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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
*
1
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
*
2
1、什么是操作系统
*
15
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
*
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。
*
7
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！
*
8
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。
*
3
• 计算机系统的层次
用户1 用户2 用户3
*
10
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
*
11
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
*
9
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
*
13
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
*
18
第三节 操作系统的特征
• 并发（Concurrence） • 共享（Sharing） • 虚拟（Virtual） • 异步性（Asynchronism）
*
19
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
*
17
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
14
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
*
16
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
• 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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1
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
*
2
1、什么是操作系统
*
15
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）
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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
*
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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• 计算机系统的层次
用户1 用户2 用户3
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10
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
*
11
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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9
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
*
13
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
*
18
第三节 操作系统的特征
• 并发（Concurrence） • 共享（Sharing） • 虚拟（Virtual） • 异步性（Asynchronism）
*
19
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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17
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
*
16
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