操作系统课件 第一章
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计算机操作系统第一章
2014-9-17
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2014-9-17
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涉及到计算机科学的很多领域 计算机体系结构/硬件 软件设计 程序设计语言 数据结构 算法 网络 学习核心技术并能在其他地方应用之
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操作系统的工作
（1）程序的执行 负责启动每个程序， 以及结束程序的工作 （2）完成与硬件有关的工作 （3）完成与应用无关的工作 易于使用，基本服务，统一性 （4）计算机系统的效率与安全问题
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(3)提供输入输出的便利，简化用户的输入
输出工作。
(4)规定用户的接口，以及发现并处理各种 错误的发生。
2014-9-17
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24
本章主要目录
1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10
2014-9-17
操作系统的目标、作用和模型 操作系统的形成和发展 操作系统的特征和服务 操作系统的功能 操作系统的进一步发展 操作系统的结构 设计 Unix和Linux 总结 作业 典型问题分析和实战练习
库系统、计算机网络等课打下基础。
操作系统有如下的特点：内容庞杂、涉及面广。
它在计算机系统中处于裸机于应用层之间，对下直
接与硬件接口相连，对上要提供简单、方便的用户 界面。操作系统的实践性强。操作系统的概念在实 际操作系统中体现。
2014-9-17
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本课程学习的主要问题
操作系统是干什么的？ 操作系统是如何干的？ 不是教你如何使用windows,也不是学习完本课程 后就可以设计一个复杂操作系统了。 本学期主要学习前七章，重点2、3、4、5、6章。
WINDOWS操作系统课件
WINDOWS操作系统课件WINDOWS操作系统课件第一章：介绍1.1 操作系统简介1.2 WINDOWS操作系统的历史1.3 WINDOWS操作系统的发展第二章：安装和配置WINDOWS操作系统2.1 硬件要求2.2 安装WINDOWS操作系统2.3 配置WINDOWS设置2.4 更新和升级WINDOWS操作系统第三章：WINDOWS桌面3.1 桌面界面介绍3.2 任务栏和开始菜单3.3 桌面图标的管理3.4 窗口的移动和调整大小第四章：文件和文件夹的管理4.1 文件和文件夹的基本概念4.2 创建、复制和删除文件和文件夹4.3 文件和文件夹的重命名4.4 文件和文件夹的属性管理第五章：应用程序的使用5.1 常用应用程序介绍5.2 管理应用程序5.3 安装和卸载应用程序5.4 应用程序的设置和配置第六章：系统设置和管理6.1 控制面板的使用6.2 用户账户和权限管理6.3 系统维护和优化6.4 安全设置和防管理第七章：网络和互联网7.1 网络的基本概念和配置7.2 网络连接和共享7.3 浏览器的使用和配置7.4 互联网的安全和隐私设置第八章：故障排除和系统恢复8.1 错误消息和故障排除8.2 系统恢复和备份8.3 系统恢复选项的使用8.4 恢复和重装WINDOWS操作系统附件：1、附件1：WINDOWS操作系统的安装教程视频2、附件2：常用WINDOWS软件推荐列表3、附件3：常见问题解答集锦文档法律名词及注释：1、版权法：保护作品的知识产权，规定了著作权人的权利和义务。
2、用户许可协议（EULA）：指使用软件的用户与软件开发商之间的法律协议。
3、数字版权管理（DRM）：一种技术保护措施，防止非法复制和使用数字内容。
操作系统第一章详解(考研)精品PPT课件
第一章 操作系统引论
1.1.2 操作系统的作用
1. OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口
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、可靠地操纵计算机硬件和 运行自己的程序。
第一章 操作系统引论
(3) 图形、窗口方式：用户通过屏幕上的窗口和 图标来实现与OS的通信，并取得它的服务。（用户 接口）
第一章 操作系统引论
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1-1 OS作为接口的示意图
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者
计算机系统资源： 硬件：处理器
I/O软 件 物理接口
硬件 虚机器
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
第一章 操作系统引论
3. OS实现了对计算机资源的抽象
同样，可以再覆盖一层用于文件管理的软 件，由它来实现对文件操作的细节，并向 上提供一组对文件进行存取操作的命令， 方便用户对文件进行存取。
由此可见，OS是铺设在计算机硬件上的 多层系统软件，它们不仅增强了系统的功 能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由 它们实现了对计算机硬件操作的多个层次 的抽象。
第一章 操作系统引论
外围机（卫星机）
外围机：专门用于与I/O设备打交道，完 成面向用户的输入输出（纸带或卡片）， 中间结果暂存在磁带或磁盘上。
第一章 操作系统引论
1.1.1 操作系统的目标
有效性：提高系统资源的利用率；提高系 统的吞吐量（指系统在单位时间内所完成 的总工作量）。
方便性：配置操作系统后可使计算机系统 更容易使用。
《unix-os教学课件》第一章-绪论
1.2.2 处理器单元——指令处理操作
❖取指令期
