操作系统原理与实例分析第一章操作系统概述
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
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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
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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。
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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
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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。
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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。
《操作系统》课程教案
《操作系统》课程教案第一章：操作系统概述1.1 教学目标了解操作系统的定义、功能和作用掌握操作系统的基本组成和分类理解操作系统的历史和发展1.2 教学内容操作系统的定义和作用操作系统的组成：内核、shell、文件系统、设备驱动程序操作系统的分类：批处理系统、分时系统、实时系统、分布式系统操作系统的历史和发展1.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统的概念和发展历程通过实例分析，让学生了解操作系统的组成和作用开展小组讨论，比较不同类型的操作系统1.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统的定义、功能、组成和分类实例：Windows、Linux、macOS等操作系统的特点1.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统的概念和组成的掌握情况小组讨论：评估学生对不同类型操作系统的理解和分析能力课后作业：巩固学生对操作系统知识的学习第二章：进程管理2.1 教学目标了解进程的定义和作用掌握进程管理的基本方法和策略理解进程同步和互斥的概念2.2 教学内容进程的定义和作用进程管理的基本方法：进程调度、进程同步、进程互斥进程同步和互斥的实现：信号量、管程、事件等2.3 教学方法采用讲授法，介绍进程的定义和作用通过实例分析，让学生了解进程管理的方法和策略开展小组讨论，探讨进程同步和互斥的实现方式2.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：进程的定义、进程管理的方法和策略、进程同步和互斥的概念实例：进程调度算法、信号量的使用2.5 教学评估课堂问答：了解学生对进程的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对进程管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对进程同步和互斥知识的学习第三章：内存管理3.1 教学目标了解内存的定义和作用掌握内存管理的基本方法和策略理解内存分配和回收的原则3.2 教学内容内存的定义和作用内存管理的基本方法：分页、分段、虚拟内存内存分配和回收的原则：首次适应法、最佳适应法、最坏适应法3.3 教学方法采用讲授法，介绍内存的定义和作用通过实例分析，让学生了解内存管理的方法和策略开展小组讨论，探讨内存分配和回收的原则3.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：内存的定义、内存管理的方法和策略、内存分配和回收的原则实例：分页算法、分段算法、虚拟内存的实现3.5 教学评估课堂问答：了解学生对内存的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对内存管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对内存分配和回收知识的学习第四章：文件管理4.1 教学目标了解文件的定义和作用掌握文件管理的基本方法和策略理解文件系统的结构和组织方式4.2 教学内容文件的定义和作用文件管理的基本方法：文件的创建、删除、打开、关闭等文件系统的结构和组织方式：目录结构、文件存储方式、文件访问控制4.3 教学方法采用讲授法，介绍文件的定义和作用通过实例分析，让学生了解文件管理的方法和策略开展小组讨论，探讨文件系统的结构和组织方式4.