操作系统原理(课件PPT)
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操作系统功能
• 管理应用程序的执行 • 管理CPU • 管理内存 • 管理输入输出设备 • 管理文件和文件系统
操作系统特点
• 共享性 • 并行性
网络操作系统
• 网络操作系统特殊作用 • 网络NETBIOS • 计算机和通信技术结合
学习此课程作用
• 操作系统对提高编程能力 的作用
• 操作系统对排除微机故障 的作用
超线程
• 超线程的概念 • 超线程管理的实现
作业、进程和线程的调度
• 谁来调度 • FIFO和问题 • 按优先级调度 • 时间片轮转调度 • 最短进程调度 • 最短剩余时间优先调度 • 最高响应比优先调度 • 多级反馈队列调度
操作系统运行应用程序原理
• 三个硬件：输入井、内存 和CPU
• 三个软件：作业、进程和 线程
分布式操作系统
• 概念 •特点 • 需要解决问题
概述
操作系统概念
• 启动微机 • 管理微机软硬件资源 • 为用户提供操作界面
1
启动微机
• 标准设备驱动程序装入 • 运行自检程序 • 装入256个中断服务程序 • 启动操作系统软件
管理微机软硬件资源
• 管理全部硬件资源 • 管理全部软件资源
提供操作界面
• DOS操作界面: DOS提示符 • UNIX操作界面: “&”提示符 • WINDOWS操作界面: 桌面
CPU
不可屏蔽
中断
执行中 断
中断服务程 序
中断控制 器
可屏蔽中 断
I/O设备
BIOS中 中断服务 程序
内
存
中断向量 表
服务程序 地址
服务程序 地址
服务程 序
服务程 序
计算机操作系统原理PPT课件
7
三、推动操作系统发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率 2、方便用户 3、器件的不断更新换代 4、计算机体系结构的不断发展。
8
1.2 操作系统的发展过程
一、无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代）
• 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 • 【工作方式】：
一、并发性(concurrency)
多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的 并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并 行(parallel)是指在同一时刻发生。 – 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替
执行（在单处理器情况下） 。 – 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
9
2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输
出，具体参照P5 图1-2
10
二、单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，
由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完 成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性
– 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时 间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理， 并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机 订票系统, 期货、股票交易系统等。
17
3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性
18
1.3操作系统的基本特性
– 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片； • 【计算机的工作特点】： – 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
三、推动操作系统发展的主要动力
1、不断提高计算机资源利用率 2、方便用户 3、器件的不断更新换代 4、计算机体系结构的不断发展。
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1.2 操作系统的发展过程
一、无操作系统的计算机系统
1、人工操作方式 （1946 ~ 50年代，电子管时代）
• 【特点】：计算机资源昂贵 ，没有操作系统 • 【工作方式】：
一、并发性(concurrency)
多个事件在同一时间段内发生。操作系统是一 个并发系统，各进程间的并发，系统与应用间的 并发。操作系统要完成这些并发过程的管理。并 行(parallel)是指在同一时刻发生。 – 在多道程序处理时，宏观上并发，微观上交替
执行（在单处理器情况下） 。 – 程序的静态实体是可执行文件，而动态实体是
– 计算机处理能力的提高，手工操作的低效率 – 用户独占全机的所有资源；