CU将指令从内存读到CPU的指令寄存器 CU增加指令指针寄存器的值，以指向内存中下一条指令
的位置 CU给ALU发信号，通知ALU执行该指令
1.2.2 处理器单元——指令处理操作
❖指令执行期
ALU访问指令寄存器中的指令操作码，以确定要执行的 功能并得到指令的输入数据
（3）
: 为一次只执行一个进程设计Leabharlann ，用于单用户环境（4）
: 一次能执行一个用户的多个程序
（5）
: 多个用户可以使用同一个主机
（6）理解分时和虚拟空间的概念
3、UNIX系统的主要特性 了解
❖ 可移植性 可运行各种类型的计算机上，支持不同的硬件
❖ 多用户性能 多个用户同时共享计算机资源
❖ 多任务性能 允许多个任务同时运行，前台、后台
❖ 寄存器、内存、外部存储器的区别
存储器类型
在系统中的位置
寄存器 速度最快的是？
内存
外部存储器
用途 存储哪些数据？
1.2 计算机硬件
❖1.2.5 输出设备 显示器、打印机、声音设备、绘图仪等
1.2 计算机硬件
❖1.2.6 性能评价指标 针对每台计算机的组成部件、各部件间的通信能力 和所有性能指标的综合测量 CPU速度: 指令的执行速度，MIPS/MFLOPS 访问时间: 反映CPU从存储器或I/O设备检索数据 的速度，us/ns 通道容量: 数据传输速率反映CPU与设备间的通 信通道支持的数据传输能力 总体性能指标: 指CPU速度、存储器和I/O设备的 访问时间，以及存储器和I/O设备与CPU间传送 通道的通道容量的综合。
补充1：Unix/Linux环境搭建
《操作系统安全》第一章_绪论
第一章 緒論
1.1 操作系統面臨的安全威脅
資訊安全的發展過程
通信保密階段 電腦安全階段 資訊安全階段 資訊安全保障階段
操作系統安全威脅
按照安全威脅的途徑來分：
• • • • • • 不合理的授權機制 不恰當的代碼執行 不恰當的主體控制 不安全的進程間通信 網路協議的安全漏洞 服務的不當配置
1.2 操作系統安全和資訊系統安全
操作系統完成以下功能
用戶標識和身份鑒別 存取控制 審計
操作系統安全威脅
安全威脅的主要表現形式：
• • • • • 病毒 駭客攻擊 蠕蟲 邏輯炸彈 後門
1.2 操作系統安全和資訊系統安全
操作系統的安全性在電腦資訊系統的整體安全性中具有至關重要的作用。 目標
保證自身的安全性和完整性 按安全策略對用戶在系統中的操作進行存取控制 防止用戶對電腦中資訊的非法存取 保證系統中資訊的安全性（保密性和完整性）பைடு நூலகம்
1.1 操作系統面臨的安全威脅
資訊安全的發展過程
通信保密階段 電腦安全階段 資訊安全階段 資訊安全保障階段
操作系統安全威脅
按照安全威脅的途徑來分：
• • • • • • 不合理的授權機制 不恰當的代碼執行 不恰當的主體控制 不安全的進程間通信 網路協議的安全漏洞 服務的不當配置
1.2 操作系統安全和資訊系統安全
操作系統完成以下功能
用戶標識和身份鑒別 存取控制 審計
操作系統安全威脅
安全威脅的主要表現形式：
• • • • • 病毒 駭客攻擊 蠕蟲 邏輯炸彈 後門
1.2 操作系統安全和資訊系統安全
操作系統的安全性在電腦資訊系統的整體安全性中具有至關重要的作用。 目標
保證自身的安全性和完整性 按安全策略對用戶在系統中的操作進行存取控制 防止用戶對電腦中資訊的非法存取 保證系統中資訊的安全性（保密性和完整性）பைடு நூலகம்
操作系统-第一章-概述
操作系统-第⼀章-概述1.1 操作系统的概念、功能和⽬标概念操作系统(Operating System，OS)是指 控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的⼯作和资源的分配，为⽤户和其他软件提供⽅便的接⼝和环境 的程序集合。
它是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和⽬标①操作系统是系统资源的管理者②向上提供⽅便易⽤的服务③是最接近硬件的⼀层软件①操作系统是系统资源的管理者（管理功能）作为系统资源的管理者，其⽬标是安全、⾼效，提供的功能有：处理机管理管理处理机的分配与运⾏，解决冲突问题，可以理解为对进程的管理进程管理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度存储器管理为了提⾼多道程序运⾏效率，⽅便⽤户使⽤内存分配、地址映射、内存保护、共享和内存扩充⽂件管理操作系统负责管理⽂件的系统称为⽂件系统⽂件存储空间的管理、⽬录管理、⽂件读写管理和保护设备管理完成⽤户的IO请求，⽅便⽤户使⽤设备，提⾼设备的利⽤率缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备②向上提供⽅便易⽤的服务（接⼝功能）操作系统为⽤户和软件提供服务，通过提供接⼝来完成：命令接⼝联机控制⽅式：交互式命令接⼝，适⽤于分时或者实时系统，就像⼈与机器对话⼀样。
(⽤户说⼀句，系统跟着做⼀句)脱机控制⽅式：批处理命令接⼝，提交⼀组作业，系统进⾏处理，⽤户不能⼲预作业的运⾏。
(⽤户说⼀堆，系统跟着做⼀堆)程序接⼝由⼀组系统调⽤命令组成(也称作系统调⽤或者⼴义指令)可以在程序中进⾏系统调⽤来使⽤程序接⼝。
普通⽤户不能直接使⽤程序接⼝，只能通过程序代码间接使⽤。
此外还有GUI图形⽤户界⾯，可以说 命令接⼝和GUI是直接给⽤户使⽤的，⽽程序接⼝是给软件或是程序员使⽤的。
③是最接近硬件的⼀层软件（扩充机器）作为最接近硬件的⼀层软件，操作系统需要实现对硬件机器的扩展，将CPU、内存、磁盘、显⽰器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能。
计算机操作系统第一章操作系统引论PPT课件
OS工作方式 OS内部算法与数据结构 设计OS过程中的问题与解决方案，折中权衡 为什么研究操作系统如何工作？ 效率 功能
5
பைடு நூலகம்学环节
课堂讲授与讨论 课后自学 课后作业 考试
教学内容
第一章 ~~第六章
6
学习收获
1. 对操作系统的基本概念、基本结构及设计方法有一 定的认识，具备初步的分析与解决问题能力。
2．方便用户
批处理→交互型→分时；命令行交互→GUI
3．器件的不断更新换代
微电子技术是推动计算机技术飞速发展的“引擎”
4．计算机体系结构的不断发展
