1-操作系统概论[42页]
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操作系统概论
3. 通用操作系统
实时系统与批处理系统结合
分时系统与批处理系统结合
原则：实时分时优先，批处理在后
“前台”：需频繁交互的作业
“后台”：时间性要求不强的作业
4.实时操作系统
分类： 第一类：实时过程控制 工业控制，军事控制，... 第二类：实时通信（信息）处理 电讯（自动交换），银行，飞机订票 股市行情
合理的组织计算机的工作流程，以便有效地利用这
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到接口作用。
操作系统功能
处理机管理 存储管理 文件管理 设备管理
• 操作系统是人与计算机之间的接口
• 操作系统是软件与硬件的接口
并发
共享 虚拟 不确定性
应用用户 应用开发人员 应用软件 系统工具 操作系统 计算机硬件 操作系统 开发人员
操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端 用户服务 每次服务一个时间片
分时操作系统特点
同时有多个用户使用一台计算机 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 用户根据系统响应结果进一步 用户感觉不到计算机为其他人服务 提出新请求(用户直接干预每一步) （OS提供虚机器，各个用户的虚 机器互不干扰） 系统对用户提出的请求及时响应
环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。
有效：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外 部设备是否忙碌） 合理：
公平与否，如果不公平则会产生“死锁” 或“饥饿” 方便：命令界面
编程接口
• 操作系统是人与计算机之间的接口 • 操作系统是软件与硬件的接口
§1.2 操作系统的功能和主要特征
执行系统（程序）(Executive System(program))
1. 操作系统概论
操作系统中很早就引入重要概念--进程，进程能清晰 刻划操作系统中的并发性，实现并发活动的执行，因 而，它已成为现代操作系统的一个重要基础。
操作系统的主要特性
1.并发性
采用并发技术的系统称为多任务系统(Multitasking) 。 并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU) 在 若干道程序之间多路复用，并发性是对有限物理资源强 制行使多用户共享以提高效率。
OS
计算机系统的层次结构(1)
用户1 用户2 用户3 用户4
…
用户n
财务系统
航空订票
上网浏览
电子商务
…
科学计算
应用层 系统程序层 操作系统层 硬件层
（应用程序） 编译程序 汇编程序 编辑程序
…
数据库
（系统程序） 操作系统 计算机 计算机 硬件 硬件
1.1.1操作系统的定义和目标
• 操作系统管理系统资源、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 用户有效使用计算机提供良好运行 环境的最基本的一种系统软件。 • 它可被看作是用户和计算机硬件之 间的一种接口，是现代计算机系统 不可分割的重要组成部分。
操作系统的主要特性
1.并发性
并发性虽能有效改善系统资源的利用率，但却会引发 一系列问题，使操作系统的设计和实现变得复杂化。
如何从一个活动切换到另一个活动？ 怎样将各个活动隔离开来，使之互不干扰，免遭对方破 坏？怎样让多个活动协作完成任务？ 怎样协调多个活动对资源的竞争？如何保证每个活动的资 源不被其它进程侵犯? 多个活动共享文件数据时，如何保证数据的一致性？
一、操作系统的作用
3.OS作为计算机系统的资源管理者
也有人将操作系统定义为：是能使诸用户有效、 方便地共享一套计算机系统资源的一种系统软件。 操作系统的重要任务之一就是对资源进行抽象研 究，找出各种资源共性和个性，有序地管理计算机中 的硬件、软件资源，跟踪资源使用情况，监视资源的 状态，满足用户对资源的需求，协调各程序对资源的 使用冲突。 研究使用资源的统一方法，让用户简单、有效的 使用资源，最大限度地实现各类资源的共享，提高资 源利用率，从而，使得计算机系统的效率有很大提高。
操作系统概论
03
作业调 度
存储管理
内存的分配与回收 存储保护 内存扩充
文件管理
文件存储空间manage
离散分配方式
1
文件系统的安全性
文件读写 存取控制
3
2
目录管理
设备管理
中断技术，通道技术，虚拟设备 技术，缓冲技术 外部设备的分配，启动和故障处 理
02 1.4操作系统结构
1.4操作系统结构
整体式结构 层次结构 微内核（客户/服务器）结构
控制程 序执行
功能
1.1操作系统的概念
3特征
01
1并发 性
02
2共享 性
03
3随机 性
1并发性
同时存在若干个运 行着的程序
01操共作用系系统统与中多的个各用种户资程源序 02 1中央处理器
2共享性
03
2内存储器
04
3外存储器
05
4外部设备
互斥共享 同时共享
3随机性
操作系统的运行是在一种随机的环 境下进行的。
简单批处理 运行模式分为用户模式和特权模式
多道批处理 SPOOLing技术
1.3操作系统分类
分时系统
多路性，交互性，独占性，及时性
1.3操作系统分类
实时操作系统
实时时钟管理，过载保护，高可靠性
1.3操作系统分类
嵌入式操作系统
1.3操作系统分类
个人计算机系统
1.3操作系统分类
网络操作系统
1.3操作系统分类
操作系统概论
演讲人
2021-03-01
目录
1 1.1操作系统的概念 2 1.4操作系统结构 3 1.2操作系统的发展 4 1.3操作系统分类
操作系统课件：ch1-操作系统概论(Overview)
OS的发展－主要动力
• 推动OS发展的主要动力
– 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
– 方便用户，提供新的服务 ：为适应用户的新 需求，扩展OS以提供新的服务。
– 器件的发展，硬件升级和新型硬件的出现： CPU的位宽度(指令和数据)，OS都应能适应。
– 纠正错误：任何一个操作系统都有错误，在 使用一段时间后发现了错误就需要进行纠错。
X window是一个应用程序，Windows中的GUI工作 在内核态(所以速度很快)
原理是概括性的,具体系统中管理对象是实实在在的
CPU进程；磁盘文件；显示器窗口…
操作系统设计的主要思想?
• 软硬件协同解决问题 • 用系统的观点理解操作系统的设计 • 理解分而治之、分层实现在复杂软件系
统实现中的重要作用 • 用工程师的立场来看待操作系统的实现
管理的内容
– 资源的当前状态（数量和使用情况） – 资源的分配、回收和访问操作 – 相应管理策略
操作系统的定义
操作系统是计算机系统中的一个系统软件，是一些程 序模块的集合——
它们能以尽量有效、合理的方式组织和管 理计算机的软、硬件资源，合理的组织 计算机的工作流程，控制程序的执行并 向用户提供各种服务功能，使得用户能 够灵活、方便、有效的使用计算机，使 整个计算机系统能高效地运行。是计算 机与用户之间的接口。
1.1 • 什么是操作系统?
