大学计算机第5章_操作系统基础知识

作业建立一个作业控制块(JCB)，记用户录帐系号统对0作8
业管理所需要的信息。
调度信息 资源需求
作业存在 的标志。
作业状态 提交
: :
第五章 计算机操作系统
作业的4个状态：提交、后备、运行和完成。
输入井
作 业
输入机
spooling输入
作业1 作业2
：
作业m
主机
进程1 进程2
： 进程M
输出井
结果1 结果2
按照进入系统后备队列先后次序选择作 业。算法容易实现，但效率低。 最短作业优先
选择计算时间最短的作业投入运行。使 平均作业周转时间短，且易于实现，但效率 不高。
第五章 计算机操作系统
第四节 进程管理
多道程序系统中，多个程序同时进入系统， 一个程序的活动规律 ：
推进，暂停，推进，暂停，…… 暂停时：保存现场(断点，寄存器） 推进时：恢复现场 暂停原因：
第五章 计算机操作系统
. 3. UNIX操作系统家族 一类通用、交互式分时网络操作系统。 两大流派：BSD UNIX和AT&T公司。 平台：在大中小计算机上运行较多，也有
微型机的UNIX。
第五章 计算机操作系统
. 4. Linux操作系统 Linux是芬兰籍科学家Linus Torvalds于1991
多道性：内存同时驻留多道程序，并发执行。 成批性：作业成批进入系统，成批处理。 作业完成顺序与进入内存顺序没有紧密联系。 缺点：缺乏人机交互性。
第五章 计算机操作系统
2. 分时操作系统 特征：多路性、交互性、独占性和及时性。
硬件层
分时操作系统
CPU时 间
终端1 终端2 …... 终端n 连接多个终端
主 进要程主包管要括 理功存 主能储 要有分 功缓配能冲、：区存进管储程理保控、护制设、、备虚进分拟程配内调和存度设和、备地进控址程制映同。射步。 及进程通信。
第五章 计算机操作系统
程序并 行性
3.2.3 操作系统的特征
在同一时刻运行多个程序，从微 观和宏观上都是同时发生。
程序并发性宏观在上一同段时时，间微内观多上个串程行序。同时运行，
对称多处理系统：CPU之间没有主从关系。
CPU
CPU …
CPU
公共内 存
第五章 计算机操作系统
第二节 操作系统的作用及特征
3.2.1 操作系统的作用
1. 管理系统中软件硬件资源 *CPU *内存 *设备 *文件
2. 为用户(应用程序)提供良好的界面
* 命令接口：通过命令完成相关任务。字符型命令接口
良性能奠定了微软在操作系统上的垄断地位。 优点： 直观、易用的面向对象图形界面 用户界面统一 与设备无关性：支持即插即用 多任务：同时运行多个程序 先进的内存管理：支持大内存，虚拟内存 等
第五章 计算机操作系统
各种系统管理工具：
• 资源管理器：从我的电脑右击菜单中选择资源管理
器，对磁盘和文件等对象进行管理。
第五章 计算机操作系统
第一节 操作系统简介
计算机系统层次结构可以分为四部分:硬 件、操作系统、其他系统程序和应用程序。
硬件：所有软件运行的物质基础；操作 系统位于硬件之上，是与硬件关系最密切的 系统软件，是对硬件功能的首次扩充。
计算机系统的层次结构:
应用程序 其他系统程序
操作系统 硬件
裸机
第五章 计算机操作系统
CPU 程序A 程序B 程序C 程序C 程序A 程序C 时间t
第五章 计算机操作系统
监督程序要解决系列管理问题： 作业调度：合理调度作业，使系统中硬件资
源有效利用； CPU管理：多个作业交替运行，需要合理安
排处理机时间； 内存管理：为每道程序分配内存空间； I/O设备管理：为程序分配输入/输出设备。
图形命令接口
* 程序接口：通过系统调用获得操作系统服务。
第五章 计算机操作系统
3.2.2 操作系统功能
.2. 进程管理 . 程5序. 文只件有管获得理CPU才能运行，进程管理主要分配和 ..用 .率 管 结理13合主.管.以户。理为、作存理理要4分进不处进文管.业储内配组包程设必程理件管存管、为机过 管织括存软备理资控理基（多 理取件工作管源制本C了 。控资作业理P,和单解制U方源流输）管位接、便，程入。理分口文程包，、外配而件序括部对作和方共使文设使便作业享用件备用地与业调存存(处使保打储进度储理用护印器空行和机外。机，间作控，部、提管制业处设显高理和控理备示内、机。管制器存目管等利 理。录理)用。，管归