多处理机系统出现 ：多处理机OS与并行OS 网络出现与发展 ：分布式操作系统和网络操作系统
15
1.2 操作系统的发展过程
操作系统的四个发展阶段：
1946年－ 50 50年代末－60年代中期：晶体管时代，批处理系统。 60年代中－ 70年代中后期：集成电路时代，多道程序设计，
它是这样一些程序模块的集合： 它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合 理的组织计算机工作流程，控制程序的执行并向用户提 供各种服务功能。同时为用户提供一个功能强大,使用 方便和可扩展的工作环境，使整个计算机系统能高效地 运行。
8
本章内容
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计
以操作系统的五大功能（进程管理，处理机调度，存 储管理，文件系统，设备管理）为主，讲解操作系统作 为管理计算机系统资源的一组软件的工作原理，加深学 生对计算机资源的理解，能够从资源管理的角度领会操 作系统的功能和实现过程，具备操作系统的整体概念。
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பைடு நூலகம்学环节
课堂讲授与讨论 课后自学 课后作业 考试
教学内容
第一章 ~~第六章
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学习收获
1. 对操作系统的基本概念、基本结构及设计方法有一 定的认识，具备初步的分析与解决问题能力。
2．方便用户
批处理→交互型→分时；命令行交互→GUI
3．器件的不断更新换代
微电子技术是推动计算机技术飞速发展的“引擎”
4．计算机体系结构的不断发展
多处理机系统出现 ：多处理机OS与并行OS 网络出现与发展 ：分布式操作系统和网络操作系统
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1.2 操作系统的发展过程
操作系统的四个发展阶段：
1946年－ 50 50年代末－60年代中期：晶体管时代，批处理系统。 60年代中－ 70年代中后期：集成电路时代，多道程序设计，
它是这样一些程序模块的集合： 它们管理和控制计算机系统中的硬件及软件资源，合 理的组织计算机工作流程，控制程序的执行并向用户提 供各种服务功能。同时为用户提供一个功能强大,使用 方便和可扩展的工作环境，使整个计算机系统能高效地 运行。
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本章内容
1.1 操作系统的目标和作用 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计
以操作系统的五大功能（进程管理，处理机调度，存 储管理，文件系统，设备管理）为主，讲解操作系统作 为管理计算机系统资源的一组软件的工作原理，加深学 生对计算机资源的理解，能够从资源管理的角度领会操 作系统的功能和实现过程，具备操作系统的整体概念。
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操作系统-页面置换算法课件
2
第一章 操作系统引论
图5-3 利用最佳页面置换算法时的置换图
3
第一章 操作系统引论
2. 先进先出(FIFO)页面置换算法 FIFO算法是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先 进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以 淘汰。该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面 按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指 针，使它总是指向最老的页面。但该算法与进程实际运行的 规律不相适应，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如， 含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能 保证这些页面不被淘汰。
9
第一章 操作系统引论
图5-6 某进程具有8个页面时的LRU访问情况
10
第一章 操作系统引论
2) 栈 可利用一个特殊的栈保存当前使用的各个页面的页面号。 每当进程访问某页面时，便将该页面的页面号从栈中移出， 将它压入栈顶。因此，栈顶始终是最新被访问页面的编号， 而栈底则是最近最久未使用页面的页面号。假定现有一进程， 它分有五个物理块，所访问的页面的页面号序列为：
4
第一章 操作系统引论
图5-4 利用FIFO置换算法时的置换图
5
第一章 操作系统引论
5.3.2 最近最久未使用和最少使用置换算法 1. LRU(Least Recently Used)置换算法的描述 FIFO置换算法的性能之所以较差，是因为它所依据的条
件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反 映页面的使用情况。最近最久未使用(LRU)的页面置换算法 是根据页面调入内存后的使用情况做出决策的。
1
第一章 操作系统引论
5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法 1. 最佳(Optimal)置换算法 最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的
第一章 操作系统引论
图5-3 利用最佳页面置换算法时的置换图
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第一章 操作系统引论
2. 先进先出(FIFO)页面置换算法 FIFO算法是最早出现的置换算法。该算法总是淘汰最先 进入内存的页面，即选择在内存中驻留时间最久的页面予以 淘汰。该算法实现简单，只需把一个进程已调入内存的页面 按先后次序链接成一个队列，并设置一个指针，称为替换指 针，使它总是指向最老的页面。但该算法与进程实际运行的 规律不相适应，因为在进程中，有些页面经常被访问，比如， 含有全局变量、常用函数、例程等的页面，FIFO算法并不能 保证这些页面不被淘汰。
