操作系统引论
操作系统引论
第一章操作系统引论●什么是操作系统?操作系统：是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。
1)OS是什么：是系统软件（一整套程序组成，如UNIX由上千个模块组成）2)管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）●操作系统的主要功能?操作系统的功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口管理1.存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护和内存扩充2.处理机管理：作业和进程调度，进程控制和进程通信3.设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性4.文件管理：文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的读写管理和存取控制5.用户接口：命令界面，程序界面，图形界面●操作系统的地位操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。
它是整个系统的控制管理中心，既管硬件，又管软件，它为其它软件提供运行环境。
●操作系统的发展历程1.最初是手工操作阶段，需要人工干预，有严重的缺点，此时尚未形成操作系统2.早期批处理分为联机和脱机两类，其主要区别在与I/O是否受主机控制3.多道批处理系统中允许多道程序并发执行，与单道批处理系统相比有质的飞跃●操作系统的基本特征？操作系统基本特征：并发，共享和异步性。
1. 并发：并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
2. 共享：共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。
3. .异步性：每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。
但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。
●操作系统的主要类型？多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统1.多道批处理系统1)批处理系统的特点：多道、成批2)批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大3)批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力2.分时系统1)分时：指若干并发程序对CPU时间的共享。
操作系统_第一章 操作系统引论
操作系统_第一章操作系统引论在我们日常使用的电脑和各种智能设备中，操作系统扮演着至关重要的角色。
它就像是一个幕后的大管家，默默地协调着硬件和软件的资源，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？它是如何工作的？又有哪些重要的功能和特点呢？让我们一起来揭开操作系统的神秘面纱。
首先，我们来谈谈操作系统的定义。
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，如处理器、内存、硬盘、输入输出设备等，同时为应用程序提供一个稳定、安全、高效的运行环境。
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。
在计算机中，多个程序可以同时运行，而操作系统需要合理地分配处理器资源，让每个程序都能得到适当的执行时间。
它通过进程调度算法，决定哪个进程先执行，哪个进程后执行，以及如何在多个进程之间切换，以确保系统的高效运行。
内存管理也至关重要。
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空间，确保每个程序都能得到所需的内存，并且避免内存泄漏和内存冲突等问题。
它采用了虚拟内存技术，让程序看起来拥有比实际物理内存更大的内存空间。
文件管理是操作系统的另一个重要功能。
它负责管理计算机中的文件和目录，包括文件的创建、删除、读取、写入、存储等操作。
通过文件系统，我们可以方便地组织和管理数据，并且可以对文件进行权限设置，保护数据的安全性。
设备管理则负责管理计算机的各种输入输出设备，如键盘、鼠标、显示器、打印机等。
操作系统需要为设备驱动程序提供接口，使得设备能够正常工作，并且能够处理设备的中断和错误情况。
除了以上这些功能，操作系统还提供了用户接口，让用户能够方便地与计算机进行交互。
比如，图形用户界面（GUI）让我们可以通过点击图标和菜单来操作计算机，而命令行界面则适合那些熟悉计算机命令的用户。
接下来，让我们了解一下操作系统的分类。
操作系统引论
用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
操作系统 计算机硬件
图 1.2 OS作为接口的示意图
(1) 命令接口。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) 程序接口。OS提供了一组系统调用, 用户可在 自己的应用程序中通过相应的系统调用, 来操纵计算机。
(1) 用户独占全机。 (2) CPU等待人工操作。
2.脱机输入/输出(Off-Line I/O)
这种脱机I/O方式的主要优点如下: 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。
输 入设 备
图
外 围机
1.3 I/O
脱
机
主机
示 意 图
外 围机
磁盘 输 出设 备
1.2.2 单道批处理系统
1.单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程
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
从第一台计算机诞生(1946年)到50年代中期的计算机，属 于第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即 程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程 序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸 带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算 机， 然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点:
3. OS
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机), 即使其功能 再强, 也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一层 I/O设备管理软件, 用户便可利用它所提供的I/O命令, 来进行 数据输入和打印输出。此时用户所看到的机器, 将是一台比 裸机功能更强、使用更方便的机器。通常把覆盖了软件的机 器称为扩充机器或虚机器。如果我们又在第一层软件上再覆 盖上一层文件管理软件, 则用户可利用该软件提供的文件存 取命令, 来进行文件的存取。此时, 用户所看到的是一台功能 更强的虚机器。如果我们又在文件管理软件上再覆盖一层面 向用户的窗口软件, 则用户便可在窗口环境下方便地使用计 算机, 形成一台功能更强的虚机器。
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
1操作系统 - 操作系统引论
操作系统定义：是一组控制和管理计算机硬件和软
件资源，合理地组织计算工作流程，以及方便用户 使用的程序集合。
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1.2操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统（分享处理器时间） 分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器 和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端， 以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 分时系统的产生 • 人机交互：随时修改程序 • 共享主机：共享而透明 • 便于用户上机：远程的传输 分时系统实现中的关键问题 • 及时接收和及时处理：直接进入内存，时间片 分时系统的特征 • 多路性、独立性、及时性和交互性。