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2、脱机输入/输出方式 引入外围机控制数据的提前录入和延后输
出，具体参照P5 图1-2
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二、单道批处理系统
1、单道批处理系统的处理过程 引入监督程序，成批的作业首先在外存排队等待，
由监督程序负责将每一个作业装入内存，处理完 成后，再掉调入下一个作业，直至运行完毕。 2、单道批处理系统的特征 自动性 顺序性 单道性
– 实时信息处理系统：要求计算机能够在容许的延迟时 间内，相应外部的事件请求，完成对该事件的处理， 并控制所有的实时设备和实时任务协调运行。如飞机 订票系统, 期货、股票交易系统等。
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3、实时系统与分时系统的比较 （1）多路性 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性 （5）高可靠性
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1.3操作系统的基本特性
– 用户：用户既是程序员、操作员，还是计算机专业人员； – 编程语言：为机器语言； – 输入输出：纸带或卡片； • 【计算机的工作特点】： – 用户独占全机：用户独占计算机所有资源，资源利用率低； – CPU等待用户：计算前，手工装入纸带或卡片；计算完成后，手工
操作系统原理课件ppt
总结词
进程是程序的一次执行，具有动态性、 独立性和制约性。
VS
详细描述
进程是程序在计算机上的一次执行过程， 它具有动态性，即进程的状态可以在运行 过程中改变；同时，进程具有独立性，即 每个进程都有独立的内存空间和系统资源 ；此外，进程之间存在制约性，即进程的 执行需要遵循一定的顺序和规则。
进程的创建和终止
总结词
进程调度是操作系统根据一定的算法选择下 一个要执行的进程，进程切换是保存和恢复 进程的状态。
详细描述
进程调度是操作系统的一项重要任务，它根 据一定的算法（如先来先服务、最短作业优 先等）选择下一个要执行的进程。当一个进 程正在运行时，如果发生中断或需要切换到 另一个进程，操作系统会保存当前进程的状 态（上下文），恢复下一个要执行的进程的 状态，完成进程切换。
内存管理策略
根据不同的需求和应用场 景，选择合适的内存管理 策略，如页面置换算法等 。
04
文件系统
文件系统的概念和功能
文件系统的概念
文件系统是操作系统中用于管理文件 存储空间和文件访问控制的一种机制 。它提供了一种组织和管理文件的方 式，使得用户可以方便地创建、删除 、修改和查找文件。
文件系统的功能
05
设备管理
设备管理的概念和功能
设备管理概念
设备管理是操作系统中负责管理外部设备（如硬盘、 显示器、键盘等）的子系统。它负责设备的初始化、 分配、使用和释放等任务，确保设备能够高效、安全 地为应用程序提供服务。
设备管理功能
设备管理的主要功能包括设备的分配、设备的启动和 关闭、设备的输入和输出控制、设备的同步和异步操 作以及设备的缓冲管理等。
文件系统主要提供了文件的存储、检 索和管理功能。它还负责文件的权限 控制和安全保护，以确保文件的完整 性和机密性。
操作系统原理课件
次只有一道程序，因此各个程序是按次序执 行的，即执行完一个以后，再执行下一个。 （2）封闭性：独占全部资源，计算机的状态只 由于该程序的控制逻辑所决定 （3）可再现性：结果的再现性，初始条件相同 则结果相同。
4
第三章 进 程 管 理
程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
I1
I2
I3
I4
C1
C2
① 进程状态，指明进程的当前状态， 作为进程调度和对 换时的依据；
② 进程优先级，用于描述进程使用处理机的优先级别的一 个整数， 优先级高的进程应优先获得处理机；
③ 进程调度所需的其它信息，它们与所采用的进程调度算 法有关，比如，进程已等待CPU的时间总和、 进程已执 行的时间总和等；
26
第三章 进 程 管 理
PCB随进程的创建而填写，随进程的撤消而释放； 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感 知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的 PCB结构常驻内存；系统将所有PCB组织成若干个队 列，存放在操作系统中专门开辟的PCB区内。
27
第三章 进 程 管 理
2. 进程控制块中的信息
2.共享正文段 用高级语言编写的程序一般是可重入的“纯代
码”，也即是它可以被多个进程并发地执行的。 共享正文段不限于包括程序，还可包括不可修改
的常数。 用户用C语言所编的程序经编译后产生的代码也
是作为共享正文段装入内存的
18
第三章 进 程 管 理
3.数据区 进程执行时用到的数据，如C程序中的外部变量
2
第三章 进 程 管 理
程序 1. 程序：是一个在时间上严格有序的指令集合。 2. 程序规定了完成某一任务时，计算机所需做
的各种操作，以及这些操作的执行时间。 3. 程序的顺序执行：具有独立功能的程序独占