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第一章 操作系统引论
图5-6 某进程具有8个页面时的LRU访问情况
10
第一章 操作系统引论
2) 栈 可利用一个特殊的栈保存当前使用的各个页面的页面号。 每当进程访问某页面时，便将该页面的页面号从栈中移出， 将它压入栈顶。因此，栈顶始终是最新被访问页面的编号， 而栈底则是最近最久未使用页面的页面号。假定现有一进程， 它分有五个物理块，所访问的页面的页面号序列为：
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第一章 操作系统引论
图5-4 利用FIFO置换算法时的置换图
5
第一章 操作系统引论
5.3.2 最近最久未使用和最少使用置换算法 1. LRU(Least Recently Used)置换算法的描述 FIFO置换算法的性能之所以较差，是因为它所依据的条
件是各个页面调入内存的时间，而页面调入的先后并不能反 映页面的使用情况。最近最久未使用(LRU)的页面置换算法 是根据页面调入内存后的使用情况做出决策的。
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第一章 操作系统引论
5.3.1 最佳置换算法和先进先出置换算法 1. 最佳(Optimal)置换算法 最佳置换算法是由Belady于1966年提出的一种理论上的
UbuntuLinux操作系统(微课版)第一章Ubuntu概述、安装与基本操作ppt课件
? Ubuntu的诞生与发展 ? Ubuntu首个版本于2004年10月20日发布。 ? 2005年7月8日Canonical有限公司宣布成立Ubuntu基金会。 ? Ubuntu旨在为广大用户提供一个最新的、同时又相当稳定的， 主要由自由软件构建而成的操作系统。
? Ubuntu每半年发行一个新的版本，版本号由发布年月组成。 ? Ubuntu遵循着自由软件的精神，出现衍生版本。 优麒麟（Ubuntu Kylin）
? 发行版本
1.1 Linux 与Ubuntu
Ubuntu Linux
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 8
? Ubuntu的父版本Debian ? Debian是极为精简的Linux发行版，操作环境干净，安装步骤简易。 ? Ubuntu继承Debian的优点，集成在Debian下经过测试的优秀自由软件。
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
常用的图形界面应用程序
? 软件和更新 ? 设置更新选项
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 30
? 软件更新器
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
桌面个性化设置 ? Ubuntu系统设置界面
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 31
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
桌面个性化设置
? 网络设置 ? 网络连接详细信息
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 37
? 网络连接的IPv4设置
内容 导航
CONTENTS
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 38
Linux 与Ubuntu 安装Ubuntu 操作系统 熟悉Ubuntu 桌面环境 Linux 命令行界面 Shell 基础 Linux 命令行使用 使用文本编辑器
? Ubuntu每半年发行一个新的版本，版本号由发布年月组成。 ? Ubuntu遵循着自由软件的精神，出现衍生版本。 优麒麟（Ubuntu Kylin）
? 发行版本
1.1 Linux 与Ubuntu
Ubuntu Linux
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 8
? Ubuntu的父版本Debian ? Debian是极为精简的Linux发行版，操作环境干净，安装步骤简易。 ? Ubuntu继承Debian的优点，集成在Debian下经过测试的优秀自由软件。
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
常用的图形界面应用程序
? 软件和更新 ? 设置更新选项
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 30
? 软件更新器
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
桌面个性化设置 ? Ubuntu系统设置界面
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 31
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
1.3 熟悉Ubuntu桌面环境
桌面个性化设置
? 网络设置 ? 网络连接详细信息
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 37
? 网络连接的IPv4设置
内容 导航
CONTENTS
第1章 Ubuntu概述、安装与基本操作 38
Linux 与Ubuntu 安装Ubuntu 操作系统 熟悉Ubuntu 桌面环境 Linux 命令行界面 Shell 基础 Linux 命令行使用 使用文本编辑器
第一章操作系统引论
推动操作系统发展的主要动力
不断提高计算机资源利用率： 方便用户： 器件的不断更新换代： 计算机体系结构的不断发展： 不断提出新的应用需求：
1.2操作系统的发展过程