3
1.1操作系统的目标和作用
1.1.2操作系统的作用
1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2、作为计算机系统资源的管理者 3、实现对计算机资源的抽象
4
1.1操作系统的目标和作用
1.1.2操作系统的作用 1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 • 命令方式 用 户 • 系统调用方式 • 图形、窗口方式 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口 操作系统 计算机硬件
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
16
1.2操作系统的发展过程
1.2.3多道批处理系统
需解决问题:
处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件及作 业管理问题
操作系统的形成:
为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件 以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的 软件，这样便形成了操作系统。
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1.5操作系统的结构设计
1.5.1传统的操作系统结构 2、模块化结构OS • OS是采用“模块化程序设计”技术，按其功能划分 为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好 各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可 按子功能进一步细分下去。 • 优点 – 提高了OS设计的正确性，可理解性和可维护性 – 加速了OS的开发过程 • 缺点： – 模块及接口划分较困难
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。
操作系统引论
第一章操作系统引论一、什么是操作系统操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。
解释：资源的概念被计算机系统工作时所引用的一切客体都称为资源。
这里所说的客体可能是处理机、设备、内存、外存等硬件，也可能是程序、数据、信息等软件。
为了资源可以被引用，资源都有名字。
控制资源的使用，有两条资源管理命令：申请资源和释放资源。
我们约定：申请命令在程序使用资源前发出，如果所申请的资源可以使用，则程序可立即得到该资源的使用权，称为程序占有该资源或把这个资源分配给申请它的程序。
释放命令在程序使用资源后发出，表示程序放弃对于资源的使用权，称为程序释放该资源或把这个资源由占有它的程序处收回。
操作系统需要管理的资源一般多是下面三种类型：单一资源--由一个资源实体组成的资源。
如一台打字机、一台处理机等。
根据单一资源被占用的情况，分为“空闲”和“工作”两个状态。
有限资源--由若干个相同的单一资源组成的资源集合。
它的使用限制与集合中元素的个数有关，它可以被多次占用，也可以被不同的程序同时占用。
如内存是由多个单一资源即单元构成的，是有限资源。
无穷资源--由无限多个相同单一资源组成的资源集合。
如果有限资源中的元素个数多到充分够用，可以看作由无穷多个单一资源所组成。
如当内存的容量无限大时，可以看成是无穷资源。
二、操作系统的主要功能操作系统主要有五大功能：存储器管理��内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。
处理机管理��作业和进程调度、进程控制和进程通信。
设备管理��缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。
文件管理��文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。
用户界面管理��命令界面、程序界面和图形界面。
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第一章 操作系统引论
(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。
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用户 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口
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图 1-1 OS作为接口的示意图
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操作系统引论-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第一章操作系统引论
选择题
1.计算机操作系统的功能是 D 。
A．把源程序代码转换为目标代码
B．实现计算机用户之间的相互交流
C．完成计算机硬件与软件之间的转换
D．控制、管理计算机系统的资源和程序的执行
2.__A______不是分时系统的特点。
A．多个用户是经过网络连接，同时使用计算机系统
B．各用户可同时请求系统服务
C．各用户的请求彼此独立，互不干扰
D．用户以会话方式控制自己的程序运行
3.在 C 的控制下，计算机系统能及时处理由过程控制反馈的数据，并作出响应。
A．批处理操作系统B．实时操作系统
C．分时操作系统D．多处理机操作系统
4.操作系统为用户程序完成与 B 的工作。
A．硬件无关和应用无关B．硬件相关和应用无关
C．硬件无关和应用相关D．硬件相关和应用相关
5.分时操作系统的主要目的是 A 。
A．计算机系统的交互性B．计算机系统的实时性
C．计算机系统的可靠性D．提高软件的运行速度
6.下列管理功能中， B 不属于操作系统的功能。
A．处理器管理B．软件管理C．作业管理D．设备管理
7.分时操作系统的特点是 A 。
A．交互性、同时性(多路性)、独立性、及时性
B．可靠性、交互性、独立性、及时性
C．可靠性、交互性、独立性、及时性
D．交互性、同时性(多路性)、独立性、动态性
8.从用户的观点看，操作系统是 A 。
A．用户与计算机之间的接口
B．控制和管理计算机资源的软件
C．合理地组织计算机工作流程的软件
D．由若干层次的程序按一定的结构组成的有机体
9.在下列操作系统的各个功能组成部分中， B 不需要硬件的支持。
A．进程调度B．时钟管理C．地址影射D．中断系统
10. C 命令应该只在核心态下执行。
A.读时钟日期
B.计算圆周率π
C.屏蔽所有中断
D.调用过程(procedure)
11.下面哪一项不是引入操作系统的主要目的是 C 。
A．方便用户使用B．更有效地利用软、硬件资源
C．及时响应用户请求D．改善系统性能
12.多道批处理系统的主要缺点是 C 。
A．CPU利用率低B．不能并发执行C．缺少交互性D．以上都不是
13.下列关于Windows NT的说法中， C 是错误的。
A．Windows NT中的每一个进程都是对象，有些进程也是可以共享的资源
B．Windows NT中，进程是资源分配和处理机调度的基本单位
C．Windows NT 就是Windows 2000
D．Windows NT的内核采用微内核的形式
14.配置了操作系统的计算机是一台比原来的物理计算机功能更强大的计算机，这样的计算机只是一台
逻辑上的计算机．称为 A 计算机。
A．虚拟B．物理C．并行D．共享
15.批处理系统的主要缺点是 C 。
A．CPU利用率低D．不能并发执行C．缺少交互性D．以上都不是
16.在下列性质中，哪一个不是分时系统的特征 D 。
A．多路性B．交互性C．独占性D．成批性
17.UNIX操作系统是一种多用户的、人机交互的 C 。
A．多道批处理系统B．实时系统C．分时系统D．分布式系统
18.实时操作系统必须在 B 的时间内响应一个新任务。
A．一个机器周期B．被控对象规定C．任意周期D．时间片
19.操作系统提供给用户程序的接口是 B 。
A．命令解释程序B．系统调用C．P、V操作D．对话框
20.操作系统的最主要设计目标是______A_____。
A．方便性和有效性B．方便性和可扩展性
C．有效性和可扩展性D．有效性和开放性。