1.2 • 本课程的学习方法
1.3 • 操作系统的简史
1.4 • 操作系统引导过程分析
什么是操作系统
• 计算机的核心包括运算器和控 制器在内的中央处理单元(CPU)。
应用软件 中间件
• 计算机系统是由软硬件组成的 多级层次结构，由微程序级、 一般机器级、操作系统级、汇 编语言级、高级语言级组成。
操作系统概论
送一个数据都需要一次中断处理。
21
第一章 操作系统引论
1.2.4 SPOOLING
• 当作业要将输出送至打印机时，该输出实际上 是通过系统缓冲区写到磁盘中的，在该作业运 行结束后，才由操作系统自动打印存储在磁盘 中的输出结果。 • 这种由操作系统将磁盘模拟为输入／输出设备 的处理方式称为 SPOOLING（Simultaneous Peripheral Operating On Line），即“并行 的外部设备操作联机”，也称“假脱机”。 • SPOOLING 系统是以磁盘为几乎无限巨大的缓 冲区来解决低速的I/O设备与高速的CPU之间的 速度匹配问题。
这种脱机I/O方式的主要优点如下： (1) 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。
输入 设备 外围 机 磁盘
主机
外围 机
输出 设备
13
第一章 操作系统引论
2. 批处理系统
基本思想：操作员取来一批作业，将它们输入到磁带 中；操作系统先从磁带上将第一个作业读入内存，启动 它运行，并将运行结果输出到另一条磁带上；当第一个 程序运行完毕，操作系统能自动地从输入磁带上读入下 一个作业，并予以运行和输出，如此直到整批作业全部 处理完毕。 由于系统作业是成批地进行处理，但在内存中只能保 持一个运行作业，故该类系统又称为单道批处理系统。 批处理系统解决了高速计算机的运算、处理能力与人工 干预之间的速度矛盾，实现了作业自动过渡。
6
第一章 操作系统引论
2.用户观点——用户使用计算机的界面 OS作为用户与计算机硬件系统之间接口的含 义是：OS处于用户与计算机硬件系统之间，用户 通过OS来使用计算机系统。或者说，用户在OS帮
助下，能够方便、快捷、安全、可靠地操纵计算
操作系统概论
第一章操作系统概论1.操作系统定义：计算机系统中的一个系统软件，一些程序模块的集合——他们能有效组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能使用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效的运行。
2.操作系统特征：并发性、共享性（互斥共享、同时共享）、随机性3.操作系统功能：1）进程管理（进程调度、进程同步、进程间通信、调度（处理机调度，包括进程调度、线程调度、作业调度））2）存储管理（内存的分配与回收、存储保护、内存扩充）、3）文件管理（文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性）4）设备管理5）用户接口。
4.操作系统的发展手工操作、监控程序（早期批处理）、多道批处理、分时系统、unix通用操作系统、个人计算机操作系统（ios windows linux）、android操作系统5.操作系统分类1）批处理操作系统特点是成批处理。
优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量达，从而提高整个系统效率；但用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
用户模式——目态——一般指令特权模式——管态——特权指令Spooling技术2）分时系统（采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交货方式在终端上向用户显示结果）特点：多路线、交互性、独占性、及时性3）实时操作系统（分硬实时系统和软实时系统）除具有多道程序系统基本能力外，还有实时时钟管理、过载保护、高可靠性能力。
4）嵌入式操作系统5）个人计算机操作系统6）网络操作系统7）分布式操作系统特点：是一个统一的操作系统，在系统中的所有主机使用的是同一个操作系统；实现资源的深度共享；透明性；自治性集群是分布式系统地一种。
8）智能卡操作系统（片内操作系统COS）6.操作系统结构1）整体式结构优点：结构紧密，接口简单直接，系统效率较高缺点：模块间转接随便，各模块互相牵连，独立性差，系统结构不清晰；更换修改困难；以大型表格为中心。
第1章 操作系统概论
第二十四页，共41页。
1.2.5.5 分布式操作系统 分布式系统的主要特点是：各节点的自治
性；资源共享的透明性；各节点间的协同性； 系统的坚定性。 在分布式系统中使用的操作系统是分布式 操作系统。分布式操作系统的主要特点是：系 统状态的不精确性 、 控制结构的复杂性 、 通信开销引起性能下降。
第十八页，共41页。
(2) 程序接口。程序接口是用户获取操作系统服务的 唯一途径。程序接口由一组系统调用组成。每一个系 统调用都是一个完成特定功能的子程序
(3) 图形接口。图形接口不需要记忆命令，图形接口的
目标是对出现在屏幕上的对象直接进行操作，以控制和 操纵程序的运行。这种图形用户接口大大减免用户记忆 的工作量，受到用户的欢迎。图形用户接口的主要构件 是：窗口、菜单和对话框。
第二页，共41页。
本章要点
操作系统的定义 掌握操作系统的特征 操作系统的功能 操作系统的类型 操作系统结构
第三页，共41页。
1. 1 操作系统的形成与发展
1.1.1 人工操作方式
计算机诞生初期并没有操作系统，人们采用手工操作
方式使用计算机,信息的输入／输出由人工在联机状态下进
行。首先程序员将事先穿孔的纸带（或卡片）装入纸带输
A I/O
B I/O
t t1
A A I/O
t3
t4
单道程序工作过程
B B I/O
t5
CPU
A
A I/O
B I/O t
B
A
B
t1
t2 t3
t4 t5
多道程序执行过程
第九页，共41页。
1. 2 操作系统的基本概念
计算机系统中的各种程序、数据和各种硬件设备统称
为计算机系统中的资源 。由谁来管理计算机系统中的资
1.2.5.5 分布式操作系统 分布式系统的主要特点是：各节点的自治