• 打印管理器：单击开始菜单→设置→打印机。 • 系统工具：单击开始菜单→程序→附件→系统工具，
磁盘备份、磁盘清理或磁盘碎片整理。
内置的网络通信功能 ：支持多种网络传输协议 。
• 从网上邻居右击菜单中选择属性，从对象右击菜单
中选择属性，可设置和安装协议。
出色的多媒体功能：对音频、视频可编辑和播放。
• 单击开始菜单→程序→Windows Media Player 。
用 户 作业 读卡机
结
打印机
果
中断请求
I/O处理机 通道
主机
磁带
计算机
第五章 计算机操作系统
3) 多道批处理系统 作业预先在外存中排成(后备)队列，由作
业调度程序从后备队列中选若干个作业装入内 存，交替运行。
批处理系统 + 多道程序设计技术
多道批处理操作系统
内存中有多个进程交替运行
作 业
输入机
后备队列
7. 嵌入式操作系统 支持嵌入式计算机，由一个小内核及一些必 要模块组成，能运行在各种硬件平台上，提供基 本程序运行环境和接口。 特征：实时性、多任务、对硬件依赖性、软 件固化和专用性等。
第五章 计算机操作系统
8. 多处理机操作系统 具有公共内存和时钟，多个CPU，共享计算机
总线和外部设备。也称为并行操作系统或紧耦合 系统。
1． 自身原因——等待资源，启动I/O 2 ．剥夺CPU——给其他程序运行机会
第五章 计算机操作系统
3.４.1 进程定义
1. 进程定义 具有一定独立功能的程序段关于一个数
据集合的一次运行活动，是系统资源分配和 CPU调度的基本单位。
进程强调两个方面：
动态性：执行中的程序，体现运行性
并发性：可与其他进程并发执行。
： 结果k
输出机
结 果
spooling输出
提交 后备 运行
完成
从调作度业到从交内作给存业机，完房创全到建进完第入全一输进个入入进从井输程作到入，业进井…进入…入，内输直存出到之井完前到成退出系统 作业状态1 作业状态2
第五章 计算机操作系统
.2. 作业调度
根据作业控制块信息，按一定策略选取 若干作业进入内存，以便获得处理机。常见 作业调度算法有： 先来先服务
作业组成：程序、数据和作业说明书。作业说明
书是描述批作业处理过程中控制意图的一种特殊程序。
作业步：处理一个作业通常经过若干个相对独立
又相互关联的加工步骤, 一个相对独立的处理步骤称为 一个作业步(Job Step)。
第五章 计算机操作系统
按作业提交和处理方式, 作业分为两大类： 批处理作业和交互式作业。 1. 批处理作业
每个终端独立使用自己的时间片
第五章 计算机操作系统
3. 实时系统 特征：实时性、可靠性。 实时性：实时响应外部事件请求，在规定时间 内完成事件的处理任务。 可靠性：软硬件任何故障都可能给系统带来严 重后果，更注重硬件稳定性和可靠性。
分类：实时控制、实时信息处理。 实时控制：机器人、工业和宇航控制等。
年编写的一种操作系统，具有UNIX的全部功能。 优点：源代码开放,免费；系统稳定可靠；
速度快，效率高；功能完善；具有网络支持优 势等。
第五章 计算机操作系统
3.1.3 操作系统分类
.基本类型：批处理、分时和实时系统。
.1. 批处理系统(Batch Processing) 主要特征：多道性、成批性。
多个作业由输入设备依次输入到辅存中， 形成作业流。 2. 交互式作业
又称为终端作业或会话式作业。在分时系 统中，将用户的一次登录作为一个作业，一次 登录可以完成多项任务。
第五章 计算机操作系统
3.３.2 作业管理
主要任务：作业控制和作业调度。
1. 作业控制
功能：控制作业输入、运行和输出。 作业控制块：操作系统为每个作用业户进标名入识称系JU统BS0的E0R1
将纸带装入纸带输入机
典型的作业处
启动纸带输入机
理步骤:
将程序和数据读入计算机
计算机处理作业 用户拿走结果
第五章 计算机操作系统
.特点:
*用户独占全机 *CPU等待人工操作 *串行性
.缺点:
*有效机时严重浪费 *效率低
为了解决人机矛盾,20世纪50年代末出现了脱 机输入/输出技术。在主机与输入输出设备之间 设一台外围控制机，由它完成输入输出任务。
