 G
设备 H
图 1.3 单通路I/O系统
第一章 操作系统概论
3. CPU和通道的通信 CPU与通道之间的关系是主从关系。CPU是主设备， 通道是从设备。采用通道方式实现数据传输的过程如下：
(1) 当运行的程序要求数据传输时，CPU向通道发I/O指 令，
第一章 操作系统概论
1.5.1 单用户(微机)操作系统
用户
键盘命 令
用户程 序
命令处 理程序 文件管 理系统 输入输 出接口模 块
引导程 序
基本输 入输出系 统
裸机
图
MS-DOS的 结 构
硬件
1.11 MS-DOS
第一章 操作系统概论
1.5.2 批处理系统
① 用户首先准备好作业， 然后提交给系统， 称此阶段 为作业的提交；
计算机操作系统课件-第一章
虚拟内存技术原理
虚拟内存的基本概念
虚拟内存是一种内存管理技术，它允 许程序使用比物理内存更大的地址空 间。虚拟内存通过将程序的一部分装 入内存，其余部分留在磁盘上，从而 扩大了程序的可用地址空间。当程序 访问不在内存中的页时，会发生页面 中断，操作系统会将所需的页从磁盘 调入内存。
请求分页存储管理方 式
管理设备资源，实现设备共享 设备驱动程序分类
字符设备驱动程序
设备驱动程序作用及分类
块设备驱动程序 网络设备驱动程序
中断处理过程
中断请求
中断响应
中断处理
中断返回
设备发出中断请求信号
CPU响应中断，保存现 场信息
执行中断服务程序，进 行相应处理
恢复现场信息，继续执 行原程序
缓冲技术和DMA传输方式
文件备份是指将重要的文件复制到其他存储 介质上，以防止文件丢失或损坏。文件恢复 是指当文件丢失或损坏时，可以通过备份文 件或其他手段将其恢复到原来的状态。
06 设备驱动程序和I/O控制
设备驱动程序作用及分类
设备驱动程序作用 提供设备控制功能，实现I/O操作
屏蔽硬件细节，提供统一接口
设备驱动程序作用及分类
最近最久未使用（LRU）算法
这是一种常用的页面置换算法，它选择最近最长时间未被访问的页面进行置换。这种算法 可以较好地反映程序的局部性原理，但是实现起来比较复杂，需要记录每个页面的访问时 间。
最优（OPT）算法
这是一种理论上的最优页面置换算法，它选择将来最长时间不会被访问的页面进行置换。 这种算法可以达到最低的缺页率，但是它是不可实现的，因为无法预知未来的页面访问情 况。
分布式操作系统
通过网络将物理上分散的多个计算机系统 互连起来，实现信息交换.资源共享.可相 互协作处理任务的操作系统。
计算机网络操作系统(第二版) 第1章 网络操作系统概述
1.2.4 Windows系列服务器产品(1)
Windows NT是Microsoft公司推出的最早的面 向局域网应用的网络操作系统。 2000年微软公司推出了Windows 2000，包括 专业版Windows 2000 Professional和服务器版 Windows 2000 Server。 2003年，微软发布了Windows Server 2003， 沿用了Windows 2000 Server的先进技术，改进诸 多重要功能，更易于部署、管理和使用，是适合任意 规模组织部署的服务器平台。
1.3 Windows Server 2008概述(1)
Windows Server 2008操作系统保留了 Windows Server 2003的所有优点，还引进 了多项新技术，如虚拟化应用、网络负载均衡 、网络安全服务等。
1.3.1 Windows Server 2008简介 (1)
Windows Server 2008不只是对先前操 作系统的提炼，还注入了新功能，并对新功能进 行了改进，促进应用程序、网络和Web服务从 工作组转向数据中心。 1、更强的控制能力 2、可靠的网络安全性 3、更大的灵活性
1.1.1 网络操作系统功能（1）
操作系统功能通常包括：处理机管理、存储器管 理、设备管理、文件系统管理，以及为了方便用户使用 操作系统向用户提供的用户接口。网络操作系统除了提 供上述本地主机资源管理和用户接口等基本功能外，其 主要任务是提供网络服务和网络资源管理，以及网络用 户与服务器之间的接口，实现基于网络的用户远程访问 能力。
目前，应用比较广泛具有代表性的网络操作系统 产品主要包括：UNIX（表示一类，包括一些大型机 、小型机等的专用操作系统）；由UNIX派生的自由 软件Linux；Novell公司的Netware；Microsoft公 司的Windows NT Server、Windows 2003 Server和Windows Server 2008等。