性；资源共享的透明性；各节点间的协同性； 系统的坚定性。 在分布式系统中使用的操作系统是分布式 操作系统。分布式操作系统的主要特点是：系 统状态的不精确性 、 控制结构的复杂性 、 通信开销引起性能下降。
第十八页，共41页。
(2) 程序接口。程序接口是用户获取操作系统服务的 唯一途径。程序接口由一组系统调用组成。每一个系 统调用都是一个完成特定功能的子程序
(3) 图形接口。图形接口不需要记忆命令，图形接口的
目标是对出现在屏幕上的对象直接进行操作，以控制和 操纵程序的运行。这种图形用户接口大大减免用户记忆 的工作量，受到用户的欢迎。图形用户接口的主要构件 是：窗口、菜单和对话框。
第二页，共41页。
本章要点
操作系统的定义 掌握操作系统的特征 操作系统的功能 操作系统的类型 操作系统结构
第三页，共41页。
1. 1 操作系统的形成与发展
1.1.1 人工操作方式
计算机诞生初期并没有操作系统，人们采用手工操作
方式使用计算机,信息的输入／输出由人工在联机状态下进
行。首先程序员将事先穿孔的纸带（或卡片）装入纸带输
A I/O
B I/O
t t1
A A I/O
t3
t4
单道程序工作过程
B B I/O
t5
CPU
A
A I/O
B I/O t
B
A
B
t1
t2 t3
t4 t5
多道程序执行过程
第九页，共41页。
1. 2 操作系统的基本概念
计算机系统中的各种程序、数据和各种硬件设备统称
为计算机系统中的资源 。由谁来管理计算机系统中的资
第1章操作系统概论
2
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。
南京工程学院
5
地址：江苏省南京市江宁科学园弘景大道1号 邮编：211167
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。
3
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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7
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卡片 纸带
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图1-1人工操作方式的计算过程
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8
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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。
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。
3
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。
操作系统概论
第 3 页 共 13 页
xxnda521 制作，希望对大家有用
处理器完全可以并行的去干其他事情，大大提高了处理器的使用效率。 11. 中断处理程序对中断事件的处理应做哪些工作？ ① 保护好被中断的现场信息， 即把中断的进程的通用状态寄存器和控制器内容以及中断进 程的旧 PSW 保存起来，这些信息可以保存在被中断进程的进程控制块中，其目的是保 证被中断者再次运行时能使被中断的情况继续运行； ② 根据旧 PSW 中所指示中断事件进行具体处理。 12. 简述计算机系统的中断机制及其作用。 中断机制包括硬件中断装置和操作系统的中断处理程序； ① 中断装置由一些特定的寄存器和控制线路组成，CPU 和外围设备等识别到的事件保存 在特定的寄存器中，CPU 每执行完一条指令，均由中断装置判别是否有强迫性中断事 件发生； ② 若无事件发生，CPU 继续执行，若有中断发生，则中断装置中断原占有 CPU 的程序的 执行，让操作系统处理事件服务程序占用 CPU，对出现的事件处理完成之后，让原有 程序继续占用 CPU 执行。 13. 简述中断装置的主要职能。 ① 检查是否有中断事件发生； ② 若有中断发生，保护好被中断进程的断点 (状态信息) 和现场，以便在适当的时候能恢 复执行； ③ 启动操作系统的中断处理程序。 14. 从中断事件的性质考虑中断的分类。P25 ① 硬件故障中断事件的处理： 这类故障需要人工干预， 处理这类故障只能是输出一些故障 信息；
第 5 页 共 13 页
xxnda521 制作，希望对大家有用
系统要定时判断是否发生了死锁，当发生死锁是设法解除死锁。 19. 简述死锁的防止与死锁的避免的区别？ ① 死锁的防止：死锁的防止是系统预先确定一些资源分配策略，进程按规定申请资源，系 统按预先规定分配策略分配，从而可防止死锁 (静态分配资源、按序分配资源、剥夺式 分配资源)； ② 死锁的避免：死锁的避免是当进程提出资源申请时，系统测试资源分配，仅当使系统安 全时才把资源分配给进程，使系统一直处于安全状态，从而预防死锁的发生 (银行家算 法)。 20. 产生死锁的必要条件？P135 ① 互斥使用资源： 每个资源每次只能给一个进程使用； ② 占有且等待资源：一个进程申请的资源得不到满足时处于等待状态且不释放已占有资 源； ③ 非抢占式分配： 任何一个进程不能抢夺另一个进程所占的资源， 即已被占用的资源只能 由占用进程自己来释放； ④ 循环等待资源：存在一组进程，其中每个进程分别等待另一个进程所占用的资源。 21. 选择进程调度算法的准则是什么？ ① 处理器利用率； ② 吞吐量； ③ 等待时间 ④ 响应时间 在选择调度算法之前，应考虑采用的准则，通过对各种算法的评估，从中选出最合适的算 法。
操作系统概论
(3) 当I/O操作完成(或出错)时，通道以中断方式中断 CPU正在执行的程序，请求CPU的处理
多道程序设计原理
第一章 操作系统概论
①
作 业 程 序A
③ I/O 请 求 ② 读 /写 数 据 ⑦
数据
主 存缓 冲 区
通
④
道
作 业 程 序B ⑥
⑤ I/O 结 束 中 断
图
1
.