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：文件的定义、文件管理的方法和策略、文件系统的结构和组织方式实例：Linux、Windows等操作系统中的文件管理4.5 教学评估课堂问答：了解学生对文件的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对文件管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对文件系统结构和组织方式知识的学习第五章：设备管理5.1 教学目标了解设备的定义和作用掌握设备管理的基本方法和策略理解设备驱动程序第六章：设备管理（续）5.2 教学内容设备驱动程序：概念、作用和实现方式设备管理的基本方法：设备分配、设备请求调度、设备控制设备管理的高级主题：I/O中断处理、DMA传输、虚拟设备5.3 教学方法采用讲授法，介绍设备驱动程序的概念和作用通过实例分析，让学生了解设备管理的方法和策略开展小组讨论，探讨设备管理的高级主题5.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：设备驱动程序的概念、设备管理的方法和策略、设备管理的高级主题实例：硬盘驱动程序、打印机驱动程序、I/O中断处理5.5 教学评估课堂问答：了解学生对设备驱动程序的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对设备管理方法和策略的理解能力课后作业：巩固学生对设备管理高级主题知识的学习第七章：操作系统用户界面7.1 教学目标了解操作系统的用户界面的定义和作用掌握操作系统用户界面的基本设计和实现方法理解图形用户界面(GUI)和命令行用户界面(CLI)的差异和优缺点7.2 教学内容用户界面的定义和作用用户界面的基本设计原则：用户友好性、易用性、可访问性GUI和CLI的设计和实现方法：窗口管理、事件处理、命令解析7.3 教学方法采用讲授法，介绍用户界面的定义和作用通过实例分析，让学生了解用户界面的设计和实现方法开展小组讨论，探讨GUI和CLI的差异和优缺点7.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：用户界面的定义、用户界面的设计和实现方法、GUI和CLI的差异和优缺点实例：Windows操作系统、Linux终端、macOS的Finder7.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统用户界面的定义和作用的掌握情况小组讨论：评估学生对用户界面设计和实现方法的理解能力课后作业：巩固学生对GUI和CLI差异和优缺点知识的学习第八章：操作系统安全8.1 教学目标了解操作系统安全的定义和重要性掌握操作系统安全的基本机制和策略理解操作系统的安全威胁和防护措施8.2 教学内容操作系统安全的定义和重要性安全机制：访问控制、身份验证、加密、审计安全策略：最小权限原则、安全分层模型、安全内核常见安全威胁：恶意软件、漏洞攻击、social engineering防护措施：防火墙、入侵检测系统、安全更新8.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统安全的定义和重要性通过实例分析，让学生了解安全机制和策略开展小组讨论，探讨安全威胁和防护措施8.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统安全的定义、安全机制和策略、安全威胁和防护措施实例：操作系统安全漏洞案例分析、安全防护工具的使用8.5 教学评估课堂问答：了解学生对操作系统安全的定义和重要性的掌握情况小组讨论：评估学生对安全机制和策略的理解能力课后作业：巩固学生对操作系统的安全威胁和防护措施知识的学习第九章：操作系统性能分析9.1 教学目标了解操作系统性能的定义和重要性掌握操作系统性能分析的基本方法和工具理解操作系统性能优化和调优的策略9.2 教学内容操作系统性能的定义和重要性性能分析方法：基准测试、模拟、监控和分析工具性能评价指标：响应时间、吞吐量、资源利用率性能优化策略：进程调度优化、内存管理优化、文件系统优化9.3 教学方法采用讲授法，介绍操作系统性能的定义和重要性通过实例分析，让学生了解性能分析方法和工具开展小组讨论，探讨性能优化和调优的策略9.4 教学资源教材：《操作系统原理与应用》课件：操作系统性能的定义、性能分析方法和工具、性能优化和调优的策略实例：操作系统性能监控工具（如top, vmstat）的使用、性能优化的案例分析重点和难点解析1. 操作系统的定义和作用：理解操作系统作为计算机系统核心组件的基本概念，以及它在资源管理、程序执行和用户界面方面的关键作用。
操作系统原理与应用解析
操作系统原理与应用解析第一章：操作系统的基本概念与组成1.1 操作系统的定义和作用1.2 操作系统的基本功能1.3 操作系统的组成结构1.4 操作系统与硬件的关系第二章：进程管理2.1 进程概念与特征2.2 进程控制块（PCB）的结构与功能2.3 进程调度算法2.4 进程同步与互斥2.5 进程通信机制第三章：存储管理3.1 存储管理的基本概念3.2 程序的装入与链接过程3.3 内存分配与回收策略3.4 虚拟存储技术的原理与实现3.5 页面置换算法及相关优化第四章：文件管理4.1 文件系统的概念与组织4.2 文件操作的基本功能4.3 文件目录结构与文件控制块（FCB）4.4 文件共享与保护机制4.5 文件系统的实现与优化第五章：设备管理5.1 设备管理的基本概念5.2 设备分配与指派策略5.3 中断与异常处理机制5.4 设备驱动程序的编写与调用5.5 设备性能监测与优化技术第六章：操作系统的应用6.1 操作系统在计算机系统中的地位与作用6.2 实时操作系统与嵌入式系统6.3 分布式操作系统与网络管理6.4 多核与并行计算操作系统6.5 操作系统的安全性与保护机制第七章：操作系统的发展与趋势7.1 早期操作系统的发展历程7.2 当前主流操作系统的特点与应用领域7.3 云计算与操作系统的关系7.4 操作系统的未来发展方向7.5 操作系统与人工智能的结合结语：本文通过对操作系统原理与应用的解析，对操作系统的基本概念、组成、进程管理、存储管理、文件管理、设备管理、操作系统的应用以及操作系统的发展与趋势等进行了详细介绍。
