操作系统概论(1)
操作系统课件 第1章 操作系统概论
1.1.1 操作系统的地位和作用
1.地位 ➢ 计算机系统由硬件和软件组成 ➢ 操作系统在硬件基础上的第一层软件 ➢ 是其他软件和硬件之间的接口
OS
操作系统和软硬件的层次关系图
应用软件设计者
各种应用软件 编译软件等 操作系统
裸机
系统软件设计者 操作系统设计者
OS
1.1.1 操作系统的地位和作用
2.作用 ➢ 从一般用户的观点
第一章 操作系统概论
➢1.1 操作系统概念 ➢1.2 操作系统的形成和发展 ➢1.3 操作系统的分类 ➢1.4 操作系统的结构设计 ➢1.5 Linux操作系统简介
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
软件范筹，开放性接口都已作为一种明 确的或实际的行业标准广泛应用在公开 OS 发行的文档中。
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
1.1.2 操作系统的定义
1.1.3 操作系统的功能（续）
5.网络管理
网络管理的主要功能包括： （1）网上资源管理功能。计算机网络的主要目的之一是共享 资源，网络操作系统应实现网上资源的共享，管理用户对资源 的访问，保证信息资源的安全性和完整性。 （2）数据通信管理功能。计算机联网后，结点之间可以互相 传送数据，按照通信协议的规定，完成网络上计算机之间的信 息传送。 （3）网络管理功能。包括：故障管理、安全管理、性能管理、 配置管理等。
操作系统概论自考提纲
操作系统复习提纲第1章引论1.计算机系统组成硬件：中央处理器，存储器（主存和辅存），输入输出控制系统和各种输入输出设备构成软件：系统软件，支撑软件和应用软件。
2.操作系统的功能/本质从资源管理的观点出发，操作系统功能可分为：处理器管理、存储管理、文件管理、设备管理。
此外，操作系统还为用户提供了两类使用接口：程序员接口-“系统功能调用”和操作员接口-“操作控制命令”。
3.按照操作系统提供的服务，大致可以把操作系统分为以下几类：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、微机操作系统、嵌入式操作系统、网络操作系统和分布式操作系统。
其中批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统是基本的操作系统。
①批处理操作系统按照用户预先规定好的步骤控制作业的执行，实现计算机操作的自动化。
又可分为批处理单道系统和批处理多道系统。
单道系统每次只有一个作业装入计算机系统的主存储器运行，多个作业可自动、顺序地被装入运行。
批处理多道系统则允许多个作业同时装入主存储器，中央处理器轮流地执行各个作业，各个作业可以同时使用各自所需的外围设备，这样可以充分利用计算机系统的资源，缩短作业时间，提高系统的吞吐率。
②分时操作系统，这种系统中，一个计算机系统与许多终端设备连接，分时系统支持多个终端用户，同时以交互方式使用计算机系统，为用户在测试、修改和控制程序执行方面提供了灵活性。
分时系统的主要特点是同时性、独立性、及时性和交互性。
③实时操作系统能使计算机系统接收到外部信号后及时进行处理，并在严格的规定时间内完成处理，且给出反馈信号。
它是较少有人为干预的监督和控制系统。
实时系统对可靠性和安全性要求极高，不强求系统资源的利用率。
4.Unix，Linux特点Unix：通用的交互式分时操作系统。
特点：①短小精悍。
②具有可装卸的多层次文件系统。
③可移植性好。
④网络通信功能强。
Unix是目前惟一可以安装和运行在从微机、工作站、大型机到巨型机上的操作系统。
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
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
分时技术示意图
假设系统中有4个联机用户，按如下方式排列：
时间片 运行
用户1
用户2
用户3
用户4
1 用户1
用户2
用户3
用户4
2 用户2
用户3
用户4
用户1
3 用户3
用户4
用户1
用户2
4 用户4
用户1
用户2
用户3
5 用户1
用户2
用户3
用户4
分时操作系统
在操作系统中采用分时技术就形成了分时操 作系统。
操作系统 裸机
……
虚拟机
裸机：没有配置软件的计算机。 虚拟机：覆盖了软件的机器称为虚拟机
或扩展机。 每当人们在计算机系统上覆盖了一层软
件，系统功能便增强了。
配置操作系统的主要目标
提供用户与计算机之间的接口，使计算机 更易于使用；
有效地控制和管理计算机系统中的各种资 源，使之得到更有效的利用；
单处理机系统中多道程序运行特点