4
多
道
磁带
程 序
运
行
概
念
图
计算采用多道程序设计方法时，处理器的利用率 为多少？
第一章 操作系统概论
多道程序设计的实现
为实现多道程序设计， 必须妥善解决以
(1) 存储保护和地址重定位。 (2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。
第一章 操作系统概论
通道 1 通道 2 调度程序 程序 A 程序 B 程序 C
图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换
第一章 操作系统概论
文件管理
（2）由于文件都存放在外存，要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配， 哪些为待分配。
（3）制定文件存储空间的分配策略，实施具体 的分配和回收。
（4）确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
（5）提供一系列文件使用命令，以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
第一章 操作系统概论
共享(sharing)
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作 系统要对系统资源进行合理分配和使用。 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享（如音频设备）：资源分配后到释 放前，不能被其他进程所用。
同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 资源分配难以达到最优化 问题：资源的分配、对数据同时存取的保护。
多道程序设计原理
第一章 操作系统概论
①
作 业 程 序A
③ I/O 请 求 ② 读 /写 数 据 ⑦
数据
主 存缓 冲 区
通
④
道
作 业 程 序B ⑥
⑤ I/O 结 束 中 断
图
1
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4
多
道
磁带
程 序
运
行
概
念
图
计算采用多道程序设计方法时，处理器的利用率 为多少？
第一章 操作系统概论
多道程序设计的实现
为实现多道程序设计， 必须妥善解决以
(1) 存储保护和地址重定位。 (2) 处理机管理和调度。 (3) 资源的管理和分配。
第一章 操作系统概论
通道 1 通道 2 调度程序 程序 A 程序 B 程序 C
图 1.6 多道程序设计环境下各程序的 执行和状态的转换
第一章 操作系统概论
文件管理
（2）由于文件都存放在外存，要随时记住外存 上文件存储空间的使用情况，哪些已经分配， 哪些为待分配。
（3）制定文件存储空间的分配策略，实施具体 的分配和回收。
（4）确保存放在外存上文件的安全、保密和共 享。
（5）提供一系列文件使用命令，以便用户能对 文件进行存取、检索和更新等操作。
第一章 操作系统概论
共享(sharing)
多个进程共享有限的计算机系统资源。操作 系统要对系统资源进行合理分配和使用。 资源在一个时间段内交替被多个进程所用
互斥共享（如音频设备）：资源分配后到释 放前，不能被其他进程所用。
同时访问（如可重入代码，磁盘文件） 资源分配难以达到最优化 问题：资源的分配、对数据同时存取的保护。
操作系统ch1.操作系统概论
Computer System Structure
• Computer system can be divided into four components –Hardware – provides basic computing resources • CPU, memory, I/O devices –Operating system • Controls and coordinates use of hardware among various applications and users –Application programs – define the ways in which the system resources are used to solve the computing problems of the users • Word processors, compilers, web browsers, database systems, video games –Users • People, machines, other computers
1.1.2 操作系统的资源管理技术
资源复用
(解决物理资源数量不足 )
资源管理技术
资源虚化
(解决物理资源数量不足 ， 提高服务的能力和水平 )
资源抽象
(处理系统的复杂性，
解决资源的易用性)
1)资源复用
(1)空分复用共享 --该资源可进一步 分割成更多和更小的单位供进程 使用 。
(2)时分复用共享--并不把资源进一 步分割成更小的单位，进程可在 一个时间段内独占使用整个物理 资源。
• Operating system goals:
–Execute user programs and make solving user problems easier
操作系统概论
操作系统概论计算机的操作系统是指管理和控制整个计算机系统硬件、软件资源，合理组织计算机工作流程，使各种硬件和软件发挥最大效能，以便为用户提供良好服务的程序集合。
第一节操作系统概述操作系统的基本概念一、操作系统的基本概念操作系统是一个独立于计算机硬件和外部环境之外的、对计算机资源进行管理和控制的软件程序系统。
操作系统不仅具有对各种硬件的管理功能，而且还具有支持应用程序并使它们相互协调运行的功能，从而保证了计算机系统整体性能和高效性。
操作系统在结构上与计算机系统是一种模块化结构，既包含了内核模块，又包括用户界面模块，还有提供网络通信接口的模块等。
二、操作系统的功能1．操作系统的层次结构2．多级处理机系统3．操作系统的用户界面4．操作系统的类型1．GUI2．Linux3．Solaris4．Windows20005．UNIX6．DEC7．PPC8．UNIX9．UNIVAC；10．操作系统的特征1．稳定性2．可靠性3．安全性4．灵活性5．开放性三、操作系统的分类一般情况下，操作系统的划分标准有三条： 1．从用户的角度来看，可将其分为个人计算机用户、单处理机用户和多处理机系统用户； 2．从计算机处理资源的角度来看，可将其分为主机型操作系统和客机型操作系统； 3．从计算机处理资源的管理方式来看，可将其分为集中式操作系统和分布式操作系统。