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第三章 进 程 管 理
程序的并发执行及其特征
1. 程序的并发执行
I1
I2
I3
I4
C1
C2
① 进程状态，指明进程的当前状态， 作为进程调度和对 换时的依据；
② 进程优先级，用于描述进程使用处理机的优先级别的一 个整数， 优先级高的进程应优先获得处理机；
③ 进程调度所需的其它信息，它们与所采用的进程调度算 法有关，比如，进程已等待CPU的时间总和、 进程已执 行的时间总和等；
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第三章 进 程 管 理
PCB随进程的创建而填写，随进程的撤消而释放； 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感 知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的 PCB结构常驻内存；系统将所有PCB组织成若干个队 列，存放在操作系统中专门开辟的PCB区内。
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第三章 进 程 管 理
2. 进程控制块中的信息
2.共享正文段 用高级语言编写的程序一般是可重入的“纯代
码”，也即是它可以被多个进程并发地执行的。 共享正文段不限于包括程序，还可包括不可修改
的常数。 用户用C语言所编的程序经编译后产生的代码也
是作为共享正文段装入内存的
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第三章 进 程 管 理
3.数据区 进程执行时用到的数据，如C程序中的外部变量
2
第三章 进 程 管 理
程序 1. 程序：是一个在时间上严格有序的指令集合。 2. 程序规定了完成某一任务时，计算机所需做
的各种操作，以及这些操作的执行时间。 3. 程序的顺序执行：具有独立功能的程序独占
操作系统原理ppt课件
单缓冲、双缓冲、循环缓冲、缓冲 池等。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
03
02
缓冲区的作用
缓解CPU与外设之间速度不匹配的 矛盾，提高数据传输效率。
缓冲区的管理策略
缓冲区分配、缓冲区回收、缓冲区 满和空的处理等。
04
06
现代操作系统技术
微内核操作系统
微内核架构
微内核仅包含最基本的 功能，如进程调度、内 存管理和进程间通信等 ，其他服务以用户态进 程形式存在。
操作系统的分类与发展
分类
根据使用环境和应用需求，操作系统 可分为批处理系统、分时系统、实时 系统、网络操作系统等。
发展
随着计算机技术的飞速发展，操作系 统也在不断演进，从早期的简单批处 理系统发展到现代的多用户、多任务 、多媒体操作系统。
操作系统的基本特征
并发性
共享性
操作系统可以同时处理多个任务或事件。
I/O控制方式
程序直接控制方式
CPU直接控制外设，进行数据 的输入输出操作。
中断控制方式
外设准备就绪后，向CPU发出 中断请求，CPU响应中断后进 行数据传输。
DMA控制方式
在外设和内存之间开辟直接的 数据交换通道，减少CPU的干 预。
通道控制方式
CPU通过通道来控制外设，实 现更高效的数据传输。
请求分段存储管理
在段式存储管理的基础上，增加请求调段和段置换功能。
请求分页存储管理
在页式存储管理的基础上，增加请求调页和页面置换功能 。
虚拟存储的优缺点
扩大内存容量、提高内存利用率、方便用户编程等；但需 要额外的软硬件支持、可能增加系统开销等。
04
文件管理
文件与文件系统
文件的概念
文件是存储在外部介质上的数据集合，是操作系统进行管理和操作 的基本单位。
Windows操作系统原理讲座精品PPT课件
交互式分时处理
•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
•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
windows操作系统原理ppt
对象头部属性
对象名（Object name） 对象目录（directory in which object live） 安全描述字（access security descriptor） 配额使用价格（resource quota charges） 打开把柄记数（open handle counter） 打开把柄数据库（open handle database） 永久/临时（permanent／temporary） 核心/用户模式（kernel/user mode） 访问记数（reference counts） 对象类型指针（type object pointer）
11.3 操作系统体系结构
操作系统组成成分
– 主动成分：进程，线程 – 被动成分：模块，对象
基于共享变量的体系结构 基于消息通讯的体系结构 微内核结构
成分间的关系
1. 主动-主动 主动 消 息 主动 主动 主动
公共变量 2. 主动-被动 主动 主动 主动
被动
被动
被动
成分间的关系
被动-被动 主动 主动 主动
4. 分层原则 (1) 与界面有关的放在高层 (2) 与硬件有关的放在低层 (3) 并发控制放较低层 (4) 其它放在中层
