第一章 操作系统引论
操作系统第1章操作系统引论
1.1 操作系统的目标和作用
1.1.1 操作系统的目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
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计算机系统组成
计算机系统
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软件
应用软件 系统软件
DBMS,编译软件 操作系统
硬件及固件(裸机)
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应用用户
应用开发人员
应用软件 系统工具 操作系统 计算机硬件
(1)多道性 内存中同时存放几个作业,并允许并发执行,
从而有效地提高了资源利用率和系统吞吐量。 (2)无序性
多个作业完成的先后顺序与它们进入内存 的顺序之间无严格对应关系。 (3)调度性
作业调度,从后备队列进入内存;进程调度, 分配处理机运行。 (4)宏观上并发、微观上串行
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3.多道批处理系统的优缺点 优点:
程序A I/O 完成 程序A再被调度
程序A
A完成
程序B I/ O请求
程序B
程序B I/ O完成
程序C I/ O请求
C I/ O完成 C 再 被 调 度
程序C
程序D I/O请求
程序D
调 度 程序
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(b) 四 道 程 序 运 行 情 况
图1-4 单道和多道程序运行情况
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2.多道批处理系统的特征
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1.2.2 单道批处理系统
(Simple Batch Processing System)
1.单道批处理系统的处理过程
开始
还有下 一个作业？
是 把下一个作业的 源程序转换为目 标程序
否
停止
是
源程序
第一章操作系统引论
3．可扩充性
随着VLSI技术和计算机技术的迅速发展，计算机硬件 和体系结构也随之得到迅速发展，相应地，它们也对OS提 出了更高的功能和性能要求。此外，多处理机系统、计算机 网络，特别是Internet的发展，又对OS提出了一系列更新的 要求。因此，OS必须具有很好的可扩充性，方能适应计算 机硬件、体系结构以及应用发展的要求。这确实是说，现代 OS应采用新的OS结构，如微内核结构和客户服务器模式， 以便于方便地增加新的功能和模块，并能修改老的功能和模 块。关于新的OS结构将在本章最后一节中介绍。
输出设备
输出
打印机 运算结果
指令数据线 控制信号线
CPU（由运算器和控制器组成）
1.1.1 操作系统的目标
1．有效性
在早期(20世纪50～60年代)，由于计算机系统特别昂贵， 操作系统最重要的目标无疑是有效性。事实上，那时有效性 是推动操作系统发展最要紧的动力。正因如此，现在的大多 数操作系统书籍，都着重于介绍如何提高计算机系统的资源 利用率和系统的吞吐量问题。操作系统的有效性可包含如下 两方面的含意：
1.1.1 操作系统的目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 推动操作系统发展的要紧动力
1.1.3 推动操作系统发展的要紧动力
1．不断提高计算机资源的利用率 在计算机发展的初期，计算机系统特别昂贵，人们必须 千方百计地提高计算机系统中各种资源的利用率，这确实是 OS最初发展的推动力。由此形成了能自动地对一批作业进行 处理的多道批处理系统。
第一章操作系统引 论
1.1.1 操作系统的目标 1.1.2 操作系统的作用 1.1.3 推动操作系统发展的要紧动力
1.1 操作系统的目标和作用
存储程序并自动执行
外部存储器
第一章操作系统引论(第1、2、3讲)
供开放式的支撑平台。 ▪ 开放性：可移植性和互操作性
其中有效性和方便性是设计OS时最重要的两个目标，设 计现代OS的主要目标也是对提高资源利用率和方便用户。
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阜阳师范学院计算机与信息学院
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1.2.3 多道批处理系统
单道程序工作示例：
多道程序工作示例：
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1.2.3 多道批处理系统
2. 多道批处理系统的特征：
➢调度性： 作业调度、进程调度 在该系统中，作业在外存的“后备队列”，
由作业调度程序选择若干调入内存，共享CPU和 系统中的各种资源。
