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第一章 操作系统引论
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节
操作系统的目标和作用 操作系统的发展过程 操作系统的基本特征 操作系统的主要功能 操作系统的结构
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第一节 操作系统的目标和作用
• 什么是操作系统 • 操作系统的目标和作用 • 操作系统发展的主要动力
*
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1、什么是操作系统
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4、分时系统
• 分时系统的产生原因
– 人机交互、共享主机、方便用户上机的需求
• 分时系统:是指一台主机上连接了多个终端, 同时允许多个用户通过自己的终端,以交互的 方式使用计算机,共享主机中的资源。
• 分时系统实现中的关键问题:
– 及时接收-多路卡 – 及时处理-作业直接进内存、时间片轮转
• 分时系统的特征
用户4 …
用户n
财务系统 航空订票 上网浏览 超市管理 … 科学计算
(应用程序)
编译程序 汇编程序 编辑程序 …
(系统程序)
数据库
操作系统
计算机硬件
(裸* 机)
4
2、操作系统的目标和作用
• OS的目标
用户的观点
– 方便性:使计算机易学易用
系统管理者的观点
– 有效性:提高系统资源的利用率和吞吐量
– 可扩充性:能适应硬件的发展,容易升级
– 开放性:遵循世界标准规范,使应用程序
具有 可移植性和交互性。
发展的观点
*
5
• OS的作用
– 用户与计算机硬件之间的接口
用户 应用程序 系统调用 命令 图形窗口方式
操作系统 计算机硬件
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6
计算机系统资源的管理者
四类资源:处理器、存储器、I/O设备、信 息(数据和程序)
四种功能:处理机管理、存储器管理、I/O 设备管理、文件管理
内发生。
• 并发特征是OS最重要的特征。
*20Leabharlann 2、共享(Sharing)
• 共享:是指系统中的资源可供内存中多个并发执行 的进程共同使用。
两种资源共享方式:
• 互斥共享方式
– 排他性、临界资源(独占资源) – 如:打印机、扫描仪
• 同时访问方式
– 宏观上多个进程“同时”访问、微观上“轮流”(交替) 访问
OS用作扩充机器(对计算机资源的抽象) 通常把覆盖了软件的机器称为扩充机器或 虚拟机。
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3、操作系统发展的主要动力
• 用户要求至上原则 • 性能价格比高原则 • 适应硬件发展原则 • 适应体系结构发展原则
需求推动发展!
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第二节 操作系统的发展过程
• 无操作系统的计算机系统 • 单道批处理系统 • 多道批处理系统 • 分时系统 • 实时系统 • 微机操作系统
– 如:处理机、内存、磁盘
并发和共享是操作系统*两个最基本的特征。 21
3、虚拟(Virtual)
• 虚拟:是指通过某种技术把一个物理设备实体 变为若干个逻辑上的对应物。
• 虚拟对象类型: – 虚拟处理机:通过多道程序设计技术实现 – 虚拟内存:虚拟存储器技术 – 虚拟外部设备:虚拟设备技术
• 计算机系统的组成:
– 硬件:CPU、存储器、I/O设备
– 软件:系统软件(操作系统、编译程序、汇 编程序、DBMS)和 应用软件
• 对操作系统的描述:
– 是配置在计算机硬件上的第一层软件,是对 硬件系统的首次扩充。
– 用户(应用程序)与计算机硬件之间的接口。
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3
• 计算机系统的层次
用户1 用户2 用户3
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1、无操作系统的计算机系统
• 人工操作方式 联机输入输出(On-Line I/O)方式 缺点——人机速度矛盾 用户独占全机、CPU等待人工操作
• 脱机输入输出(Off-Line I/O)方式 关键设备:外围机、磁带 优点:减少CPU的空闲时间、提高I/O速度
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2、单道批处理系统
• 把一批作业脱机输入到磁带上; • 系统配上监督程序(OS的雏形); • 在监督程序的控制下使这批作业能一个接一个的
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计算机的发展
• 第一代(1945-1955) 电子管时代,无操作系统。
• 第二代(1955-1965) 晶体管时代,批处理系统。
• 第三代(1965-1975) 集成电路时代,多道程序设 计。
• 第四代(1975-) 大规模、超大规模集成电路时代, 分时系统。
• 现代计算机正向着普适计算、网格计算以及巨型、 微型、并行、分布、网络化、智能化和生物信息化 几方面发展。
连续得到处理; • 处理机使用权在监督程序和用户程序间转换。 • 系统对作业的处理是成批进行的,且在内存中始
终只保持一道作业,故称为单道批处理系统。 • 特征:自动性、顺序性、单道性
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3、多道批处理系统
• 内存中允许同时有多个用户程序存在 • 后备作业队列、作业调度程序调度运行 • 有I/O操作或完成作业时,调入另一个作业 • 形成源源不断的作业流 • 特点:多道性、无序性、调度性 • 优点:资源利用率高、系统吞吐量大 • 缺点:无交互能力、作业平均周转时间较长
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第三节 操作系统的特征
• 并发(Concurrence) • 共享(Sharing) • 虚拟(Virtual) • 异步性(Asynchronism)
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1、并发(Concurrence)
• 并行与并发:
– 并行性:指两个或多个事件在同一时刻发生。 – 并发性:指两个或多个事件在同一时间间隔
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6、微机操作系统
• 微机操作系统
– 配置在微型计算机上的操作系统称为微型计 算机操作系统(简称微机操作系统) 。
• 类型:
– 按字长分为: 8位、16位、32位、64位 – 按运行方式分为:
单用户单任务( CP/M、 MS-DOS ) 单用户多任务( OS/2 、MS-Windows ) 多用户多任务(UNIX OS)
单道程序
多道程序
工作示例
工作示*例
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多道批处理系统需要解决的问题: (1)处理机管理问题 (2)内存管理问题 (3)I/O设备管理问题 (4)文件管理问题 (5)作业管理问题
• 操作系统的定义: 操作系统是一组控制和管理计算机硬
件和软件资源,合理的对各类作业进行调 度,以及方便用户使用的程序集合。
– 多路性、独占性、及时性、交互性
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5、实时系统
• 实时系统
– 系统能及时(或即时)响应外部事件的请求, 在规定的时间内完成对该事件的处理,并控 制所有实时任务协调一致的运行。
• 实时系统的类型:
– 实时控制系统 – 实时信息处理系统
• 实时系统的特点:
– 多路性、独占性、及时性、交互性、可靠性
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