分层实例 6层 5层 4层 3层 2层 1层 0层 SPOOLing系统 作业调度 终端命令
系统调用（OS API） 进程(线程)管理 虚拟存储 内存管理
中断处理 短程调度
高级通讯 文件管理 设备管理
第十一章 操作系统设计
操作系统设计目标 操作系统基本内核 操作系统体系结构
– 基于公共变量的结构 – 基于消息传递的结构 – 微内核结构
操作系统设计方法
– 模块接口法 – 核扩充法 – 层次化方法 – 面向对象方法
操作系统原理课件
目录是文件系统中存储文件信息的数据库，它记录了文件的名字、位置、大小、 创建时间等信息。
目录结构
常见的目录结构有单级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。多级目录结构 又称为树形目录结构，它以根目录为起点，各级子目录为分支，构成一棵倒置的 树。
文件操作与访问权限
文件操作
常见的文件操作包括创建文件、打开 文件、读/写文件、关闭文件和删除 文件等。
通过身份认证和权限管理，控制用户对系统资源的访问。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控制、基于角色的访问控制等。
访问控制的应用场景
文件系统保护、网络访问控制、数据库安全等。
加密技术
加密技术的基本概 念
通过加密算法将明文转换为密文，以保护数据的机密性。
加密技术的分类
对称加密、非对称加密、混合加密等。
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统通常会对文件的访问权限进行 控制。访问权限一般分为读权限、写 权限和执行权限三种。
文件共享与保护机制
文件共享
多个用户或进程可以同时访问同一个文件，这称为文件的共 享。为了实现文件共享，操作系统需要提供相应的共享机制 ，如基于索引节点的共享方式。
文件保护
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程分配一个时间片，轮 流执行。
进程同步与通信
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确的执行顺序和结果。常见的同步 机制有信号量、管程和消息传递等。
为了防止对文件的非法访问和破坏，操作系统需要采取一定 的保护措施。常见的文件保护机制有口令保护、加密保护和 访问控制列表（ACL）等。
目录结构
常见的目录结构有单级目录结构、二级目录结构和多级目录结构。多级目录结构 又称为树形目录结构，它以根目录为起点，各级子目录为分支，构成一棵倒置的 树。
文件操作与访问权限
文件操作
常见的文件操作包括创建文件、打开 文件、读/写文件、关闭文件和删除 文件等。
通过身份认证和权限管理，控制用户对系统资源的访问。
访问控制的实现方式
自主访问控制、强制访问控制、基于角色的访问控制等。
访问控制的应用场景
文件系统保护、网络访问控制、数据库安全等。
加密技术
加密技术的基本概 念
通过加密算法将明文转换为密文，以保护数据的机密性。
加密技术的分类
对称加密、非对称加密、混合加密等。
访问权限
为了保护文件的安全性和完整性，操 作系统通常会对文件的访问权限进行 控制。访问权限一般分为读权限、写 权限和执行权限三种。
文件共享与保护机制
文件共享
多个用户或进程可以同时访问同一个文件，这称为文件的共 享。为了实现文件共享，操作系统需要提供相应的共享机制 ，如基于索引节点的共享方式。
文件保护
根据进程的服务时间进行调度，服务时间短的进程优先得到服务。
优先级调度算法
根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程优先得到服务。
时间片轮转（RR）调度算法
将CPU时间划分为固定大小的时间片，每个进程分配一个时间片，轮 流执行。
进程同步与通信
进程同步
多个进程在执行过程中需要协调其推进速度，以保证正确的执行顺序和结果。常见的同步 机制有信号量、管程和消息传递等。
为了防止对文件的非法访问和破坏，操作系统需要采取一定 的保护措施。常见的文件保护机制有口令保护、加密保护和 访问控制列表（ACL）等。
操作系统原理演示课件.ppt
1、进程同步的概念
进程运行中的两种制约关系 由于竞争资源形成的间接制约关系； 由于相互合作造成的直接制约关系；
进程同步指多个相关进程在执行次序上的协 调
2、临界资源与临界区
临界资源(critical source)
在一段时间内只允许有限个进程访问的资源 ，如 打印机等I/O设备，缓冲区等
其中：缓冲区是临界资源，而访问缓冲区的代码 是临界区
3、信号量机制
引例：生产者－消费者问题 分析：首先需要定义产品的类型，缓冲区的
长度，读写指针，资源变量counter。 Int n; Int in,out; Structure item; Item buffer[n]; Int counter;
3、信号量机制
Void procedure(){
while(true){
生产一个产品放入 nextp；
wait(mutex);
while(counter==n){no-op;}
buffer[in]=nextp;
in++;
counter++;
single(mutex);}
}
3、信号量机制
3、信号量机制
