计算机操作系统教程

但由此引发了一系列的问题，使系统变得复 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？
为了更好的解决上述问题，操作系统中很早 就引入了一个重要的概念--进程，由于进程 能清淅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。
• 构筑开放环境 O S应该构筑出一个开放环境，主要是指： 遵循有关国际标准；支持体系结构的可伸缩性和可扩展性； 支持应用程序在不同平台上的可移植性和可互操作性。
1.1.2 操作系统的作用
❖ 1.1.2.1 OS作为用户与计算机硬件之间 的接口
> ❖ 1.1.2.2 OS作为计算机系统的资源管理
者 > ❖ 1.1.2.3 OS作为虚拟计算机 >
❖ 采用并发技术的系统又称为多任务系统 (Multitasking)，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，这 样就可以实现程序之间的并发，以及 CPU与I/O设备、I/O设备与I/O设备之间 的并行，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。
• 计算机系统中配置操作系统的主要目标可归结为：
• 方便用户使用 O S应该使计算机系统使用起来十分方便。 • 扩大机器功能 O S应该能改造硬件设施，扩充机器功能。 • 管理系统资源 O S应该管理好系统中的所有硬件软件资源。 • 提高系统效率 O S应该使计算机系统的资源得到充分利用，
使计算机系统的效率非常高。
❖ 操作系统中的异步(随机)性处处可见
❖ 例如，一个进程在CPU上运行一段时间后，由于等待 资源满足或事件发生，它被暂停执行，CPU转让给另 一个
❖ 进程执行。系统中的进程何时执行？何时暂停？以什 么样的速度向前推进？进程总共要多少时间执行才能 完成？这些都是不可予知的，或者说该进程是以异步 方式运行的，异步性给系统带来了潜在的危险,有可能 导致与时间有关的错误,但只要运行环境相同，操作系 统必须保证多次运行作业，都会获得完全相同的结果。
结论：实现并发技术的关键之一是如何对 系统内的多个活动(进程)进行切换的技 术。
1.1.3.2 第二个特性-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所使用
可以分成两种资源共享方式：
❖ 互斥共享: 系统中的某些资源如打印机、磁 带机、卡片机，虽然它们可提供给多个进程 使用，但在同一时间内却只允许一个进程访 问这些资源。当一个进程还在使用该资源时， 其它欲访问该资源的进程必须等待，仅当该 进程访问完毕并释放资源后，才允许另一进 程对该资源访问。这种同一时间内只允许一 个进程访问的资源称临界资源，许多物理设 备，以及某些数据和表格都是临界资源，它 们只能互斥地被共享。
❖ 同时访问 ： 系统中的还有许多资源，允许同一时 间内多个进程对它进行访问，这里“同时”是宏观 上的说法。典型的可供多进程同时访问的资源是磁 盘，可重入程序也可被同时共享。
与共享性有关的问题是资源分配、信息保护、存取控 制等，必须要妥善解决好这些问题。
1.1.3.3 第三个特性-异步性
（Asynchronism）
❖ 操作系统中的随机性处处可见，例如，作业到达系统 的类型和时间是随机的；操作员发出命令或按按钮的 时刻是随机的；程序运行发生错误或异常的时刻是随 机的；各种各样硬件和软件中断事件发生的时刻是随 机的等等，
❖ 异步性给系统带来了潜在的危险,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
1.1.3 操作系统的主要特性
❖ 1.1.3.1 第一个特性--并发性 ❖ 并发性（Concurrence）是指两个或两
个以上的活动在同一时间间隔内发生
❖ 发挥并发性能够消除计算机系统中部件 和部件之间的相互等待，有效地改善了 系统资源的利用率，改进了系统的吞吐 率，提高了系统效率
❖ 多个I/O设备同时在I/O；设备I/O和CPU 计算同时进行；内存中同时有多个作业 被启动交替、穿插地执行，这些都是并 发性活动的例子。发挥并发性能够消除 计算机系统中部件和部件之间的相互等 待，有效地改善了系统资源的利用率， 改进了系统的吞吐率，提高了系统效率。 例如，一个程序等待I/O完成时，就出让 CPU，而调度另一个程序运行，在程序 等待I/O时，CPU便不会空闲，这就是采 用了并发技术。
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操作系统概论
❖ 1.1.1
❖ 1.1 操作系统的定义 操作系统的定义和目标
❖ 操作系统（Operating System）是管理硬件资源、控制程序 执行，改善人机界面，合理组织计算机工作流程和为用户使 用计算机提供良好运行环境的一种系统软件。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。
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（系统程序）
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计算机 硬件
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图1-1 计算机系统的层次结构
❖ 硬件层
❖ 操作系统层
❖ 语言处理层
❖ 应用层
>
❖ 综上所述，现代计算机的用户通过应用程序 与计算机交互来解决他的应用问题。通常， 应用程序用程序设计语言来表达，而不是直 接用机器语言来开发。应用程序运行时，除 依赖于语言处理程序的支持外，更多地依赖 于操作系统提供的各种各样的功能和服务。
1.1.4 操作系统需要解决的主 要问题
❖ 1.1.4.1 提供解决资源冲突的策略和技术
❖ 1.1.4.2 协调并发活动的关系
❖ 1.1.4.3 保证系统的安全性 >
1.2 操作系统的发展和形成
❖ 1.2.1 人工操作阶段 > ❖ 1.2.2 管理程序阶段 > ❖ 1.2.3 多道程序设计与操作系统的形成 >