计算机操作系统-操作系统引论

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1、第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.2操作系统的发展过程1.3操作系统的基本特性1.4操作系统的主要功能1.5操作系统的结构设计教学目的：掌握操作系统的定义及其基本特性、主要功能了解操作系统的发展历史和几种类型的操作系统教学难重点：操作系统的定义操作系统的基本特征OS结构设计操作系统概念（p8）一组控制和管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行调度以及方便用户的程序集合。1.1操作系统的目标和作用计算机系统由硬件和软件组成1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标有效性：提高系统资源利用率，提高系统吞吐

2、量；方便性：计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言；（1，2如何折中？）可扩充性：便于增加新的功能和模块；（如何设计？）开放性：遵循世界标准规范（OSI）。图1－1OS作为接口的从层状示意图计算机硬件操作系统系统调用，命令，图标，窗口应用程序及实用程序系统设计者程序员用户1.1.2操作系统的作用1.OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口（用户观点）(1)命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语言)，用户可通过键盘输入有关命令，来直接操纵计算机系统。(2)系统调用方式。OS提供了一组系统调用，用户可在自己的应用程序中通过

3、相应的系统调用，来操纵计算机。(3)图形、窗口方式。用户通过屏幕上的窗口和图标来操纵计算机系统和运行自己的程序。用户通过三种方式使用计算机：2.OS作为计算机系统资源的管理者（功能的观点）处理机管理：分配和控制处理机存储器管理：分配及回收内存I/O(Input/Output)设备管理：I/O分配与操作文件管理：文件存取、共享和保护3.OS实现了对计算机资源的抽象裸机：对于一台完全无软件的计算机系统称为裸机。——难于使用。扩充机器（虚机器）：把覆盖了软件的机器称为扩充机或虚拟机。——更方便。分层扩充的特点P4洋葱头似的扩充裸

4、机作系操统其他应用软件用户应用程序序程1.1.3推动操作系统发展的主要动力不断提高计算机资源利用率的需要如批处理系统的出现方便用户如分时交互式系统的出现器件的不断更新换代8位->16->32->64->...计算机体系结构的不断发展：单机OS->多机OS->网络OS－…1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作系统的计算机系统（第一代计算机）1.人工操作方式如纸带输入机特点：无任何软件、独占性、独占性、串行性缺点：(1)用户独占全机(2)CPU等待人工操作导致人机矛盾、CPU和I/O设备速度不匹配机器作业在机器上人工操操作时间与机

5、器速度计算所需时间作时间有效运行时间之比1万次/秒1小时3分钟1：2060万次/秒1分钟3分钟3：1人工操作方式缺点：1.2.1无操作系统的计算机系统2.脱机输入/输出(Off-LineI/O)方式引入I/O机的概念，解决CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾。主要优点：减少了CPU的空闲时间。(2)提高I/O速度。1.2.2单道批处理系统(SimpleBatchProcessingSystem)（第二代计算机）处理过程（图1-4）概念监督程序（monitor）：在其控制下使一批作业能一个接一个的连续处理。单道批处理系统：系统对作

6、业的处理都是成批进行的、且内存中始终只保持一道作业，称为单道批处理系统(SimpleBatchProcessingSystem)。解决人机矛盾，即提高系统资源的利用率和吞吐量。特征：自动性顺序性单道性还有下一个作业？把下一个作业的源程序转换为目标程序源程序有错吗？装配目标程序运行目标程序开始是否停止是否图1-4单道批处理系统的处理流程1.2.3多道批处理系统（MultiprogrammedBatchProcessingSystem）（第三代计算机）概念多道：系统中同时驻留多个作业多道程序设计优点提高CPU利用率（图1-5）提高内

7、存和I/O设备利用率增加了系统吞吐量特征多道性、宏观上并行、微观上串行多道批处理优点资源利用率高、系统吞吐率大缺点平均周转时间长、无交互能力（怎么办？？）图1－5用户程序监督程序(a)单道程序运行情况I/O操作I/O中断请求启动I/OI/O完成结束中断I/O中断请求启动I/OI/O完成结束中断t1t2t3t4t5t6t7t8表示获得CPU图1－5程序A调度程序I/O请求(b)四道程序运行情况程序B程序C程序DI/O请求I/O请求I/O请求I/O完成I/O完成I/O完成A完成表示获得CPUC再运行多道批处理系统需要解决的问题处理机

8、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。1.2.4分时系统分时系统(Time-SharingSystem)的产生用户的需求表现在：人机交互性（控制）共享主机（昂贵）便于用户上机（方便）分时系统：指一台主机