Void procedure(){
while(true){
生产一个产品放入 nextp；
while(counter==n){no-op;}
buffer[in]=nextp;
in++;
counter++;}
}
3、信号量机制
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- 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)。
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二 系统程序
文件管理 状态信息 文件修改 程序设计语言支持 程序装入与执行 工具性软件 命令解释程序的实现方法
33
1.5操作系统逻辑结构设计
分层实现的软件设计 方法
1.5操作系统逻辑结构设计
单块结构 层次结构:分层实现的软件设计方法. 虚拟机 客户/服务器模型:再用户进程方式下实现系统的多
概念 一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行
必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执 行。 例如：
40
程序顺序执行的特点
1 顺序性
处理机严格按照程序所规定的顺序执行，即每个 操作必须在下一个操作开始之前结束。
2 封闭性
程序一旦开始执行，其计算结果不受外界的影响， 当程序的初始条件给定之后，其后的状态只能由 程序本身确定，即只有本程序才能改变它。
武汉大学计算机多媒体课程
操作系统原理
课程使用的媒体
1、《操作系统原理》教材 2、《操作系统原理实验大纲》指导教 材 3、《操作系统课件》多媒体教案
一、操作系统的有关概念 二、进程管理 三、存储器管理
计算机发展简史 操作系统的发展过程
计算机发展简史
按硬件发展划分为四代。
对计算规律的模拟
存储程序式计算机
7
图1.1 存储程序计算机的组成
8
操作系统的发展过程
按技术发展与分支划 分类别
操作系统的类型
早期批处理 执行系统 多道成批系统 分时、实时系统、个人机系统 多处理机、分布式系统
无操作系统的计算机
从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还未出 现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。其 过程是：
15
16
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
17
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。
4、从内部特征上看
---支持并发性 ---实现资源共享 ---完成进程的异步前进
以多道成批系统为例
并发 共享 不确定性
30
1.3 OS的服务功能
程序执行 I/O操作 文件系统管理 出错检测 资源分配 统计 保护
31
一 系统调用
是应用程序与OS的接口 进程或作业控制：实现进程或作业的所有活动 文件管理和设备管理 信息维护：用户与系统交互信息
41
程序顺序执行的特点（续）
3 可再现性
程序执行的结果与初始条件有关，而与执行时间 无关。即只要程序的初始条件相同，它的执行结 果是相同的，不论它在什么时间执行，也不管计 算机的运行速度。
O=f(I), f是与时间无关的函数
42
程序的并发执行
例： 在系统中有n个作业，每个作业都有三个
处理步骤，输入数据、处理、输出，即 Ii,Ci,Pi (i=1,2,3,...,n)。
图1.2 手工操作计算机
11
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。系统
在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态，这样 高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出来。为了克 服与缓解主机与外设的矛盾。我们引入脱机批处理 系统，即脱离主机控制的输入/输出批处理系统。 如图1.4所示。
操作系统的共同性质
1、从功能上看
具 有 五 大 功 能 ---- 存 储 器管理、处理机管理、设 备管理、文件管理、用户 接口
2、从层次上看
是裸机之上的第一层软 件,为其他软件的建立和 运行提供基础。
用户
...
其他软件 操作系统
裸机
1。4节
3、从服务上看 提供众多基础服务,
方便用户使用,构成软 件平台。
6
存储程序式计算机模型
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。
以以下下软软件件哪是些操是作操系作统系：统?
UUNNIXIX DWOoSrd LinDuOxS VWWBiinnddoowwsOs9f89fi8ceWWinidnoFdwoosxwPNsrTo LNiTnux PowerPoint
设置OS的目的
扩充机器功能，方便用户使用。 提高系统效率。
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数功能; 核心只负责客户与服务器的通信; 适用于 分布式系统; 注意对关键基础服务的处理.