通过深入理解操作系统的原理与应用，可以更好地掌握计算机系统的核心技术，提高操作系统设计与开发的能力，为计算机科学与技术领域的进一步发展做出贡献。
最后，希望读者通过本文的阅读，对操作系统有更深入的认识，并能够将其应用于实际工作中。
第1章操作系统引论PPT课件
1.1.1 什么是操作系统 1.1.2 操作系统的地位 1.1.3 操作系统的功能
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1.1.1 什么是操作系统
我们都知道，一个计算机系统由系统软件组成，系统 硬件包括中央处理器（CPU）、内部存储器、输入/输出设 备等，系统软件包括操作系统、各种语言处理程序、系统 实用程序等。一台没有任何软件支持的计算机称之为裸机， 用户直接使用裸机来编制和运行程序是相当困难的，几乎 是不可能的。必须有计算机厂商提供的系统软件的支持， 计算机系统才能为用户程序提供一个良好的编制与运行环 境。因此，实际呈现在用户面前的计算机系统已是经过若 干层次软件改造的计算机。操作系统是直接控制和管理计 算机硬件、软件资源的最基本的系统软件，用以方便用户 充分、有效地利用资源并增强整个计算机的处理能力。
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还可使各种外围设备之间并行工作。即这种大、中、 小型计算机系统是以CPU 和I /O系统之间以及各I /O 设备之间尽可能地并行工作来组织硬件系统, 以换取 更高的性能/价格比的。微型计算机系统普遍采用总 线结构，以使扩充灵活、维护方便。CPU 通过系统总 线（含地址、数据和控制信息）与存储器、Ｉ/O接口 相连，各种外围设备通过Ｉ/O接口挂接到系统总线上。 例 如 ， IBMPC 和 PC/XT 微 型 计 算 机 使 用 的 标 准 PC 总 线 （62引脚）支持8位数据传输和20位地址，IBMPC/AT 微型计算机使用的扩展PC总线（62＋36引脚）支持16 位数据传输和24位地址在IBMPC系统微机中，是将接 口控制卡（适配器卡）插入机箱内的“Ｉ/Ｏ扩展槽” 与系统总线连接，Ｉ/Ｏ扩展槽也称为Ｉ/Ｏ通道，但 它实际上只是系统总线的延伸。
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操作系统原理与实例分析课件
磁盘调度与管理
磁盘调度
磁盘管理
06
实例分析：Linux操作系统
Linux操作系统的特点和结构
开放源代码 自由分发
支持多用户 强大的网络功能
Linux进程管理
进程的创建和管理
进程的状态
进程调度
Linux内存管理
虚拟内存
内存分配和释放
内存保护
Linux使用虚拟内存技术，将内 存分为内核空间和用户空间两 部分。用户空间可以访问虚拟 内存，但内核空间不能访问用 户空间的虚拟内存。
文件系统结构 文件类型 设备管理
07
实例分析：Windows操作系统
Windows操作系统的特点和结构
01
图形用户界面
02
多任务处理
03
多窗口管理
04
丰富的软件支持
Windows进程管理
进程定义与控制
线程调度 任务调度
Windows内存管理
分页与分段
01
内存分配与回收
02
内存保护
03
Windows文件系统与设备管理
Linux使用malloc()和free()函 数来分配和释放动态内存。动 态内存分配是在堆上进行的， 释放后需要手动释放内存。
Linux对内存进行了保护，每个 进程都有自己的内存空间，不 能访问其他进程的内存空间。 这样可以防止程序访问非法内 存地址，保证系统的安全性和 稳定性。
Linux文件系统与设备管理
文件的存储空间管理
存储空间分配
文件系统通常使用分配表或位图 来管理磁盘空间的分配。
存储空间优化
通过合理地组织和分配存储空间， 可以提高磁盘I/O性能和空间利 用率。
垃圾回收
《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。
操作系统原理教程-操作系统概述
1.2 操作系统的目标、作用与模型
1.2.1 操作系统的作用 1.2.2 操作系统的目标 1.2.3 操作系统的层次模型
1.2.1 操作系统的作用
操作系统是计算机硬件上加载的第一层软件，是对计算机硬件功能的首次扩 充。其他软件只有在操作系统的支持下，才能对计算机硬件工作。 操作系统的地位如图1-4所示。 操作系统是一种重要的系统软件。计算机硬件加上I/O管理软件称为虚拟机， 虚拟机再加上文件管理软件称为较强的虚拟机，较强的虚拟机再加上窗口软 件称为极强的虚拟机，如图1-5所示。
1．无操作系统
无操作系统的计算机系统的资源管理和控制由人工负责。 方式：
人工操作方式：原理和特点 脱机输入输出方式 ：原理和特点
2．批处理系统
批处理系统主要是采用了批处理技术。批处理技术是指计算 机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。 方式：