分类主要依据是操作系统提供的服务功能，如处理机管理、存储管理、文件管理等。
当然，按照不同的分类标准，还可以把操作系统划分成若干类型，例如：分时系统、实时系统、网络操作系统、分布式系统等等。
第二节操作系统的发展历史一、操作系统的产生和发展20世纪50年代末期，为了解决高速运算问题，美国贝尔实验室的E。
M。
沃思在巴贝奇-图灵测试中的成功，为系统科学开辟了新天地。
1967年，美国计算机科学家J。
B。
诺伊曼发表了《论可计算性》一文，开创了软件工程研究，并成功地解决了数值计算问题。
第01课操作系统概论
2
单用户多任务操作系统 只允许一个用户上机， 但允许将一个用户程序分 成若干个任务并发执行。 随着32位微机的出现，多 任务处理能力和图形用户 界面成为微机操作系统的 趋势，最具代表性的是 OS/2和Windows操作系统。
3
多用户多任务操作系统 允许多个用户共享主 机中的各类资源，而每个 用户程序又可进一步分为 多个任务并发执行。大、 中、小型机中配置的都是 多用户多任务操作系统， 32位微机也有不少，最具 代表性的是UNIX和Linux。 19
23
1.3 操作系统的特征与功能
特征：
并发性、共享性、虚拟性、异步性
功能：
处理器管理、存储器管理、设备管理、 文件管理、用户接口
24
1. 处理器管理（进程管理）
处理器管理的主要任务是对处理器进行分配，并对其运行进行有效的控 制和管理。在单道环境下，处理器为一个作业所独占，其管理十分简单。但 在多道程序并发环境下，必须引入进程以动态地描述程序的执行过程，并以 进程为单位来分配处理器，因而对处理器的管理可归结为对进程的管理 。
（1）手工操作阶段（1946年-50年代中期）
输入设备
运算器 主机 控制器 存储器
控制台
输出设备
计算机的手 工操作方式
减少了CPU的空闲时间，缓和了人机矛盾 提高了I/O速度，缓解了CPU和I/O设备之间速度不匹配的矛盾
输入设备 外围机 运算器 主机 控制器 存储器 外围机
磁盘
磁盘
控制台
输出设备
计算机外设
22
嵌入式操作系统
在各种设备、装置或系统中，完成特定功能的软硬件系统，它们是 一个大设备、装置或系统中的一部分，这个大设备、装置或系统可以不是 “计算机”。通常工作在反应快或对处理时间有较严格要求环境中，由于 它们被嵌入在各种设备、装置或系统中，因此称为嵌入式系统。 嵌入式系统是以嵌入式计算机为技术核心，面向用户、面向产品、面 向应用，软硬件可裁减的；适用于对功能、可靠性、成本、体积、功耗等 综合性能有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统应具有的特点是：高可靠性；实时性；嵌入式系统和具体 应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进行；嵌入式 系统中的软件代码要求高质量、高可靠性；一般都固化在只读存储器中而 不是存储在磁盘等载体中。
ch1-操作系统概论
第4页，共112页。
1.1.1操作系统与计算机系统
计算机系统：由硬件和软件相互交织形成的 集合体，构成一个解决计算问题的工具。
硬件：计算机物理装置本身，可以是电子的 、磁的、机械的、光的元件或装置。
软件：指计算机系统中的所有软件。 硬件是软件运行的物质基础，软件能够充分
地发挥硬件潜能并扩充其功能，完成各种应 用任务，两者互相促进，相辅相成，缺一不 可。
存储管理
(1)内存分配 ；
(2)地址转换； (3)存储保护； (4)内存共享 ； (5)存储扩充 。
第37页，共112页。
设备管理
(1)提供设备中断处理；
(2)提供缓冲区管理； (3)提供设备独立性，实现逻辑设备到
物理设备之间的映射；
(4)设备的分配和回收；
(5)实现共享型设备的驱动调度；
第26页，共112页。
观察和研究操作系统总纲
研究和观察操作系统
用户角度
OS是服务提 供者
服务用户 观点
系统角度
OS是资源管 OS是虚拟机 OS是程序执
理者
行的控制者
资源管理 观点
系统实现
观点
进程交互
观点
静态观察 方法
动态观察 方法
ch1(os定义、 功能、作用、 接口和服务)
ch2(处理器管理)、
对外作为“服务员”，是用户与硬件的接口 和人机界面，为用户提供最友善的运行环境 和最佳的服务，操作系统在管理好资源的基 础上，向外提供强有力的服务;
所以，资源管理是操作系统一项主要任务。
第33页，共112页。
1.1.4操作系统功能和特性
操作系统中，能分配给用户使用的硬件和 软件设施总称为资源，包括两类：硬件资 源和信息资源。 硬件资源：处理器、存储器、I/O设备等； 信息资源：程序和数据等。
1.1.1操作系统与计算机系统
计算机系统：由硬件和软件相互交织形成的 集合体，构成一个解决计算问题的工具。
硬件：计算机物理装置本身，可以是电子的 、磁的、机械的、光的元件或装置。
软件：指计算机系统中的所有软件。 硬件是软件运行的物质基础，软件能够充分
地发挥硬件潜能并扩充其功能，完成各种应 用任务，两者互相促进，相辅相成，缺一不 可。
存储管理
(1)内存分配 ；
(2)地址转换； (3)存储保护； (4)内存共享 ； (5)存储扩充 。
第37页，共112页。
设备管理
(1)提供设备中断处理；
(2)提供缓冲区管理； (3)提供设备独立性，实现逻辑设备到
物理设备之间的映射；
(4)设备的分配和回收；
(5)实现共享型设备的驱动调度；
第26页，共112页。
观察和研究操作系统总纲
研究和观察操作系统
用户角度
OS是服务提 供者
服务用户 观点
系统角度
OS是资源管 OS是虚拟机 OS是程序执
理者
行的控制者
资源管理 观点
系统实现
观点
进程交互
观点
静态观察 方法
动态观察 方法
ch1(os定义、 功能、作用、 接口和服务)
ch2(处理器管理)、
对外作为“服务员”，是用户与硬件的接口 和人机界面，为用户提供最友善的运行环境 和最佳的服务，操作系统在管理好资源的基 础上，向外提供强有力的服务;
所以，资源管理是操作系统一项主要任务。
第33页，共112页。
1.1.4操作系统功能和特性
操作系统中，能分配给用户使用的硬件和 软件设施总称为资源，包括两类：硬件资 源和信息资源。 硬件资源：处理器、存储器、I/O设备等； 信息资源：程序和数据等。
《操作系统概论》PPT课件
精选课件ppt
27
1.5 操作系统的主要研究课题
调度
进程描述 和控制
内存管理
并发控制
I/O 管 理
安全性
文件管理
网络与分布 计算
精选课件ppt
28
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2024年度-操作系统概论课件
实现方法