系统软件 数据库管理系统、网络软件…
操作系统
计算机硬件
操作系统是在硬件基础上的第一层软件 操作系统是其他软件和硬件之间的接口
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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(系统管理人员的观点)：合理地组织计算机的工 作流程，管理和分配硬件、软件资源，提高资源的利用 率;提高系统的吞吐量。
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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
1. 人工操作方式
工作方式： 用户：既是程序员又是 操作员；是计算机专业 人员
编程语言：机器语言
输入输出：纸带或卡片
计算机的工作特点： 用户独占全机和CPU等待 用户
第一章操作系统引论
第一章操作系统引论1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性进程管理1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构为此，系统应设置相应的数据结构，用于记录文件存储空间的使用情况，以供分配存储空间时参考；系统还应具有对存储空间进行分配和回收的功能。
第一章 操作系统引论
1.2 操作系统的形成与发展
1.2.2 操作系统的形成
实时系统的特征：多路性、独立性、及时性、交互性和可靠性。 实时系统与分时系统的主要区别：
① 系统的设计目标不同 ② 响应时间的长短不同 ③ 交互性的强弱不同 批处理系统、分时系统和实时系统是3种基本的操作系统类型。 而一个实际的操作系统，可能兼有三者或其中两者的功能，则称 该操作系统为通用操作系统。
1.2 操作系统的形成与发展
1.2.1 推动操作系统发展的动力
不断提高资源利用率的需要：计算机发展初期，计算机系统 特别昂贵，必须不断提高各种资源的利用率，由此产生了批处 理系统，能自动地对一批作业进行处理。
方便用户操作：当资源利用率不高的问题得到基本解决后， 用户在上机操作、调试程序时的不方便就成为主要矛盾。成为 继续推动操作系统发展的主要因素，随之形成了允许人机交互 的分时系统，或称为多用户系统。
1.2 操作系统的形成与发展
1.2.2 操作系统的形成
从无到有，从小到大，从弱到强，大致经历了以下几个阶段： 1. 无操作系统：资源管理和控制由人工负责，它采用两种方式： 人工操作方式和脱机输入输出方式。
从第一台电子计算机ENIAC诞生到20世纪50年代中期，计 算机资源管理由操作员采用人工方式直接控制。特点是用户独 占全机、CPU等待人工操作。人工操作方式严重降低了计算机 资源的利用率（人机矛盾）。随着CPU速度的提高，人工操作 的低速率与计算机主机运行的快速运算之间速度不匹配的矛盾 日趋严重。为了解决上述矛盾，引入了脱机输入输出方式。
1.1 操作系统的概念
1.1.3 操作系统的目标
方便性：操作系统最终要为用户服务，所以，设计操作系统 时必须考虑用户能否方便地操作计算机。用户的操作包括直接 使用计算机完成各种命令，也包括通过设计程序让计算机完成 各种任务。
操作系统原理-第一章 操作系统引论
操作系统原理-第一章操作系统引论操作系统原理第一章操作系统引论在我们日常使用计算机或者其他智能设备的过程中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个默默工作的大管家，协调着各种硬件和软件资源，为我们提供了一个稳定、高效、便捷的计算环境。
那么，操作系统到底是什么？它又是如何工作的呢？让我们一起来揭开操作系统的神秘面纱。
首先，我们来给操作系统下个定义。
简单来说，操作系统是管理计算机硬件与软件资源的程序，同时也是计算机系统的内核与基石。
它负责控制和管理计算机的硬件设备，如中央处理器（CPU）、内存、硬盘、输入输出设备等；还负责调度和分配系统资源，使得多个程序能够同时运行而不互相干扰；并且为用户和应用程序提供了一个友好的接口，方便用户进行操作和使用各种应用程序。
操作系统的主要功能可以概括为以下几个方面：进程管理是操作系统的核心功能之一。
进程可以理解为正在运行的程序。
操作系统需要合理地分配 CPU 时间给各个进程，以确保每个进程都能得到及时的处理，同时避免某个进程独占 CPU 资源而导致其他进程无法运行。
这就像是一场精心编排的舞蹈，操作系统要确保每个舞者（进程）都有机会在舞台（CPU）上展现自己，而不会出现混乱和冲突。
内存管理也同样重要。
计算机的内存是有限的，而操作系统需要合理地分配和管理内存资源，确保各个程序能够正常运行。
它要防止一个程序占用过多的内存导致其他程序无法运行，还要处理内存中的数据存储和读取，提高内存的使用效率。
文件管理是操作系统的另一个关键功能。
我们在计算机中存储的各种文档、图片、视频等都以文件的形式存在。