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1。8 UNIX系统的特点和结构
UNIX的主要特点 UNIX系统结构 UNIX系统核心结构
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一、操作系统的有关概念 二、进程管理 三、存储器管理
进程概念
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程序的顺序执行 与并发执行
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程序的顺序执行
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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 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性
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什么是操作系统 操作系统的性质
操作系统是控制和管理计 算机系统内各种硬件和软件资 源、有效地组织多道程序运行 的系统软件(或程序集合),是用 户与计算机之间的接口。
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图1.4 脱机批处理系统
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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。
二 系统程序
文件管理 状态信息 文件修改 程序设计语言支持 程序装入与执行 工具性软件 命令解释程序的实现方法
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1.5操作系统逻辑结构设计
分层实现的软件设计 方法
1.5操作系统逻辑结构设计
单块结构 层次结构:分层实现的软件设计方法. 虚拟机 客户/服务器模型:再用户进程方式下实现系统的多
概念 一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段的执行
必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执 行。 例如：
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程序顺序执行的特点
1 顺序性
处理机严格按照程序所规定的顺序执行，即每个 操作必须在下一个操作开始之前结束。
2 封闭性
程序一旦开始执行，其计算结果不受外界的影响， 当程序的初始条件给定之后，其后的状态只能由 程序本身确定，即只有本程序才能改变它。
武汉大学计算机多媒体课程
操作系统原理
课程使用的媒体
1、《操作系统原理》教材 2、《操作系统原理实验大纲》指导教 材 3、《操作系统课件》多媒体教案
一、操作系统的有关概念 二、进程管理 三、存储器管理
计算机发展简史 操作系统的发展过程
计算机发展简史
按硬件发展划分为四代。
对计算规律的模拟
存储程序式计算机
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图1.1 存储程序计算机的组成
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操作系统的发展过程
按技术发展与分支划 分类别
操作系统的类型
早期批处理 执行系统 多道成批系统 分时、实时系统、个人机系统 多处理机、分布式系统
无操作系统的计算机
从第一代计算机诞生到20世纪50年代中期还未出 现操作系统，这时的计算机采用人工操作方式。其 过程是：
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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
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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。
4、从内部特征上看
---支持并发性 ---实现资源共享 ---完成进程的异步前进
以多道成批系统为例
并发 共享 不确定性
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1.3 OS的服务功能
程序执行 I/O操作 文件系统管理 出错检测 资源分配 统计 保护
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一 系统调用
是应用程序与OS的接口 进程或作业控制：实现进程或作业的所有活动 文件管理和设备管理 信息维护：用户与系统交互信息
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程序顺序执行的特点（续）
3 可再现性
程序执行的结果与初始条件有关，而与执行时间 无关。即只要程序的初始条件相同，它的执行结 果是相同的，不论它在什么时间执行，也不管计 算机的运行速度。
O=f(I), f是与时间无关的函数
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程序的并发执行
例： 在系统中有n个作业，每个作业都有三个
处理步骤，输入数据、处理、输出，即 Ii,Ci,Pi (i=1,2,3,...,n)。
图1.2 手工操作计算机
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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。系统
在外设处理数据时，主机处理“忙等”状态，这样 高速的主机与慢速的外设矛盾就显现出来。为了克 服与缓解主机与外设的矛盾。我们引入脱机批处理 系统，即脱离主机控制的输入/输出批处理系统。 如图1.4所示。
操作系统的共同性质
1、从功能上看
具 有 五 大 功 能 ---- 存 储 器管理、处理机管理、设 备管理、文件管理、用户 接口
2、从层次上看
是裸机之上的第一层软 件,为其他软件的建立和 运行提供基础。
用户
...
其他软件 操作系统
裸机
1。4节
3、从服务上看 提供众多基础服务,
方便用户使用,构成软 件平台。
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存储程序式计算机模型
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。
以以下下软软件件哪是些操是作操系作统系：统?
UUNNIXIX DWOoSrd LinDuOxS VWWBiinnddoowwsOs9f89fi8ceWWinidnoFdwoosxwPNsrTo LNiTnux PowerPoint
设置OS的目的
扩充机器功能，方便用户使用。 提高系统效率。
23
数功能; 核心只负责客户与服务器的通信; 适用于 分布式系统; 注意对关键基础服务的处理.
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1。8 UNIX系统的特点和结构
UNIX的主要特点 UNIX系统结构 UNIX系统核心结构
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一、操作系统的有关概念 二、进程管理 三、存储器管理
进程概念
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程序的顺序执行 与并发执行
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程序的顺序执行
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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 （2）独立性 （3）及时性 （4）交互性
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什么是操作系统 操作系统的性质
操作系统是控制和管理计 算机系统内各种硬件和软件资 源、有效地组织多道程序运行 的系统软件(或程序集合),是用 户与计算机之间的接口。
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图1.4 脱机批处理系统
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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。