设备驱动程序的实现方法通常包括以下几个步骤
定义设备数据结构
描述设备的属性和状态。
实现设备操作函数
包括设备的打开、关闭、读、写等操作。
注册设备驱动程序
将设备驱动程序注册到操作系统内核中，以便操作系统能 够识别和管理该设备。
处理设备中断
设备中断是设备驱动程序处理的重要部分，它负责响应设 备的中断请求，并进行相应的处理。
设计原则
设计文件系统时应遵循一些基本原则，如高效性、可靠性、 安全性、可扩展性和易用性等。这些原则有助于确保文件系 统的性能和稳定性，并满足用户的需求。
17
文件访问权限控制
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统提供了文件访问权限控制机制 。这些权限可以控制哪些用户可以访 问文件，以及他们可以进行哪些操作 （如读、写、执行等）。
会话管理
为每个用户分配独立的会话环境，确 保用户间操作互不干扰。
并发控制
采用进程或线程同步机制，避免多个 用户同时操作同一资源时发生冲突。
权限管理
根据用户角色和权限设置访问控制策 略，确保系统安全性。
实时响应
优化系统性能，确保在多用户环境下 仍能保持快速响应和流畅交互。
27
07
安全性和保护机制
28
处理机管理
分配和控制处理机资源。
存储器管理
负责内存的分配与回收。
设备管理
提供硬件设备接口，控制设备工作。
文件管理
支持文件的存取、修改等操作。
用户接口
提供命令接口、程序接口和图形接口，方便用户使用。
4
发展历程及分类
手工操作阶段
用户直接使用机器语言编写程序，无操作系统支持。
批处理阶段
设备驱动程序的实现方法通常包括以下几个步骤
定义设备数据结构
描述设备的属性和状态。
实现设备操作函数
包括设备的打开、关闭、读、写等操作。
注册设备驱动程序
将设备驱动程序注册到操作系统内核中，以便操作系统能 够识别和管理该设备。
处理设备中断
设备中断是设备驱动程序处理的重要部分，它负责响应设 备的中断请求，并进行相应的处理。
设计原则
设计文件系统时应遵循一些基本原则，如高效性、可靠性、 安全性、可扩展性和易用性等。这些原则有助于确保文件系 统的性能和稳定性，并满足用户的需求。
17
文件访问权限控制
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统提供了文件访问权限控制机制 。这些权限可以控制哪些用户可以访 问文件，以及他们可以进行哪些操作 （如读、写、执行等）。
会话管理
为每个用户分配独立的会话环境，确 保用户间操作互不干扰。
并发控制
采用进程或线程同步机制，避免多个 用户同时操作同一资源时发生冲突。
权限管理
根据用户角色和权限设置访问控制策 略，确保系统安全性。
实时响应
优化系统性能，确保在多用户环境下 仍能保持快速响应和流畅交互。
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07
安全性和保护机制
28
处理机管理
分配和控制处理机资源。
存储器管理
负责内存的分配与回收。
设备管理
提供硬件设备接口，控制设备工作。
文件管理
支持文件的存取、修改等操作。
用户接口
提供命令接口、程序接口和图形接口，方便用户使用。
4
发展历程及分类
手工操作阶段
用户直接使用机器语言编写程序，无操作系统支持。
批处理阶段
1.1操作系统概论
并发技术的关键在于如何对系统中多个运行程序 （进程）进行切换。
并行性（parallelism）指两个或两个以上事件或活动 在同一时刻发生。
在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时刻可在 不同CPU上同时执行。
并行的事件或活动一定是并发的，并发的事件或活动 未必是并行的，
并行性是并发性的特例，并发性是并行性的扩展。
3. 系统程序层建立在操作系统改造和扩充过的机器上，提供 扩展指令集，实现各种语言处理程序、数据库管理系统和 其他系统程序。提供种类繁多的实用程序，如连接装配程 序、库管理程序、诊断排错程序、分类/合并程序等供用户 使用。
4. 应用程序层解决用户不同的应用问题，应用程序开发者借 助程序设计语言来表达应用问题，开发各种应用程序，操 作系统和硬件组成了一个运行平台，其他软件都运行在这 个平台上。
在计算机系统中，并发的实质是一个物理CPU(也可以 多个物理CPU)在若干道程序之间多路复用，并发性是 对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。
在多处理器系统中，程序的并发性不仅体现在宏观上， 而且体现在微观上，这称为并行的。
六、操作系统的主要特性 (3)
2. 共享性 共享指操作系统中的资源（包括硬件资源和信息资源）可被 多个并发执行的进程共同使用，而不是被其中某一个程序所 独占。 共享的原因有时来源于经济，有时来源于逻辑上的必须。 资源共享可分成两种方式： 透明资源共享 资源隔离 授权访问 显式资源共享
注意：交替轮流执行的含义不是一个进程执行完了，另一个 进程接着执行，而是每个进程都执行一段时间后就必须暂 停，把CPU控制权交给另一个进程！
在多进程并发环境里，任意一个进程都不能保证一次执行 完毕！
操作系统是一个并发系统，并发性是操作系统最重 要的特征。操作系统的并发性是指计算机系统中同 时存在若干个运行着的程序（包括操作系统程序和 用户程序），这些程序交替、穿插地执行。发挥并 发性能够消除系统中部件和部件之间的相互等待， 有效地改善系统资源的利用率，改进系统的吞吐量， 提高系统效率。利用并发技术可以使多个I/O设备同 时输入输出，也可使设备I/O与CPU的计算同时进行。
并行性（parallelism）指两个或两个以上事件或活动 在同一时刻发生。
在多道程序环境下，并行性使多个程序同一时刻可在 不同CPU上同时执行。
并行的事件或活动一定是并发的，并发的事件或活动 未必是并行的，
并行性是并发性的特例，并发性是并行性的扩展。
3. 系统程序层建立在操作系统改造和扩充过的机器上，提供 扩展指令集，实现各种语言处理程序、数据库管理系统和 其他系统程序。提供种类繁多的实用程序，如连接装配程 序、库管理程序、诊断排错程序、分类/合并程序等供用户 使用。
4. 应用程序层解决用户不同的应用问题，应用程序开发者借 助程序设计语言来表达应用问题，开发各种应用程序，操 作系统和硬件组成了一个运行平台，其他软件都运行在这 个平台上。
在计算机系统中，并发的实质是一个物理CPU(也可以 多个物理CPU)在若干道程序之间多路复用，并发性是 对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。