单道批处理系统：原理和特点 多道批处理系统：原理和特点
1.3.1 推动操作系统发展的动力
1．不断提高资源利用率的需要 2．方便用户操作 3．硬件的不断更新换代 4．计算机体系结构的不断发展
1.3.2 操作系统的发展
1．无操作系统 2．批处理系统 3．分时操作系统 4．实时系统 5．微机操作系统 6．多处理机操作系统 7．网络操作系统 8．分布式操作系统
1.1.1 计算机硬件
概念Biblioteka 计算机硬件是指组成计算机系统的设备或机器，是“看得见，摸得着” 的物理部件，它是组成计算机系统的基础。
组成
计算机硬件一般包括中央处理器（CPU）、内存储器、外存储器、输入 设备和输出设备，其中CPU与内存储器合称为主机，外存储器、输入 设备和输出设备合称为外部设备。
操作系统原理-操作系统概述
操作系统
服务例 程1
服务例 程2
文件管理
服务例 程X
模块
模块
模块
模块
服务例 程5
服务例 程6
设备管理
服务例 程Z
模块
模块
模块
模块
服务例 程3
服务例 程4
内存管理
服务例 程Y
模块
模块
模块
模块
服务例 程7
服务例 程8
进程管理
服务例 程W
模块
模块
模块
模块
系统内核
计算机硬件
1.7.2 层次式结构
1.7.2 层次式结构
1.1.1 操作系统的直观认识
4．配置系统参数 通过注册表（仅Windows操作系统）、图形化的控 制面板或系统配置文件等方式可以设置或改变系统 参数。
1.1.1 操作系统的直观认识
5．监控系统状态 通过桌面的状态栏、控制面板、任务管理器、注册 表（仅Windows中）或系统文件（例如Linux中的 /proc文件系统），可以观察系统的实时工作状态或 参数设置情况。
处理机管理 处理机是计算机系统中的核心资源，处理机管理效 率的高低直接关系到系统的整体性能。 处理机管理完成对处理机的分配调度与运行管理等 功能。 具体功能 1．进程控制 2．进程同步 3．进程通信 4．进程调度
1.3.2 存储管理
1.3.2 存储管理
1．内存分配 2．内存共享 3．内存保护 4．地址映射 5．虚拟存储
手动操作方式的缺点 （1）CPU运行效率低。在用户占用整个计算机的期 间，CPU实际运行时间极少。 （2）用户独占整个计算机的全部资源，造成资源浪 费。 （3）程序的运行过程缺少交互性。
1.2.2 单道批处理系统
第1章操作系统概论
1.执行的系统软件，已经存在很多年，其功能和内涵 也在不断丰富和扩充，所以至今仍无法给出一个严格和统一的定义。但比较公认的 定义是：管理系统资源、控制程序执行、改善人机界面、提供各种服务，合理组织 计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系 统软件。
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1.1.2 操作系统的形成和发展
1946年诞生第一台计算机至今，计算机经历了60多年的发展时期，操作系统 伴随计算机硬件的发展及应用的日益广泛而发展。最初的计算机系统上没有操作系 统，软件的概念也不明确。随着处理器集成技术、中断技术和通道技术等硬件技术 的不断发展，促进了软件概念的形成，从而也推动了操作系统的形成和发展。而操 作系统等软件的发展反过来也促进了硬件的发展。粗略地说，操作系统的发展是由 人工操作阶段过渡到早期批处理阶段而具有其雏形，而后发展到多道程序系统时才 逐步完善的。
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操作系统的主要目标可归结为以下几个：
1. 方便使用：操作系统通过对外提供各种接口，尽可能简化用户操作，提高计 算机系统的易用性。例如，用户可以直接输入命令或点击屏幕上显示的菜单，操作 程序的运行和计算机的使用；而计算机软件开发人员可以在程序中利用系统调用直 接对磁盘的文件或外部设备上检测数据进行读写操作。
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图1-1人工操作方式的计算过程
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2. 批处理系统
早期批处理系统借助于作业控制语言（Job Control Language, JCL）对人工 操作方式进行了变革。用户可以通过脱机方式控制和实用计算机，通过作业控制卡 来描述对作业的加工和控制步骤，并把作业控制卡连同程序、数据一起提交给操作 员，操作员收集到一批作业后一起把它们放到卡片机上输入计算机。计算机上则运 行一个驻留内存的执行程序，以对作业进行自动控制和成批处理。显然，这种系统 能实现作业到作业的自动转换，缩短作业的准备和创建时间，减少人工操作和人工 干预，提高了计算机的使用效率。
操作系统原理-第一章 操作系统引论
操作系统原理-第一章操作系统引论操作系统原理第一章操作系统引论在我们日常使用计算机或者其他智能设备的过程中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个默默工作的大管家，协调着各种硬件和软件资源，为我们提供了一个稳定、高效、便捷的计算环境。
那么，操作系统到底是什么？它又是如何工作的呢？让我们一起来揭开操作系统的神秘面纱。
首先，我们来给操作系统下个定义。
简单来说，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。