第五章 计算机操作系统
2. 批处理阶段
1) 单道批处理系统
在磁带上选一个 作业进入内存
作业成批进入系统，但完成一个
作业后才选择另一个作业。
用 作业
户
读卡机
结 打印机 果
外围控制机
输入磁带 输出磁带
监
督 程
主机
序
操作系统的萌芽
以脱机方式成批 装入磁带的作业
计算机
第五章 计算机操作系统
单道批处理系统: 任一时刻只允许一个程序
DOS 是 磁 盘 操 作 系 统 (Disk Operating System)，是一种单用户、单任务的微型机操 作系统。
主要功能：命令处理、文件管理和设备管 理。
主要特点：系统开销小,运行效率高, 但资 源管理功能简单，字符型用户界面, 操作不太 方便。
第五章 计算机操作系统
. 2. Windows操作系统 1985年11月到现在，Windows操作系统的优
3.1.1 操作系统发展历程
作业：由程序、数据及程序运行控制说明组成。
1. 手工操作阶段
计算机诞生初期根本用没户有用操机作器系语统言。编机程序
器码时代,将这个时期称为“手工操作阶段”。 顾名思义,当时使用计算程机序需和要数大据量手的工人记工录控在 制, 只有通晓计算机硬件的专穿业孔人纸员带才上能使
用手计工算操机作。阶段
特征：统一性、共享性、可靠性和透明性。
主机1
主机2
Win
Win
统一性
作业可迁移至其他主 Win 机上处理,实现处理机资 主机3 源共享
系统中多台主机处于同等地位,没有主从关系;没 有地理位置上的差异。
wk.baidu.com
透明性
可靠性
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6. 个人计算机操作系统 设计目标：易用性、响应性。 特征：单用户、虚拟内存和多任务处理。
在系统中执行。一个程序执行结束后才能执行 下一个程序。
CPU
程序A
程序B
时间t 程序C
第五章 计算机操作系统
2) 假脱机技术 通道：输入／输出(I/O)处理机，与CPU并行
中断：执行某程序过程中，出现某突发事件时， CPU暂停现程序，转去执行事件处理程序，执行 完处理程序再回到被暂停的程序继续执行。
第五章 计算机操作系统
第五章 计算机操作系统
概念
操作系统OS(Operating System):计算机系 统中重要系统软件。
功能： 管理和控制计算机软件和硬件资源，使计算 机各部分协调工作； 合理组织计算机工作流程； 为用户使用计算机提供友好的人机接口，方 便用户使用计算机系统。
OS 硬件
实时信息处理：信息采集、信息检索和航空订票 系统等。
第五章 计算机操作系统
4. 网络操作系统
基于计算机网络。除具备普通操作系统 功能外，还具有网络管理模块、通信、安全 和资源共享等模块。
主机1 NOS
DOS 主机3
主机2 NOS
打印机
第五章 计算机操作系统
5. 分布式操作系统
在计算机网络基础上，解决地域分布很广的 计算机之间资源共享、并行处理等问题。
输入井
主机
作业1 作业2
：
作业n
算法
进程1 进程2
： 进程n
内存+ CPU
输出井
结果1 结果2
： 结果k
输出机
结 果
第五章 计算机操作系统
多道程序运行原理
调度程序
程序3
程序2
程序1
CPU时 间
t2
t4
t6
t5
t8
t10
t3
t9
t1
t7
需要I/O或时间到
第五章 计算机操作系统
多道程序系统:多道程序同时在执行。
第五章 计算机操作系统
3. 操作系统的完善
为了实现人机交互，必须改变批处理系 统中作业处理方式。
分时操作系统：将CPU时间分成若干个相等 的时间片，一个时间片运行一个作业，下一个 时间片运行另一个作业，在短时间内所有作业 都能得到轮流执行。
第五章 计算机操作系统
3.1.2 常见操作系统简介
1. DOS操作系统
共享性 多个程序或作业共享系统资源。
虚拟性 异步性
一个物理实体变成逻辑上多个对 应物，或将多个物理实体变成逻辑上 一个对应物。
先进入内存的作业可能后完成，而 后进入内存的作业可能先完成 。
第五章 计算机操作系统
第三节 作业管理
3.３.1 基本概念 作业：要求计算机系统完成的任务集合。操作系统
以作业为单位管理用户任务。