多道：计算机内存中同时存放多道相互 独立的程序。
宏观上并行：同时进入系统的多道程序 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。
微观上串行：内存中的多道程序轮流占 有 CPU，交替执行。
多道批处理系统需要解决的问题
处理机管理：如何分配回收处理机 内存管理：内存分配回收，信息保护 设备管理：设备分配回收、缓冲管理 文件管理：文件存储、共享保护及检索 作业管理：作业合理搭配（如CPU型与I/O型）
操作系统课程概述
操作系统课程介绍的内容 课程考试方式及成绩计算
闭卷考试 平时成绩30%，由作业及课堂测试构成 期末考试成绩70%
第1章 操作系统绪论
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。
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1
第一章 操作系统引论
并行性是指两个或多个事件在同一时刻
发生；
倘若在计算机系统中有多个处理机，则
这些可以并发执行的程序便可被分配到多个
处理机上，实现并行执行。
第一章 操作系统引论
1.3.2 共享(Sharing)
在操作系统环境下，所谓共享是指系 统中的资源可供内存中多个并发执行的进 程(线程)共同使用。
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) 无序性。 (3) 调度性。
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
4. 多道批处理系统需要解决的问题
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者 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:
•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；
(1) 用户独占全机。
(2) CPU等待人工操作。
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式
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
图 1 2 脱 机 示 意 图
I/O
主机
外围机
输出设备
第一章 操作系统引论
1.2.2 单道批处理系统
(1)处理机管理问题。
第1章操作系统概论
(2)提供用户与计算机系统的接口。 操作系统提供了两种用户接口: • 作业级接口向用户提供作业控制语 言和操作命令。 • 程序级接口：提供一组系统调用， 又称广义指令。用户程序通过接口 向操作系 统提出资源申请，由操 作系统为其服务。
§3 操作系统的分类
一．批处理操作系统 对多个用户的作业进行成批处理的 系统。 设计目标是提高系统资源的使用率 和作业吞吐量。
为了减少人为干预，提高计算机的利 用效率，把需要机器运行的若干程序 按一定顺序组织在一起成为一道作业， 把它成批地交给计算机，让计算机自 动地、按顺序逐个运行程序。 采用这种批量处理运行程序的操作系 统就 称为批处理操作系统。
1．单道批处理系统 处理机和所有的系统资源仅为一道作业 服务。 解决了人工干预对机器运行效率的影响。
• 通用操作系统
• 网络操作系统 • 分布式操作系统
提供给上层两种接口：操作接口和编程 接口。 用户可以通过操作接口方便地使用计算 机。 编程接口是一系列的系统调用，其它程 序可以使用该接口使操作系统为其服务， 使用硬件资源和软件资源。
3．系统应用软件 由一系列的语言处理程序和系统服务 程序构成。 系统应用层的程序是在操作系统的支 持下工作的，它们使用操作系统的系统 调用和机器指令编制程序。
二. 操作系统的功能 1．存储管理 (1)存储分配。为系统中运行的多个用户 程序分配内存空间，完成相对地址向 绝对地址的变换。 (2)存储安全和保护。保护内存区域不被 非法访问。
(3)存储共享。用户程序共同使用内存中 的某些程序或数据。 (4)存储扩充。操作系统通过软件的方法 为用户程序提供一个比物理内存空间 大得多的存储空间，这就是虚拟存储 技术。
2．多道批处理系统 处理机与设备并行工作方式，处理机同 时运行多道作业，作业轮流交替占用处 理机运行。 不仅处理机，其它所有的系统资源均由 多个作业共享。 批处理系统中作业以成批的方式自动运 行， 所以它适合运行那些经过调试的固 定程序。
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】操作系统概论-计算机-
1.2.1 串行处理系统