它负责控制和管理计算机的硬件设备，如中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备等；还负责调度和分配系统资源，使得多个程序能够同时运行而不互相干扰；并且为用户和应用程序提供了一个友好的接口，方便用户进行操作和使用各种应用程序。
操作系统的主要功能可以概括为以下几个方面：进程管理是操作系统的核心功能之一。
进程可以理解为正在运行的程序。
操作系统需要合理地分配 CPU 时间给各个进程，以确保每个进程都能得到及时的处理，同时避免某个进程独占 CPU 资源而导致其他进程无法运行。
这就像是一场精心编排的舞蹈，操作系统要确保每个舞者（进程）都有机会在舞台（CPU）上展现自己，而不会出现混乱和冲突。
内存管理也同样重要。
计算机的内存是有限的，而操作系统需要合理地分配和管理内存资源，确保各个程序能够正常运行。
它要防止一个程序占用过多的内存导致其他程序无法运行，还要处理内存中的数据存储和读取，提高内存的使用效率。
文件管理是操作系统的另一个关键功能。
我们在计算机中存储的各种文档、图片、视频等都以文件的形式存在。
操作系统负责对这些文件进行组织、存储、检索和保护，确保用户能够方便地访问和操作自己的文件，同时保证文件的安全性和完整性。
设备管理则负责管理计算机的各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
操作系统要为这些设备提供驱动程序，使得它们能够与计算机系统正常通信和工作。
除了上述功能，操作系统还提供了用户接口，包括命令行接口和图形用户接口。
深入理解操作系统原理及原理
深入理解操作系统原理及原理第一章：操作系统的概述操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和控制计算机硬件资源，并为用户和应用程序提供统一的接口。
在这一章节中，我们将对操作系统的定义、功能和分类进行详细的介绍。
1.1 操作系统的定义操作系统是一种系统软件，它直接运行在计算机硬件上，具有管理和控制硬件资源、为用户和应用程序提供服务的功能。
操作系统的出现使得计算机可以高效地运行各种应用程序，并提供良好的用户体验。
1.2 操作系统的功能操作系统具有以下几个主要功能：(1) 管理和分配硬件资源，包括处理器、内存、磁盘和网络等；(2) 提供用户和应用程序的接口，使得用户和应用程序可以方便地访问和使用计算机资源；(3) 进程管理，包括进程的创建、调度、同步和通信等；(4) 文件系统管理，包括文件的存储、访问和管理等；(5) 设备管理，包括设备驱动程序的加载和管理等；(6) 提供安全机制，如身份验证和访问控制等。
1.3 操作系统的分类按照功能和结构的不同，操作系统可以分为以下几类：(1) 批处理操作系统：适用于连续处理一批作业的环境，如大型机操作系统；(2) 分时操作系统：支持多用户同时访问计算机系统，如UNIX、Linux等；(3) 实时操作系统：对任务的完成时间要求及时性较高，如航空控制系统、医疗设备等；(4) 嵌入式操作系统：用于嵌入式系统中，如智能手机、汽车导航系统等。
第二章：操作系统的原理在本章节中，我们将深入探讨操作系统的原理，包括进程管理、内存管理、文件系统管理和设备管理等内容，以及相关的算法和技术。
2.1 进程管理进程是操作系统中的基本执行单位，进程管理涉及到进程的创建、调度、同步和通信等。
在进程管理中，需要解决进程的互斥、死锁、同步和通信等问题。
常用的进程调度算法有先来先服务、最短作业优先和时间片轮转等。
2.2 内存管理内存管理负责管理计算机的内存资源，包括内存的分配、回收和保护等。
为了解决内存碎片问题，常用的内存管理技术有连续分配和非连续分配。
操作系统原理与实例分析PPT课件第一章 操作系统概述精品文档
*操作系统发展历程
手工操作阶段 早期批处理 多道程序系统 分时系统 实时操作系统 操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带 程序员预约机时
一种是静态分配。
另一种是动态分配。
2、内存保护
为保证各道程序都能在自 己的内存空间运行而互不干 扰，要求每道程序在执行时 能随时检查对内存的所有访 问是否合法。因此，需要内 存保护功能。
3、地址映射
逻辑地址：是指由目标程
序所限定的地址范围称为该 程序的地址空间，该地址空 间中的地址成为逻辑地址。
操作系统为计算机用户提供了 两种接口：
用户接口（User Interface） 编程接口 (Application Programming
Interface,简称API)
通过操作系统为计算机用户提 供了两种接口，用户可以通过三种方 式使用操作系统：
使用键盘命令或Shell命令语言 利用鼠标器等点击窗口中的图标 调用操作系统内部功能模块，即 系统调用接口
装入与运行。凡是运行同一程序的都尽可能一 次装入与多次运行，每次运行都需要系统操作 员判断结果与手工装卸数据带
修改程序
程序员取结果
结束
成功了吗
*第一代操作系统：单道批 处理系统
第一个操作系统就是一个 监控程序
单道批处理系统的操作过程 开机
程序员编程、输入、提交（卡片叠）
硬件自动装入监控程序， 进入内存约定地址并运行
方法1中使用INT的程序很简单，程 序员不再需要与接口寄存器打交道， 只需要一个简单的调用即可。实际的 打印工作就通过INT命令调用交给 Window/DOS操作系统来完成，即 由Window/DOS来实际读写打印机 接口寄存器，也就是说，