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理 OS；60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推 出分时系统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS 也相继问世。20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系 结构大发展的年代，导致了微型机、多处理机和计算机 网络的诞生和发展，与此相应地，也相继开发出了微机 OS、多处理机OS和网络OS，并得到极为迅猛的发展。
多道批处理系统是一种十分有效，但又非常复杂的系统， 为使系统中的多道程序间能协调地运行，系统必须解决下述 一系列问题：
(1) 处理机争用问题。既要能满足各道程序运行的需要， 又要能提高处理机的利用率。
(2) 内存分配和保护问题。系统应能为每道程序分配必 要的内存空间，使它们“各得其所”，且不会因某道程序出 现异常情况而破坏其它程序。
(5) 作业管理问题。系统中存在着各种作业(应用程序)， 系统应能对系统中所有的作业进行合理的组织，以满足这些 作业用户的不同要求。
(6) 用户与系统的接口问题。为使用户能方便的使用操作 系统，OS还应提供用户与OS之间的接口。
4、分时系统(Time Sharing System)
分时系统的引入：
前面所介绍的多道批处理系统、分时系统和实 时系统这三种基本操作系统都具有各自不同的特征， 如批处理系统有着高的资源利用率和系统吞吐量； 分时系统能获得及时响应；实时系统具有实时特征。 除此之外，它们还共同具有并发、共享、虚拟和异 步四个基本特征。
并发
并行与并发：
并行性：多个事件在同一时刻发生 并发性：多个事件在同一时间间隔内发生。
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第一章 操作系统引论
电子科技大学计算机学院 伍永红
主要内容
操作系统的目标、作用和模型
操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 OS（Operating Systems)的主要功能 OS的结构设计
操作系统引论
1.1
操作系统的目标、作用和模型
操作系统概念
٭一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地
1.无结构操作系统
٭ 一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统 结构。 缺点：逻辑复杂，维护困难.
٭
操作系统引论
传统的操作系统结构（2） 2、模块化操作系统
٭ 通过分解来控制大型软件复杂度。 ▪ 如：进程模块、内存模块…，各模块内进一步划分 子模块。 ٭优点： ▪ 提高了OS设计的可维护性 ▪ 增强的OS的可适应性 ▪ 加速了OS的开发过程：并行开发模块 ٭缺点： ▪ 接口不易确定 ▪ 模块依赖关系可能复杂（对于大型软件而言）
操作系统引论
OS的主要功能(10) 1.4.5 用户接口 ٭一、命令接口
▪ 由一组“命令”集组成，分为联机和脱机用户接 口
▪ 1.联机用户接口
–由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成
▪ 2.脱机（批处理用户接口）
–用JCL写作业说明书
操作系统引论
OS的主要功能(11)
二、程序接口
٭系统调用 ٭高级语言的库函数
2. 有效性
3. 可扩充性
٭ ٭
4. 开放性
操作系统引论
1.1.2
操作系统的作用(1)
作为用户与计算机硬件系统之间的接口
用户 程序员
系统设计者
应用程序及实用程序 系统调用，命令，图标，窗口 操作系统 计算机硬件
图1－1 OS作为接口的从层状示意图
操作系统引论
下面关于UNIX系统中用户接口的描述正确的是（ a ）。 A.shell命令是用户与UNIX系统的接口 B.终端用户可以直接使用系统调用取得操作系统服务 C.终端用户通过trap指令可以取得UNIX系统的服务 D.用户程序通过shell命令使用系统，终端用户通过系统调用 使用系统 请简述：系统调有与一般过程调用有什么差别？ 答:(1)运行在不同的系统状态 （2）系统调用可能产生进程切换
图1－4
程序A 程序B
I/O请求 I/O完成 I/O请求 C再运行
I/O请求
I/O请求
I/O完成
A完成 I/O完成
程序C 程序D 调度程序
表示获得CPU
(b)四道程序运行情况
操作系统引论
多道批处理系统 (2)
需解决的问题
▪ ▪ ▪ ▪ ▪ 处理机管理问题 内存管理问题 I/O管理问题 文件管理问题 作业管理问题
对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合。
操作系统是一种_____管理程序 （1)资源 （2） 硬件 （3）软件 （4） 信息
操作系统引论
1.1.1 1. 方便性
٭
٭
操作系统的目标
计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。
使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利 用，提高系统吞吐量。 便于修改和增加功能（如何设计？）。 系统能支持世界标准规范。
٭
特征
多道性、无序性、调度性：作业调度、进程调度
٭
缺点
平均周转时间长、无交互能力
操作系统引论
图1－4
I/O中断请求
I/O中断请求
用户程序
Hale Waihona Puke 监督程序启动I/OI/O完成 结束中断
启动I/O
I/O完成 结束中断
I/O操作
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8
(a)单道程序运行情况
操作系统引论
٭ ٭ ٭
特征
操作系统引论
图1－3
开始 是 把下一个作业 的源程序转换 为目标程序
还有下一 个作业？
否
停止
是
源程序 有错吗？
否
运行目标程序
装配目标程序
操作系统引论
1.2.3
٭ ٭
多道批处理系统
基本概念
多道：系统中同时驻留多个作业 多道引入的优点： ▪ 提高CPU利用率（图1.4） ▪ 提高内存和I/O设备利用率 ▪ 提高了系统吞吐量