最早的计算机，从20世纪40年代末到50 年代中期，程序员直接与硬件接触，根 本没有OS。计算机运行在一个集成了指 示器、各种开关、一些输入设备以及一 个打印机的控制台之上。早期的这种系 统存在两个问题： • (1)上机安排 • (2)启动时间
8
1.2.2 简单批处理系统
10
1.2.2 简单批处理系统
批处理系统存在很多不方便之处，主要有： 用户不能与其作业交互以捕捉程序中的问题。 用户程序中的所有问题必须事先安排好，否 则程序的排错就可能在转储信息上盲目地进 行。此外，对一个用户作业而言，可能需要 较长的周转时间。
在批处理系统中，为了避免有意或无意地读 取他人的卡片，必须建立监控和用户两种操 作态，使其只有在监控态下才能读控制卡。 通过建立一组仅能在监控态下执行的特权指 令，操作系统就能保证在任何时候都能控制 整个系统。
12
1.2.3 多道程序批处理系统
设想一台电脑配备256KB的可用内存空间(未
被OS占用的)，一个磁盘，一个终端和一台打
印机。3个程序JOB1、JOB2和JOB3，同时被提 交执行，如下表所列。
作业类型 执行时间 所需内存 是否需要磁盘 是否需要终端 是否需要打印机
JOB1 偏重计算 5 min 50KB No No No
2
1.1.1 硬件系统和应用程序间的 界面
由操作系统定义的软、硬件和数据，给 程序员提供了方便的界面，使程序员和 应用程序更容易获取和使用计算机系统 中的资源、工具和服务。
3
1.1.1 硬件系统和应用程序间的界面
OS具有如下功能： • ① 程序创建。 • ② 程序执行。 • ③ I/O设备的访问。 • ④ 控制对文件的访问。 • ⑤ 系统访问。 • ⑥ 查错和纠错。 • ⑦ 簿记。
新版第1章操作系统概论习题答案-新版-精选.pdf
新版第1章操作系统概论习题答案-新版-精选.pdf第1章操作系统概论(1) 试说明什么是操作系统，它具有什么特征？其最基本特征是什么？解：操作系统就是一组管理与控制计算机软硬件资源并对各项任务进行合理化调度，且附加了各种便于用户操作的工具的软件层次。
现代操作系统都具有并发、共享、虚拟和异步特性，其中并发性是操作系统的最基本特征，也是最重要的特征，其它三个特性均基于并发性而存在。
(2) 设计现代操作系统的主要目标是什么？解：现代操作系统的设计目标是有效性、方便性、开放性、可扩展性等特性。
其中有效性指的是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。
这两个性质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，如开放系统互连OSI国际标准。
可扩展性指的是OS应提供良好的系统结构，使得新设备、新功能和新模块能方便地加载到当前系统中，同时也要提供修改老模块的可能，这种对系统软硬件组成以及功能的扩充保证称为可扩展性。
(3) 操作系统的作用体现在哪些方面？解：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。
因此操作系统的基本功能应包括处理器管理、存储器管理、设备管理和文件管理。
此外，为了给用户提供一个统一、方便、有效的使用系统能力的手段，现代操作系统还需要提供一个友好的人机接口。
在互联网不断发展的今天，操作系统中通常还具备基本的网络服务功能和信息安全防护等方面的支持。
(4) 试说明实时操作系统和分时操作系统在交互性、及时性和可靠性方面的异同。
解：交互性：分时系统能够使用户和系统进行人-机对话。
实时系统也具有交互性，但人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序。
及时性：分时系统的响应时间是以人能够接受的等待时间为标准，而实时控制系统对响应时间要求比较严格，它是以控制过程或信息处理中所能接受的延迟为标准。
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。
第1章操作系统概论
第1章操作系统概论本章学习目标●掌握操作系统的定义及其在计算机系统中的作用。
●掌握操作系统的特征及其功能。
●了解操作系统的形成过程及其发展趋势，掌握批处理系统、分时系统和实时系统的特点。
●了解操作系统的设计结构。
●了解常见操作系统的特点。
本章概述在现代计算机系统中，一个或多个处理器、主存、外存、网络接口以及各种不同的输入/输出设备共同协作，完成用户的各项需求。
用户需求的响应过程是十分复杂和关键的，对编写和监督管理上述各种部件的程序员能力要求极高。
为了将部分关键的操作封装起来，同时也达到简化程序员工作的目的，计算机体系中出现了操作系统这个软件层次。
它能在管理并正确使用上述部件的同时，为程序员提供一个通用的、相对简单的、能够驱动硬件工作的软件接口。