Windows操作系统原理讲座精品PPT课件
•一台计算机，多个便宜终端 - 所有用户可与系统立即交互 - 调试比较方便
•磁盘便宜，故可在线存放程序和数据 - 1 张穿孔卡片 = 100个字节 - 1 MB = 10K卡片 - OS/360 有若干英尺长度的卡片
•新问题 - 易于使用，提高人的生产力 - 合理的响应时间 - 引入文件系统，使用户可存取数据
操作系统特征
共享：
操作系统与多个用户的程序 共同使用计算机上的资源
操作系统特征
随机性：
操作系统必须随时对以不可预测的 次序发生的事件进行响应
考虑周密、设计适当
1.4 操作系统的发展
操作系统发展是随着计算机硬件 技术的发展而发展的 目标：充分利用硬件
1.4.1 概述
操作系统历史划分为4个阶段
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 0 阶段 硬件非常昂贵，没有操作系统
增加：存储保护，重定位 利用率高（多个作业） 有必要采用并发程序设计技术 操作系统成为研究焦点：需要处理复杂
性
•首次面对重大失败：
- MULTICS 于 1963 年开始， 直至 1969 年才发布
- IBM 的 OS/360 发布时， 带着已知的 1000 个错误
•早期计算机：单控制方式
- CPU负责计算，也负责传输
控制台
一个用户
• 一次完成一个功能（计算，I/O，用 户思考/反应）
• 程序通过卡片装入 • 用户在控制台前调试程序
•工作效率非常低
•每一用户都要自行编写涉及到硬件的 源代码
•工作量大，难度高，易出错，需要 大量人力和物力
第 1 阶段 硬件昂贵，人力便宜
简单批处理：装入程序、运行、打印 结果、撤出、再重复 •用户把程序（卡片或磁带）交给负责
操作系统原理 第1章 操作系统引论-精品资料PPT课件
读入一个作业(若系统资源能满足该作业要 求);
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(5)从磁带调入汇编程序或编译程序，将用户作业源程 序翻译成目标代码;
(6)连接装配程序把编译后的目标代码及所需的子程序 装配成一个可执行程序;
创建、撤消进程，进程状态转换 通过原语或系统调用实现 （2）进程同步 协调进程间的关系 互斥和同步 同步机制 如锁、信号量 （3）进程通信 进程间的信息交换 直接通信和间接通信 （4）进程调度 为进程分配处理机 核心为调度算法
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2.存储管理
（1）存储分配 为进程分配存储空间 静态分配和动态分配
（2）存储保护 防止程序相互干扰 硬、软件结合实现
第1章 操作系统引论
1
整体概述
概述一
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概述二
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一、操作系统的概念
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操作系统定义：
操作系统是一组有效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以及方便用户的 程序集合。
有效：系统效率，资源利用率（如：CPU的充分利用； 内存、外部设备是否忙碌年代末－60年代中）多道程 序系统
单道程序工作示例
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多道程序工作示例 多道程序运行的特点是: (1) 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。 (2) 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过 程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 (3) 微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU，交替 执行。
操作系统原理解析
操作系统原理解析第一章：操作系统的基本概念和作用操作系统是计算机系统的核心组成部分，它是一个控制和管理计算机硬件与软件资源的软件系统。
操作系统的主要作用是提供一个稳定、高效和安全的环境，使得计算机能够有效地运行各种应用程序。
1.1 操作系统定义与分类操作系统是指控制和管理计算机系统硬件与软件资源，为用户和其他软件提供一个接口的一组程序集合。
常见的操作系统有Windows、Mac OS、Linux等。
1.2 操作系统的作用- 资源管理：操作系统负责管理计算机的硬件资源，如处理器、内存、磁盘、网络等，以及软件资源，如应用程序、驱动程序等。
- 进程管理：操作系统负责管理计算机的进程，包括进程的创建、调度、通信以及终止等。
- 文件管理：操作系统负责管理计算机的文件系统，包括文件的存储、组织、访问和保护等。
- 设备管理：操作系统负责管理计算机的各种设备，如打印机、键盘、鼠标等，以便用户和应用程序能够方便地使用这些设备。
第二章：操作系统的基本组成和架构2.1 操作系统的基本组成一个完整的操作系统由内核和外壳组成。