计算机操作系统教程课件计算机操作系统概述
云操作系统的特点
云操作系统具有资源池化、弹性伸缩、计费计量等特点， 能够提供高效、安全的云计算环境。
云操作系统的应用场景
云操作系统广泛应用于各种云计算场景，如公有云、私有 云、混合云等，为各类企业提供全面的云计算解决方案。
恶意软件
通过安装杀毒软件、定期更新病毒库和加强用户 教育，防范病毒、木马等恶意软件的入侵。
网络攻击
加强网络监控，及时发现并应对网络钓鱼、拒绝 服务攻击等常见网络攻击手段。
社交工程
开展用户安全教育，提高用户对社交工程攻击的 防范意识，避免泄露敏感信息。
06
操作系统的未来发展
云计算和云操作系统
云计算的发展趋势
作用
操作系统的主要作用包括资源管理、进程调度、内存管理、文件系统管理、用 户界面和网络通信等。
发展历程
• 早期操作系统：在计算机发展的早期，操作系统主要用于管理计算机硬件资源，例如CPU、内存、磁盘等。例 如，多道程序系统和分时系统等。
• 单用户操作系统：随着计算机技术的发展，出现了单用户操作系统，例如DOS、Windows等。这些操作系统 主要面向个人用户，提供了一个友好的用户界面和简单的文件系统。
文件系统提供了权限控制机制， 不同用户对同一文件的访问权限
是不同的。
用户界面
命令行界面
用户通过终端或命令行界面与操作系统进行交互，执行各种 操作和命令。
图形用户界面
图形用户界面提供了直观友好的用户界面，使用户能够方便 地进行操作和交互。
03
操作系统的结构
简单结构
简单结构是最基本的操作系统 结构，也称为“无结构”或“ 原始结构”。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.1 存储程序式计算机 1.2 操作系统的发展历史 1.3 操作系统的基本概念 1.4 操作系统的逻辑模型 1.5 微机操作系统
本章学习目标
操作系统的作用 操作系统的发展 操作系统的特征与功能 多道程序设计的概念 操作系统的模型
1.1 存储程序式计算机
高
速
输入
磁
机
带
微机 主
输出设 备
高
机
速
磁
带
图1.4 脱机批处理系统
批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的 缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了 实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微 机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时， 其过程仍由主机控制。
所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信 号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。 在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点 继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后 ，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为 多道程序并发执行打下了基础。
脱机批处理系统控制作业的输入/输出过程是：利 用一台或几台微机或主机的卫星机，让它们从输 入机上读取用户程序，并输出到磁带上；主机空 闲时从输入磁带机上取作业运行，并把结果输出 到高速输出磁带机上；当微机或卫星机空闲时， 再控制向慢速外设上输出。
磁
用户 输入机
带
主
机 输出设备
图1.3 联机处理系统
返回本节
1.2 操作系统的发展历史
1.2.1 无操作系统的计算机 1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及
执行系统 1.2.3 分时系统 1.2.4 实时系统 1.2.5 网络操作系统与分布式操作系统
返回首页
1.2.1 无操作系统的计算机
人工操作方式有以下两个缺点： （1）用户独占全部计算机系统资源。 （2）CPU等待人工操作。用户进行装带（卡）、