操作系统负责对这些文件进行组织、存储、检索和保护，确保用户能够方便地访问和操作自己的文件，同时保证文件的安全性和完整性。
设备管理则负责管理计算机的各种外部设备，如键盘、鼠标、打印机、显示器等。
操作系统要为这些设备提供驱动程序，使得它们能够与计算机系统正常通信和工作。
除了上述功能，操作系统还提供了用户接口，包括命令行接口和图形用户接口。
第1章 操作系统引论PPT课件
多道批处理系统的好处 ： ➢ 提高CPU的利用率 ；
➢ 提高内存和I/O设备利用率；
➢ 增加系统吞吐量。
多道批处理系统的特征 ：
➢
多道
➢ 无序
➢ 调度性
➢ 宏观上并行
➢ 微观上串行
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操作系统讲义
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1.3 操作系统的发展过程
3. 多道批处理系统
程序A 程序A I/O请求
程序A
程序B
✓ 操作系统的概念
操作系统（Operating System-OS）是一组控制和 管理计算机硬件和软件资源、合理地对各类作业进行 调度，以及方便用户使用的程序的集合。
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操作系统讲义
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1.1 操作系统概述
2. 理解操作系统
✓ 下面哪些是操作系统？
UNIX，SQL Server，Word，DOS， WindowsXP， PowerPoint，Linux
1.3 操作系统的发展过程
3. 多道批处理系统
将作业在外存上排成一个队列，称为后备队列，由作业调
度程序按照一定的算法从后备队列中选择若干个（并不是同时）
作业进入内存，形成多道批处理。即指多个作业同时进入内存， 处于运行状态，可并行运行，但在某一时刻，真正在CPU上运 行的只有一个作业，为此引入多道程序设计技术。
❖操作系统有“五大类型”和“五大功能” （批处理，分时，实时，网络，分布； 进程、存储、文件、作业和设备管理）
知识点：
“五大类型”和“五大功能” 的基本知识和应用技能
第一章 操作系统引论
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操作系统讲义
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主要内容
1.1 操作系统的概述 1.2 操作系统的目标和作用 1.3 操作系统的发展过程 1.4 操作系统的基本特性 1.5 操作系统的主要功能 1.6 操作系统的结构设计
第一章 操作系统引论
四、异步性(Asynchronism) 或不确定性 1.程序执行的速度不确定。 2.程序执行的结果不确定。 1.4 操作系统的类型 1.4.1 操作系统的基本类型 一、批处理操作系统 采用批量化处理作业运行技术的操作系统就称为批处 理操作系统。批处理操作系统确保作业不断地流入系 统，经过处理后又撤离系统，使整批作业能够自动、 顺利地进行，节省了人工操作时间，从而加大了系统 对作业的吞吐量(也就是计算机一天能够处理作业的数 量)，提高了系统的运行效率。
第一章 操作系统引论
1.1 什么是操作系统 1.1.1 操作系统（Operating System）是硬件的延伸 OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口OS处于用 户与计算机硬件系统之间，用户通过OS来使用计算机系 统。或者说，用户在OS的帮助下能够方便、快捷、安全、 可靠地操纵计算机硬件和运行自己的程序。应当注意， OS是一个系统软件，这种接口是软件接口用户可以通过 以下两种方式来使用计算机。 (1)命令方式。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言)，用户可通过键盘键入有关的命令，来直接操纵计 算机系统。
三、虚拟(Virtual) 在操作系统中的所谓“虚拟”，是指通过某种技 术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。物理 实体(前者)是实的，即实际存在的，而后者是虚的，是 用户感觉上的东西。例如，在多道分时系统中，虽然 只有一个CPU，但每个终端用户却都认为是有一个 CPU在专门为他服务，亦即，利用多道程序技术可以 把一台物理上的CPU虚拟为多台逻辑上的CPU，也称 为虚处理机。类似地，也可以把一台物理I／O设备虚 拟为多台逻辑上的I／0设备。此外，也可以把一条物 理信道虚拟为多条逻辑信道(虚信道)。在操作系统中虚 拟的实现，主要是通过分时使用的方法。显然，如果n 是某一物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟 设备的速度必然是物理设备速度的1／n。