在多处理器系统中，程序的并发性不仅体现在宏观上， 而且体现在微观上，这称为并行的。
六、操作系统的主要特性 (3)
2. 共享性 共享指操作系统中的资源（包括硬件资源和信息资源）可被 多个并发执行的进程共同使用，而不是被其中某一个程序所 独占。 共享的原因有时来源于经济，有时来源于逻辑上的必须。 资源共享可分成两种方式： 透明资源共享 资源隔离 授权访问 显式资源共享
注意：交替轮流执行的含义不是一个进程执行完了，另一个 进程接着执行，而是每个进程都执行一段时间后就必须暂 停，把CPU控制权交给另一个进程！
在多进程并发环境里，任意一个进程都不能保证一次执行 完毕！
操作系统是一个并发系统，并发性是操作系统最重 要的特征。操作系统的并发性是指计算机系统中同 时存在若干个运行着的程序（包括操作系统程序和 用户程序），这些程序交替、穿插地执行。发挥并 发性能够消除系统中部件和部件之间的相互等待， 有效地改善系统资源的利用率，改进系统的吞吐量， 提高系统效率。利用并发技术可以使多个I/O设备同 时输入输出，也可使设备I/O与CPU的计算同时进行。
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7
2. 用户观点—用户使用计算机的界面
用户几乎不可能使用裸机。如果在裸机之上覆盖一层 I/O设备管理软件，就能使用户较方便地使用外部设备； 如果在其上再覆盖一层文件管理软件，用户就很容易存 取系统文件和用户文件；每覆盖一层新的软件，就构造 了一台功能更强的虚拟机器。通过OS，计算机能提供 种类更多，质量更高的服务。
半个世纪以来操作系统这门软件科学 吸引了世界上一大群最热情、最有智慧 的杰出人材，集中了人类现代创造性思 维活动的精髓。
操作系统是软件世界的万花筒、世博 会，是软件王国中的一顶璀璨的皇冠。
能够有机会走进操作系统这个神奇、 复杂而又充满诱惑的大千世界，理解其 中的基本概念、结构和奥妙的管理机制 是一件十分幸运的事。
批处理系统解决了高速计算机的运算、处理 能力与人工干预之间的速度矛盾，实现了作 业自动过渡。
13
3 缓冲、中断和DMA技术
（1）缓冲技术 （2）中断技术 （3）DMA技术 ——
一旦收到了DMA发来的中断请求后，处理机在 设置了缓冲区、指针和计数器后，DMA就可以 不需要CPU干预，在内存和设备之间传送整块 数据。这样，通过DMA每传送一个数据块仅需 要一次中断处理，而不是像低速设备那样每传 送一个数据都需要一次中断处理。
操作系统是直接与硬件相邻的第一层软件，它 是由大量极其复杂的系统程序和众多的数据结 构集成的。在计算机中的所有软件中，它起到 了核心和控制的作用，其他软件的运行都要依 赖它的支持。操作系统是在系统中永久运行的 超级程序。
对用户——接待员，对系统——管家婆
9
学习操作系统的目的
--需要是人类一切活动的动力的源泉
15
5 多道程序设计
操作系统可将多个作业存放在作业缓冲 池中。在某一时刻，操作系统从缓冲池 中挑选一个作业，并开始执行该作业。
当执行中的作业因要等待用户键盘输入 或 等 待 其 他 设 备 I/O 操 作 时 ， 操 作 系 统 就可在缓冲池中挑选另一个作业，使其 运行。只要系统中总是存在可执行的作 业，CPU就永远不会因无事可干而闲着。
为了专门的用途，科研人员不得不设计自己的操作 系统，如特定的监视控制系统。
需要对现有的系统进行改造，如嵌入式Linux系统。 用户为了完成特殊的软件设计任务，必须与操作系
统内核作深层次的交互。是学习和提高编制大型系 统控制、处理程序能力的必经之路。
操作系统中的很多概念、管理思想和技巧可以用到 各行各业中。
操作系统
第一部分 原理篇
1
教材
主教材：操作系统教程（第4版），陆松年 主编，电子工业出版社，2014.4出版
配套教材：操作系统习题与应用解析，陆松 年主编，清华大学出版社，2012.6出版。
配套教材：操作系统实验教程，陆松年主编， 电子工业出版社，2010.3出版。 29-
2
CPU是计算机系统的心脏，操作系统 是计算机系统的大脑。
11
2 脱机输入/输出和批处理系统
（1）脱机输入输出
需要人工干预的由慢速设备读入程序和数据及由慢速 输出设备打印结果的过程往往占用了用户使用计算机 的大部分时间。
使用磁带作为输入/输出的中介，这种具体的输入/输 出不需要在主计算机上进行的方式称“脱机输入/输出”
纸带机 读卡机
卫星机
输入 带
输入 带
14
4 SPOOLING
当作业要将输出送至打印机时，该输出 实际上是通过系统缓冲区写到磁盘中， 在该作业运行结束后，才由操作系统自 动打印存储在磁盘中的输出结果。
这种由操作系统将磁盘模拟为输入/输 出设备的处理方式称为SPOOLING
以磁盘为几乎无限巨大的缓冲区来解决 低速的I/O设备与高速的CPU之间的速 度匹配问题。
做好工作、找好工作的需要。
操作系统不仅是一门科学，还充满了艺术的魅力。
10
1.2 操作系统的发展历史1早期的计算机和人工操作方式在早期的计算机系统中，每一次独立的运行 都需要很多的人工干预，操作过程繁琐，占 用机时多，也很容易产生错误。在一个程序 的运行过程中，要独占系统的全部硬件资源， 设备利用率很低。
6
1．系统观点——计算机资源管理
计算机是系统的控制中心，是系统的大脑。 CPU是计算机硬件的核心，是计算机系统的心 脏；操作系统则是计算机软件的核心，是计算 机系统的大脑，从而操作系统是整个系统的控 制中心，是计算机或智能控制管理系统中首要 的、最重要的、最复杂的系统软件。
操作系统的作用类似于城市交通的决策、指挥、 控制和调度中心，它组织和管理整个计算机系 统的硬件和软件资源，在用户和程序之间分配 系统资源，使之协调一致地、高效地完成各种 复杂的任务。
16
1.3 现代操作系统类型
1 分时系统
为了降低交互式系统的等待时间和运行时间的比率， 系统通过多台终端同时向很多用户提供运行环境，这 种分时系统就能以合理的成本向用户提供交互式地使 用计算机的方便。
操作系统使用多道程序设计技术来支持在一个计算 机系统内运行多个用户的程序。每一个用户的程序都 驻在内存中，并按某一策略轮流运行。
3
第一章 操作系统概论
4
1.1 什么是操作系统
商人眼光中的操作系统 一般学生误解的操作系统 计算机科学界定义的操作系统
5
通常把操作系统定义为用以控制和 管理计算机系统资源，方便用户使 用的程序和数据结构的集合。
在所有的系统软件中，操作系统是 一种首要的、最基本、最重要的系 统程序，也是最庞大、最复杂的系 统软件。
主机
打印机
输出 带
输出 带
12
（2）批处理系统