分时系统在实现中的关键问题
及时接收：多终端卡、输入缓冲区 及时处理：交互作业应在内存、响应时 间应短
操作系统引论
分时系统(3) 分时系统的实现方法
٭ ٭ ٭ 交互式作业直接进入内存 以分配时间片方式实现 类型： ▪ 单道分时系统 ▪ 具有前、后台的分时系统 – 仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后 台批处理作业。 ▪ 多道分时系统 – 不需要调入、出开销。
▪ 独立性，即program与设备无关性，使program易于重 定向，增加了可移植性。 ▪ 虚拟设备
操作系统引论
OS的主要功能(9)
1.4.4文件管理的功能
٭任务：方便用户，提供安全性
٭一、文件存贮空间的管理 ▪ 例：creatfile：文件系统根据文件长度自动分配连 续或离散的扇区，并提供“一句柄”表示该文件。 ٭二、目录管理 ▪ 使用户按名存取，提高速度。 ٭三、文件的读、写管理和存取控制（保护）
输入设备
外围机
磁盘
磁盘
主机
磁盘
磁盘
外围机
输出设备
操作系统引论
1.2.2
单道批处理系统
处理过程（图1.3）
٭ ٭ 监督程序（monitor） 概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且 内存中始终只保持一道作业，称为单道批处理 系统（simple batch system）。 批处理系统的引入是为了提高系统资源的利用 率和吞吐量 概念：运行控制权 自动性、顺序性、单道性
▪ 间接通信： –进程A发message到中间实体（如mailbox），进程B从中 间实体收message
操作系统引论
OS的主要功能(3)
四、调度（作业与进程） ٭作业调度： ▪ 为作业分配必要资源，调入内存建立进程， 并使之进入就绪队列。 ٭进程调度： ▪ 从就绪队列中选出进程，分配CPU，使之运 行。 ٭调度算法： ▪ FCFS、优先权等
三、图形接口
٭如 win的copy文件，采用“拖”来完成，生 动，不需记忆
操作系统引论
1.5 OS的结构设计
无结构
模块式
层次式
微内核
操作系统引论
1.5.1
软件工程的基本概念
软件： 软件工程：运用系统、规范和可定 量的方法开发、运行和维护软件。
操作系统引论
1.5.2
传统的操作系统结构
操作系统引论
分时系统(4)
٭
分时系统的特征
多路性、独立性、及时性、交互性
操作系统引论
1.2.5实时系统
引入：要求及时处理的场合 ٭概念：
▪ 系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间 内完成对该事件的处理。
٭
▪ ▪
类型
实时控制 实时信息处理
操作系统引论
实时系统(2) 实时任务类型
操作系统引论
1.1.3
操作系统发展的主要动力
不断提高计算机资源利用率的需要 ٭如批处理系统的出现 方便用户 ٭如分时交互式系统的出现 器件的不断更新换代 8 ٭位－16－32－64－... 计算机体系结构的不断发展： ٭单机OS－多机OS－网络OS－…
操作系统引论
操作系统引论
OS的主要功能(4)
1.4.2
存储管理
٭目的：方便用户使用，且提高存贮器利用率 一、内存分配 ٭静态分配： ٭动态分配：作业在内存中可移动 ٭为此，需内存分配的数据结构及内存分配和回 收功能
操作系统引论
OS的主要功能(5)
二、内存保护 ٭例：设置上、下界寄存器，每条指令进行越界检查 （一般是硬件实现） 三、地址映射 ٭地址范围 地址 ٭逻辑空间 逻辑地址相对地址（） ٭物理空间 物理地址（绝对地址）
操作系统引论
OS的主要功能(6)
四、内存扩充
٭利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量 ٭系统应有：请求调入/置换功能以支持虚存技术
操作系统引论
OS的主要功能(7)
1.4.3
设备管理功能
٭任务：提高I/O利用率和速度，方便用户
٭一、缓冲管理
▪ 缓冲区：用来解决CPU－I/O矛盾，如：CPU快则应多 创建缓冲区。
操作系统引论
传统的操作系统结构（3） 3、分层式操作系统 ٭有序分层的基本概念
▪ ▪ 可简化设计的复杂度 下层为上层提供服务
٭
▪ ▪ ▪ ▪
层次的设置应考虑的因素
程序嵌套：各模块间嵌套关系复杂 运行频率：随层次的增高，相应软件的运行速度就 随之下降 公用模块：低层 用户接口：高层
操作系统引论
1.3 操作系统的基本特征
并发
٭并行是指两或多个事件在同一时刻发生。 ٭并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。 ٭进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基 本单位。引入线程后，独立运行的单位变为线 程。
操作系统引论
操作系统的基本特征(2)
共享 ٭系统中资源可供内存中多个并发执行的进程 共同使用 ٭互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该 资源 ٭同时访问：微观上仍是互斥的
操作系统引论
关于批处理系统，以下说法错误的是 ٭它提高了计算机系统的工作效率 ٭在作业执行时用户可以直接干预作业的执行 ٭它提高了系统资源的利用率 ٭它提高了系统的吞吐率 在多道程序设计的系统中，应采用___方法保证各道程序互 不侵犯 （1）程序浮动 （2）存储保护 (3) 队列管理 （4）中断响应 ( ×)终端作业是批处理方式下作业的一种类型。
电子科技大学计算机学院 伍永红
主要内容
操作系统的目标、作用和模型
操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 OS（Operating Systems)的主要功能 OS的结构设计
操作系统引论
1.1
操作系统的目标、作用和模型
操作系统概念
٭一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地
1.无结构操作系统
٭ 一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统 结构。 缺点：逻辑复杂，维护困难.