内核是操作系统的核心部分，负责管理和控制计算机的硬件资源；外壳则是用户与操作系统交互的界面，使得用户能够方便地使用和控制计算机。
2.2 操作系统的架构操作系统的架构有单体式、层次式、微内核和外核等多种形式。
其中，微内核是目前主流的操作系统架构，它将操作系统的核心功能模块化，并将其尽可能地放在内核态执行，以提高操作系统的稳定性和安全性。
第三章：进程管理3.1 进程的基本概念进程是指正在执行的一个程序，它是一个具有一定独立功能和特定执行顺序的程序关于某个数据集合上的一次运行活动。
一个计算机系统可以同时运行多个进程。
3.2 进程的调度算法操作系统需要合理地调度多个进程的执行，以提高计算机的利用率和响应速度。
常见的进程调度算法有先来先服务、短作业优先、抢占式优先级调度等。
第四章：内存管理4.1 内存分配方式操作系统需要合理地分配和管理计算机的内存资源，常见的内存分配方式有连续分配、离散分配和虚拟内存等。
操作系统原理与实践详解
操作系统原理与实践详解操作系统是计算机系统中最核心、最基础的软件系统之一，它负责管理计算机系统的整个硬件、软件资源，并为应用程序提供服务。
操作系统扮演着计算机系统中的“大脑”，为计算机用户提供统一、高效、安全、方便的运行环境。
而操作系统的原理和实践涵盖了众多的知识点和技术，涉及多个学科领域，本文将一一展开。
一、操作系统概述操作系统是位于用户程序和计算机硬件之间的一层软件，是计算机系统的核心之一。
操作系统负责管理整个计算机系统的资源，包括内存、CPU、I/O设备等，并提供各种系统调用服务，为应用程序提供访问这些资源的接口。
操作系统还负责管理系统的进程、线程、文件系统等，协调和调度不同任务的执行，保证系统的安全性和稳定性，是计算机系统不可或缺的组成部分。
二、操作系统的组成从功能上来说，操作系统可以分为五个部分：处理器管理、内存管理、文件系统、I/O系统和网络管理。
下面我们一个一个介绍。
1. 处理器管理处理器管理是操作系统中最基础的功能之一，它主要负责处理器的调度和管理。
处理器是计算机系统中最核心的部件，直接影响着系统的性能和响应速度。
操作系统需要保证不同的进程、线程能够合理地共享处理器资源，实现多道程序的并发执行。
操作系统通过进程调度算法、线程管理机制等手段，有效地利用处理器资源，提高系统的吞吐量和效率。
2. 内存管理内存管理是操作系统中另一个非常重要和基础的功能。
内存是计算机系统中存储数据和程序的主要设备，而且在当前的计算机系统中，内存的容量和速度都在不断提高，因此内存管理的复杂度也在不断增加。
操作系统需要负责管理内存的空间分配、回收和保护，避免出现内存泄漏、内存碎片等问题，同时还需要实现虚拟内存、内存映射等高级机制，为应用程序提供更加强大的内存管理能力。
3. 文件系统文件系统是计算机系统中用于管理用户数据和程序的一种机制，它需要提供一系列的接口和服务，方便用户创建、打开、读写、关闭文件，同时还需要实现文件的目录结构、访问权限、文件共享等机制。
操作系统原理及应用(Linux)(第2版)课件第1章 操作系统概论
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第1章 操作系统概论
1.2.2 管理计算机资源
计算机系统中的资源包括: 硬件资源; 软件资源;
硬件资源有：处理机、存储器、外部设备等； 软件资源有：程序和数据。
目录?第1章操作系统概论?第2章进程管理?第3章处理机调度与死锁?第4章内存管理?第5章文件管理?第6章设备管理?第7章现代操作系统实例?第8章操作系统的安全性?第1章?操作系统概论第第1章章操作系统概论本章学习目标操作系统是计算机系统中最基本的系统软件
操作系统原理及应用 （Linux）（第２版）
清华大学出版社
第1章 操作系统概论
第1章 操作系统概论
本章学习目标
操作系统是计算机系统中最基本的系统软件。 一台计算机只有安装了操作系统之后才能正常使 用，因此操作系统在计算机系统中占据非常重要 的地位。通过本章的学习，读者应该掌握以下内 容：
17:42
掌握操作系统在计算机系统中的地位； 掌握操作系统的基本概念; 掌握操作系统的功能及其目标； 掌握操作系统的分类； 掌握操作系统的特征； 理解操作系统的结构，掌握层次结构的操
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第1章 操作系统概论
4. 文件管理
计算机系统中的软件资源（程序和数据的集合） 要反复利用、要永久保存起来，形成文件。如银行中 的存贷款数据、学校的学籍管理软件和学籍数据等等。
软件资源以文件的形式存放在外部存储介质中， 供用户反复使用。操作系统中对文件进行管理的子系 统称为文件系统，文件系统的任务是为用户提供一种 简便、统一的存取和管理文件的方法，对用户而言， 按名存取是一种简便的存取文件的手段。
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计算机系统层次关系
应用软件 系统 软件 硬件 (裸机)
银行系统 航空定票系统 编译器 编辑器
浏览器 命令解释器
操作系统
机器语言 微程序 物理设备
：用 户 态 ：核 心 态 或 管 态 (supervisor mode)
User mode Kernel mode
二、什么是操作系统
对于现代操作系统中，人们常 用四种观点来描述操作系统：
操作系统原理与实例分析
目 录