在单道批处理系统中，内存中仅有一道作业，中 断和通道技术出现以后，虽然可以实现输入/输出 设备与中央处理机并行操作，但由于属于同一道 作业的可并发执行的进程不多，大多数进程是有 同步关系的，这使系统中仍有较多的空闲资源， 致使系统的性能较差。为了进一步提高资源的利 用率和系统对作业的吞吐量，在20世纪60年代中 期，引入了多道程序设计技术，由此而形成了多 道批处理系统。单道程序与多道程序的执行过程 如图1.5和图1.6所示。
1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点 1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统 1.1.3 作为资源管理的操作系统
返回首页
1.1.1 存储程序式计算机的结构与特点
存储程序式计算机模型的基本方案是，如 要使计算机能够自动地计算，必须有一个 存储器用来存储程序和数据；同时要有一 个运算器，用以执行指定的操作；有一个 控制器，以便实现自动操作；另外，辅以 输入/输出部件，以便输入原始数据和输出 计算结果。于是形成了现代计算机的基本 组成形式。如图1.1所示。
存
数据
储
运算器
程序和数据
器
数据
控制信号
指令
控制器
图1.1 存储程序计算机的组成
输入器ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ输出器
返回本节
1.1.2 作为扩展计算机功能的操作系统
一台完全无软件的计算机系统称为裸机，即便其 性能再强，相对于用户来讲，如果要面对计算机 的指令集、存储组织、I/O总线结构的编程则是十 分困难的。对于一般程序员也并不想涉足硬件编 程的种种具体细节，而希望针对数据结构抽象地 使用硬件。如果我们在裸机上覆盖一层I/O设备管 理软件，用户便可以利用这层I/O设备管理软件提 供给用户的接口来进行数据的输入和输出，那么 用户此时看到的计算机是一台功能强大、使用方 便的计算机，但实际上，计算机的硬件丝毫没有 变化，这样的计算机称为软件扩充的机器，或称 软件虚拟机。
批处理系统虽然实现了作业的自动选择、作业的 缓输入与缓输出，但也有很多缺点。例如，为了 实现主机与外设的并行操作，引入了卫星机或微 机专门负责I/O操作；当主机与高速外存通讯时， 其过程仍由主机控制。
所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信 号时，停止原来的工作，转去处理中断的事件。 在处理中断完成以后，主机又回到原来的工作点 继续工作。这样可以使用户程序的I/O申请完成后 ，主机能自动在原中断点之后继续运行，同时为 多道程序并发执行打下了基础。
分时系统与多道批处理系统相比，具有完全不同 的特征，由上所述可以归纳成以下几点：
（1）多路性：允许在一台主机上同时联接多台联 机终端，系统按分时原则为每个用户服务。
卸带（卡）等人工操作时，CPU这个系统最重要 的资源空闲。
用户 纸带、卡片
图1.2 手工操作计算机
计算机
返回本节
1.2.2 单道批处理系统与多道批处理系统及 执行系统
所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统 软件，在它的控制下，计算机能够自动地成批地 处理一个或多个用户的作业。
首先出现的是联机批处理系统。如图1.3所示。
返回本节
1.1.3 作为资源管理的操作系统
从作为机器功能扩充的观点看，操作系统是为用 户提供基本的方便的接口，这是一种自顶向下的 观点或是自内向外的观点。但是从用户向机器的 观点或自底向上的观点来看，操作系统则用来管 理一个复杂计算机系统的各个部分。现代计算机 包含处理器、存储器、时钟、磁盘、终端、网络 接口、打印机以及许多其他设备。从这个角度来 看，操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有 序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备 的分配。
图1.5 单道程序工作过程示意
图1.6 多道程序执行过程示意
在操作系统中引入多道程序设计技术以后 ，会使系统具有以下特征。
（1）多道性 （2）无序性 （3）宏观上并行、微观上串行 （4）调度性
返回本节
1.2.3 分时系统
分时技术是把处理机的时间分成很短的时 间片，这些时间片轮流地分配给各个联机 的各作业使用。如果某作业在分配给它的 时间片用完时仍未完成，则该作业就暂时 中断，等待下一轮运行，并把处理机的控 制权让给另一个作业使用。这样在一个相 对较短的时间间隔内，每个用户作业都能 得到快速响应，以实现人机交互。