٭
操作系统引论
传统的操作系统结构（2） 2、模块化操作系统
٭ 通过分解来控制大型软件复杂度。 ▪ 如：进程模块、内存模块…，各模块内进一步划分 子模块。 ٭优点： ▪ 提高了OS设计的可维护性 ▪ 增强的OS的可适应性 ▪ 加速了OS的开发过程：并行开发模块 ٭缺点： ▪ 接口不易确定 ▪ 模块依赖关系可能复杂（对于大型软件而言）
操作系统引论
OS的主要功能(10) 1.4.5 用户接口 ٭一、命令接口
▪ 由一组“命令”集组成，分为联机和脱机用户接 口
▪ 1.联机用户接口
–由一组键盘操作命令及命令解释程序所组成
▪ 2.脱机（批处理用户接口）
–用JCL写作业说明书
操作系统引论
OS的主要功能(11)
二、程序接口
٭系统调用 ٭高级语言的库函数
2. 有效性
3. 可扩充性
٭ ٭
4. 开放性
操作系统引论
1.1.2
操作系统的作用(1)
作为用户与计算机硬件系统之间的接口
用户 程序员
系统设计者
应用程序及实用程序 系统调用，命令，图标，窗口 操作系统 计算机硬件
图1－1 OS作为接口的从层状示意图
操作系统引论
下面关于UNIX系统中用户接口的描述正确的是（ a ）。 A.shell命令是用户与UNIX系统的接口 B.终端用户可以直接使用系统调用取得操作系统服务 C.终端用户通过trap指令可以取得UNIX系统的服务 D.用户程序通过shell命令使用系统，终端用户通过系统调用 使用系统 请简述：系统调有与一般过程调用有什么差别？ 答:(1)运行在不同的系统状态 （2）系统调用可能产生进程切换
图1－4
程序A 程序B
I/O请求 I/O完成 I/O请求 C再运行
I/O请求
I/O请求
I/O完成
A完成 I/O完成
程序C 程序D 调度程序
表示获得CPU
(b)四道程序运行情况
操作系统引论
多道批处理系统 (2)
需解决的问题
▪ ▪ ▪ ▪ ▪ 处理机管理问题 内存管理问题 I/O管理问题 文件管理问题 作业管理问题
对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合。
操作系统是一种_____管理程序 （1)资源 （2） 硬件 （3）软件 （4） 信息
操作系统引论
1.1.1 1. 方便性
٭
٭
操作系统的目标
计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。
使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利 用，提高系统吞吐量。 便于修改和增加功能（如何设计？）。 系统能支持世界标准规范。
٭
特征
多道性、无序性、调度性：作业调度、进程调度
٭
缺点
平均周转时间长、无交互能力
操作系统引论
图1－4
I/O中断请求
I/O中断请求
用户程序
Hale Waihona Puke 监督程序启动I/OI/O完成 结束中断
启动I/O
I/O完成 结束中断
I/O操作
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8
(a)单道程序运行情况
操作系统引论
٭ ٭ ٭
特征
操作系统引论
图1－3
开始 是 把下一个作业 的源程序转换 为目标程序
还有下一 个作业？
否
停止
是
源程序 有错吗？
否
运行目标程序
装配目标程序
操作系统引论
1.2.3
٭ ٭
多道批处理系统
基本概念
多道：系统中同时驻留多个作业 多道引入的优点： ▪ 提高CPU利用率（图1.4） ▪ 提高内存和I/O设备利用率 ▪ 提高了系统吞吐量
分时系统在实现中的关键问题
及时接收：多终端卡、输入缓冲区 及时处理：交互作业应在内存、响应时 间应短
操作系统引论
分时系统(3) 分时系统的实现方法
٭ ٭ ٭ 交互式作业直接进入内存 以分配时间片方式实现 类型： ▪ 单道分时系统 ▪ 具有前、后台的分时系统 – 仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后 台批处理作业。 ▪ 多道分时系统 – 不需要调入、出开销。
▪ 独立性，即program与设备无关性，使program易于重 定向，增加了可移植性。 ▪ 虚拟设备
操作系统引论
OS的主要功能(9)
1.4.4文件管理的功能
٭任务：方便用户，提供安全性
٭一、文件存贮空间的管理 ▪ 例：creatfile：文件系统根据文件长度自动分配连 续或离散的扇区，并提供“一句柄”表示该文件。 ٭二、目录管理 ▪ 使用户按名存取，提高速度。 ٭三、文件的读、写管理和存取控制（保护）