基本思想是操作员取来一批作业，将它们输 入到磁带中，操作系统先从磁带上将第一个 作业读进内存，启动它运行，并将运行结果 输出到另一条磁带上；当第一个程序运行完 毕，操作系统能自动地从输入磁带上读进下 一个作业，并予以运行和输出，如此直到整 批作业全部处理完毕。
（1）命令方式 ：通过键盘输入有关命令。以批处理的 方式连续运行命令 。
（2）系统调用 ：调用操作系统向用户提供的服务程序。 （3）图形界面： 用户可以在窗口环境中通过鼠标、按
键、菜单和对话框等方式操纵计算机，这是现代操作系 统向多媒体转化的标志之一。
8
3．软件观点—— 程序和数据结构的集合
2. 用户观点—用户使用计算机的界面
用户几乎不可能使用裸机。如果在裸机之上覆盖一层 I/O设备管理软件，就能使用户较方便地使用外部设备； 如果在其上再覆盖一层文件管理软件，用户就很容易存 取系统文件和用户文件；每覆盖一层新的软件，就构造 了一台功能更强的虚拟机器。通过OS，计算机能提供 种类更多，质量更高的服务。
半个世纪以来操作系统这门软件科学 吸引了世界上一大群最热情、最有智慧 的杰出人材，集中了人类现代创造性思 维活动的精髓。
操作系统是软件世界的万花筒、世博 会，是软件王国中的一顶璀璨的皇冠。
能够有机会走进操作系统这个神奇、 复杂而又充满诱惑的大千世界，理解其 中的基本概念、结构和奥妙的管理机制 是一件十分幸运的事。
批处理系统解决了高速计算机的运算、处理 能力与人工干预之间的速度矛盾，实现了作 业自动过渡。
13
3 缓冲、中断和DMA技术
（1）缓冲技术 （2）中断技术 （3）DMA技术 ——
一旦收到了DMA发来的中断请求后，处理机在 设置了缓冲区、指针和计数器后，DMA就可以 不需要CPU干预，在内存和设备之间传送整块 数据。这样，通过DMA每传送一个数据块仅需 要一次中断处理，而不是像低速设备那样每传 送一个数据都需要一次中断处理。
操作系统是直接与硬件相邻的第一层软件，它 是由大量极其复杂的系统程序和众多的数据结 构集成的。在计算机中的所有软件中，它起到 了核心和控制的作用，其他软件的运行都要依 赖它的支持。操作系统是在系统中永久运行的 超级程序。
对用户——接待员，对系统——管家婆
9
学习操作系统的目的
--需要是人类一切活动的动力的源泉
15
5 多道程序设计
操作系统可将多个作业存放在作业缓冲 池中。在某一时刻，操作系统从缓冲池 中挑选一个作业，并开始执行该作业。
当执行中的作业因要等待用户键盘输入 或 等 待 其 他 设 备 I/O 操 作 时 ， 操 作 系 统 就可在缓冲池中挑选另一个作业，使其 运行。只要系统中总是存在可执行的作 业，CPU就永远不会因无事可干而闲着。
为了专门的用途，科研人员不得不设计自己的操作 系统，如特定的监视控制系统。
需要对现有的系统进行改造，如嵌入式Linux系统。 用户为了完成特殊的软件设计任务，必须与操作系
统内核作深层次的交互。是学习和提高编制大型系 统控制、处理程序能力的必经之路。
操作系统中的很多概念、管理思想和技巧可以用到 各行各业中。
操作系统
第一部分 原理篇
1
教材
主教材：操作系统教程（第4版），陆松年 主编，电子工业出版社，2014.4出版
配套教材：操作系统习题与应用解析，陆松 年主编，清华大学出版社，2012.6出版。
配套教材：操作系统实验教程，陆松年主编， 电子工业出版社，2010.3出版。 29-
2
CPU是计算机系统的心脏，操作系统 是计算机系统的大脑。
11
2 脱机输入/输出和批处理系统
（1）脱机输入输出
需要人工干预的由慢速设备读入程序和数据及由慢速 输出设备打印结果的过程往往占用了用户使用计算机 的大部分时间。
使用磁带作为输入/输出的中介，这种具体的输入/输 出不需要在主计算机上进行的方式称“脱机输入/输出”
纸带机 读卡机
卫星机
输入 带
输入 带
14
4 SPOOLING
当作业要将输出送至打印机时，该输出 实际上是通过系统缓冲区写到磁盘中， 在该作业运行结束后，才由操作系统自 动打印存储在磁盘中的输出结果。
这种由操作系统将磁盘模拟为输入/输 出设备的处理方式称为SPOOLING
以磁盘为几乎无限巨大的缓冲区来解决 低速的I/O设备与高速的CPU之间的速 度匹配问题。
做好工作、找好工作的需要。
操作系统不仅是一门科学，还充满了艺术的魅力。
10
1.2 操作系统的发展历史1早期的计算机和人工操作方式在早期的计算机系统中，每一次独立的运行 都需要很多的人工干预，操作过程繁琐，占 用机时多，也很容易产生错误。在一个程序 的运行过程中，要独占系统的全部硬件资源， 设备利用率很低。
6
1．系统观点——计算机资源管理
计算机是系统的控制中心，是系统的大脑。 CPU是计算机硬件的核心，是计算机系统的心 脏；操作系统则是计算机软件的核心，是计算 机系统的大脑，从而操作系统是整个系统的控 制中心，是计算机或智能控制管理系统中首要 的、最重要的、最复杂的系统软件。
操作系统的作用类似于城市交通的决策、指挥、 控制和调度中心，它组织和管理整个计算机系 统的硬件和软件资源，在用户和程序之间分配 系统资源，使之协调一致地、高效地完成各种 复杂的任务。
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1.3 现代操作系统类型
1 分时系统
为了降低交互式系统的等待时间和运行时间的比率， 系统通过多台终端同时向很多用户提供运行环境，这 种分时系统就能以合理的成本向用户提供交互式地使 用计算机的方便。
操作系统使用多道程序设计技术来支持在一个计算 机系统内运行多个用户的程序。每一个用户的程序都 驻在内存中，并按某一策略轮流运行。
3
第一章 操作系统概论
4
1.1 什么是操作系统
商人眼光中的操作系统 一般学生误解的操作系统 计算机科学界定义的操作系统
5
通常把操作系统定义为用以控制和 管理计算机系统资源，方便用户使 用的程序和数据结构的集合。
在所有的系统软件中，操作系统是 一种首要的、最基本、最重要的系 统程序，也是最庞大、最复杂的系 统软件。
主机
打印机
输出 带
输出 带
12
（2）批处理系统
基本思想是操作员取来一批作业，将它们输 入到磁带中，操作系统先从磁带上将第一个 作业读进内存，启动它运行，并将运行结果 输出到另一条磁带上；当第一个程序运行完 毕，操作系统能自动地从输入磁带上读进下 一个作业，并予以运行和输出，如此直到整 批作业全部处理完毕。
（1）命令方式 ：通过键盘输入有关命令。以批处理的 方式连续运行命令 。
（2）系统调用 ：调用操作系统向用户提供的服务程序。 （3）图形界面： 用户可以在窗口环境中通过鼠标、按
键、菜单和对话框等方式操纵计算机，这是现代操作系 统向多媒体转化的标志之一。
8
3．软件观点—— 程序和数据结构的集合