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 操作系统概述 进程管理 存储器管理 设备管理 文件管理
引例1：
在Window或DOS下用汇编语言编程时，如何打印 5个字符？有两种方法： 一种是用INT指令调用Window/DOS的功能来完成； 另一种是不调用Window/DOS功能，而用IN/OUT 机器指令直接读写打印机的接口寄存器。这两种方法所 对应的程序段如下： 程序段1：使用INT语句打印 MOV AH，O5H MOV DL，Char INT 21H …… Char DB ‘1’
程序员将程序（带或卡片）与数据装入输入装置（带机或卡机）
按下控制台面板上的装入按钮
程序装入内存
面板指示灯亮 按下启动按钮
程序开始运行
程序执行完后，面板指示灯亮，控制台终端打印或输出结果
正确否
预约时间到否
卸带（程序和数据（输入和结果））
在控制台上修改程序
卸带安装汇编带或汇编源程序带
计算机硬件升级和新硬件的出现 提供新的服务、方便用户使用 提高计算机资源利用率 更正软件错误 计算机体系结构的发展
*操作系统发展历程
手工操作阶段 早期批处理 多道程序系统
分时系统
实时操作系统
操作系统的进一步发展
*手工操作阶段
没有操作系统
程序员编程
准备程序带
程序员预约机时
操作系统为计算机用户提供了 两种的接口的发展方向： 简单 友好 使用方便
*虚拟机的观点
软件与硬件的关系：软件是在 硬件基础上对硬件的性能加以扩充 和完善。 软件之间的关系：一部分软件 运行要以另一部分软件的存在并为 其提供一定的运行条件为基础；新 添加的软件可以看作是在原来那部 分软件基础上的扩充与完善。
综上所述，我们可以得出操作系 统的概念： 操作系统是计算机系统中的一 个系统软件，管理和控制计算机系 统中的硬件和软件资源，合理地组 织计算机的工作流程，以便有效利 用这些资源为用户提供一个功能强 大、使用方便的工作环境，从而在 计算机与用户之间起接口的作用
二、操作系统的形成和发展
*推动操作系统发展的关键因素
“虚拟机”：一个裸机在每加 上一层软件后，就变成了一个功能 更强的机器，把这“新的更强功能 的机器”称作虚拟机。 OS的地位：紧挨硬件层的第一 层软件，对硬件进行首次扩充，同 时又是其他软件运行的基础。
*资源管理的观点
资源管理的观点是目前对操作系统 描述的主要观点，操作系统资源管理的主 要功能如下：
*用户环境的观点
计算机用户分为三类： 终端用户 程序员 系统设计者
操作系统为计算机用户提供了 两种接口：
用户接口（User Interface） 编程接口 (Application Programming Interface,简称API)
通过操作系统为计算机用户提 供了两种接口，用户可以通过三种方 式使用操作系统： 使用键盘命令或Shell命令语言 利用鼠标器等点击窗口中的图标 调用操作系统内部功能模块，即 系统调用接口
计算机硬件组织 微 型 机： 处理机+存储器+输入/输出设备。 总线结构（各部分通过总线交 换信息）。
总线
CPU 存储器 I/O 设备 I/O 设备
大，小型机： 中央处理机，I/O处理机（通 道），存储器，I/O设备。 非总线结构（存储器成为其中 心部分）
计算机软件组织 计算机软件包括系统软件和应用软件 系统软件：操作系统，语言处理系统， 和常用的例行服务程序。 应用软件：指那些为了某一类的应用需 要而设计的程序，或用户为 解决某的特定的问题而编制 的程序或程序系统，如航空 定票系统。
程序段2：使用IN/OUT语句打印 MOV I，0 ；本段程序打印12345 ；这5个字符 L1：MOV I，I+1 CMP I，5 JNC L3 ；打完5个字符 MOV A，I L2：IN ADDR1，B ； ADDR1为状态寄 ；存器地址 OR B，BS ； BS为状态位选择码 JNC L2 ；未准备好 OUT ADDR2，A ；输出字符， ADDR1为状态 ；寄存器地址 JMP L1 L3：RET
第一章 操作系统概述
内容提要：
*计算机系统资源 *什么是操作系统 *操作系统的形成和发展 *操作系统的功能 *现代操作系统的特征及基本概念 *操作系统的分类 *现代主流操作系统简介
一、计算机系统资源
计算机系统组成：硬件+软件 硬件：计算机物理装置。指计算机 系统中那些 “硬的” 物理设施， 即各种处理机，存储器，输入输出 设备和通信设备等。 软件：指由计算机硬件执行以完成 一定任务的所有程序及数据。
(1) 跟踪资源状态
(2) 分配资源
(3) 回收资源 (4) 保护资源。
*作业组织的观点
在个人计算机上，作业这个概 念已经不存在，主要存在于巨型和 大型机，引入作业是为了有效利用 高性能强大的主机资源 作业： – 是用户在一次解题或一个事务处 理过程中要求计算机系统所做工 作的集合。 – 它包括用户程序、所需要的数据 及控制命令等。作业是由一系列 有序的作业步组成的。
两种方法的分析比较：
方法2中使用IN/OUT机器指令 来完成打印过程需要涉及到打印机 接口寄存器，包括打印机的数据接 口寄存器、状态与控制接口寄存器。 访问其它设备的输入、输出过程也 是类似的。
方法1中使用INT的程序很简单， 程序员不再需要与接口寄存器打交道， 只需要一个简单的调用即可。实际的 打印工作就通过INT命令调用交给 Window/DOS操作系统来完成，即由 Window/DOS来实际读写打印机接口寄 存器，也就是说， Window/DOS中包 含着程序段2。