输入设备
外围机
磁盘
磁盘
主机
磁盘
磁盘
外围机
输出设备
操作系统引论
1.2.2
单道批处理系统
处理过程（图1.3）
٭ ٭ 监督程序（monitor） 概念：系统对作业的处理都是成批进行的、且 内存中始终只保持一道作业，称为单道批处理 系统（simple batch system）。 批处理系统的引入是为了提高系统资源的利用 率和吞吐量 概念：运行控制权 自动性、顺序性、单道性
▪ 间接通信： –进程A发message到中间实体（如mailbox），进程B从中 间实体收message
操作系统引论
OS的主要功能(3)
四、调度（作业与进程） ٭作业调度： ▪ 为作业分配必要资源，调入内存建立进程， 并使之进入就绪队列。 ٭进程调度： ▪ 从就绪队列中选出进程，分配CPU，使之运 行。 ٭调度算法： ▪ FCFS、优先权等
三、图形接口
٭如 win的copy文件，采用“拖”来完成，生 动，不需记忆
操作系统引论
1.5 OS的结构设计
无结构
模块式
层次式
微内核
操作系统引论
1.5.1
软件工程的基本概念
软件： 软件工程：运用系统、规范和可定 量的方法开发、运行和维护软件。
操作系统引论
1.5.2
传统的操作系统结构
操作系统引论
分时系统(4)
٭
分时系统的特征
多路性、独立性、及时性、交互性
操作系统引论
1.2.5实时系统
引入：要求及时处理的场合 ٭概念：
▪ 系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间 内完成对该事件的处理。
٭
▪ ▪
类型
实时控制 实时信息处理
操作系统引论
实时系统(2) 实时任务类型
操作系统引论
1.1.3
操作系统发展的主要动力
不断提高计算机资源利用率的需要 ٭如批处理系统的出现 方便用户 ٭如分时交互式系统的出现 器件的不断更新换代 8 ٭位－16－32－64－... 计算机体系结构的不断发展： ٭单机OS－多机OS－网络OS－…
操作系统引论
操作系统引论
OS的主要功能(4)
1.4.2
存储管理
٭目的：方便用户使用，且提高存贮器利用率 一、内存分配 ٭静态分配： ٭动态分配：作业在内存中可移动 ٭为此，需内存分配的数据结构及内存分配和回 收功能
操作系统引论
OS的主要功能(5)
二、内存保护 ٭例：设置上、下界寄存器，每条指令进行越界检查 （一般是硬件实现） 三、地址映射 ٭地址范围 地址 ٭逻辑空间 逻辑地址相对地址（） ٭物理空间 物理地址（绝对地址）
操作系统引论
OS的主要功能(6)
四、内存扩充
٭利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量 ٭系统应有：请求调入/置换功能以支持虚存技术
操作系统引论
OS的主要功能(7)
1.4.3
设备管理功能
٭任务：提高I/O利用率和速度，方便用户
٭一、缓冲管理
▪ 缓冲区：用来解决CPU－I/O矛盾，如：CPU快则应多 创建缓冲区。
操作系统引论
传统的操作系统结构（3） 3、分层式操作系统 ٭有序分层的基本概念
▪ ▪ 可简化设计的复杂度 下层为上层提供服务
٭
▪ ▪ ▪ ▪
层次的设置应考虑的因素
程序嵌套：各模块间嵌套关系复杂 运行频率：随层次的增高，相应软件的运行速度就 随之下降 公用模块：低层 用户接口：高层
操作系统引论
1.3 操作系统的基本特征
并发
٭并行是指两或多个事件在同一时刻发生。 ٭并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。 ٭进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基 本单位。引入线程后，独立运行的单位变为线 程。
操作系统引论
操作系统的基本特征(2)
共享 ٭系统中资源可供内存中多个并发执行的进程 共同使用 ٭互斥共享：一段时间只允许一个进程访问该 资源 ٭同时访问：微观上仍是互斥的
操作系统引论
关于批处理系统，以下说法错误的是 ٭它提高了计算机系统的工作效率 ٭在作业执行时用户可以直接干预作业的执行 ٭它提高了系统资源的利用率 ٭它提高了系统的吞吐率 在多道程序设计的系统中，应采用___方法保证各道程序互 不侵犯 （1）程序浮动 （2）存储保护 (3) 队列管理 （4）中断响应 ( ×)终端作业是批处理方式下作业的一种类型。