本章首先从操作系统的定义、特征、功能、设计目标、性能指标等方面阐述操作系统的概念。
然后从操作系统的发展分析操作系统的发展方向，由此引入不同结构的操作系统的性能比较与分析。
最后对最为流行的操作系统实例——Windows系列和Unix/Linux系统进行简要的介绍。
1.1 操作系统的概念1.1.1 操作系统的定义在现代计算机体系结构中，操作系统起着至关重要的作用。
如图1-1所示为操作系统在计算机体系结构中的位置。
操作系统是硬件之上的第一层软件，在操作系统之上的是各种应用程序。
其中每个层次又可以细分为更多的子层，如硬件层从底向上可分为物理设备、由各种寄存器和数据通道组成的微体系层以及主要由指令集组成的机器语言层，提供的是基本的计算资源。
应用程序层则通常是基于特定操作系统的、满足特定功能的、直接面向用户的软件，这些软件能够根据用户的具体需求申请特定的资源，并按照应用程序规定的方法来使用这些资源。
操作系统处于这两个层次之间，用来协调与控制应用程序对硬件资源的使用。
应用程序操作系统计算机硬件图1-1 计算机体系结构在当今社会，几乎每个人都与操作系统打过交道，但是要精确地给出操作系统的定义却并非易事。
OS1操作系统概论PPT课件
单道批处理系统的特点：
单道批处理系统的内存中只有一道作业，可以成批处理作 业。
自动性 顺序性 单道性
优点：作业自动转换，提高CPU的利用率 缺点：还没有真正形成对作业的控制和管理。作业独占
CPU，CPU等待I/O使得CPU利用率低。
23
卡片
卡 片 阅 读 机
IBM 1401
早期批处理系统
45
3. 共享性(Sharing) 操作系统是多道程序的管理机构。它使多个
用户作业共享有限的计算机系统资源。由于资源 是共享的，就必然会导致如何在多个作业之间合 理地分配和使用资源，并且如何充分发挥计算机 系统资源的利用效率的问题。从这个意义上讲， 操作系统就是一个计算机系统的资源管理程序。
计算机系统的所有资源都是共享的，共享分为互 斥共享和同时共享。
操作系统
Operating System
计算机教研室 2018年3月
课程特点及要求
计算机操作系统课程特点是： 1）涉及较多硬件知识的系统软件课程，在计算机
软硬件的体系结构上起到承上启下的作用。 2）概念多（进程，作业，文件/文件系统，死锁，
中断等）、原理性强、较抽象。
2
课程介绍
操作系统课程的重要性/目的
41
我们也可以从以下3个方面来理解操作系统的概念 (1) 从用户使用角度来看： 既可以直接用命令控制
，也可以通过系统编程调用。 (2) 从资源管理角度来看：操作系统提高系统资源利
用率。 (3) 从发展的角度来看：操作系统可以是一台虚拟机
，它是计算机硬件的首次扩充，又是扩展。
42
1.2.2 操作系统的地位
26
多道批处理系统特征
（1）多道性
操作系统课件第一章概观(一)
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。
第一章 操作系统概论
操作系统的功能 处理机管理 存储管理 设备管理 文件管理
网络与通信管理
用户接口
第一章 操作系统概论
处理机管理 进程控制和管理； 进程同步和互斥； 进程通信； 进程死锁；
处 理 器
I / O 设
I 主 辅 / O 设 存 存 备 备
时分复用共享 空分复用共享
物理计算机
第一章 操作系统概论
虚处理器特点: 虚处理器没有中断，进程的设计者不再需要有硬件中断的概念， 通常进程执行中无需处理中断； 每个进程都有自己的虚处理器，用以实现多进程的并发执行；
虚处理器为进程提供功能强大的指令系统，即由机器非特权指令
各种各样硬件和软件中断事件发生的时刻是随机的
第一章 操作系统概论
操作系统中的异步性(2) 异步性给系统带来潜在危险,有可能导致与时间有关的错误。 操作系统的一个重要任务是必须确保捕捉任何一种随机事件，正 确处理可能发生的随机事件，正确处理任何一种产生的事件序列， 否则将会导致严重后果。
故为每类物理设备编写实现信息I/O的设备驱动程序供应用程序调
用，以此来抽象物理设备，屏蔽相关细节，执行低层操作。 进程执行I/O实质上是调用相应设备的设备驱动程序，既简单又方 便。
第一章 操作系统概论
1.1.3操作系统的作用与功能 操作系统的作用
OS作为用户接口和服务提供者
OS作为作为扩展机或虚拟机
第一章 操作系统概论
1.1.1 操作系统的定义和目标
操作系统是管理系统资源、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。
1.1操作系统概论
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。