操作系统第1章操作系统引论
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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。
操作系统第一章详解(考研)精品PPT课件
第一章 操作系统引论
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
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。
第一章 操作系统引论
(3) 图形、窗口方式：用户通过屏幕上的窗口和 图标来实现与OS的通信，并取得它的服务。（用户 接口）
第一章 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 1-1 OS作为接口的示意图
第一章 操作系统引论
2. OS作为计算机系统资源的管理者
计算机系统资源： 硬件：处理器
I/O软 件 物理接口
硬件 虚机器
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
第一章 操作系统引论
3. OS实现了对计算机资源的抽象
同样，可以再覆盖一层用于文件管理的软 件，由它来实现对文件操作的细节，并向 上提供一组对文件进行存取操作的命令， 方便用户对文件进行存取。
由此可见，OS是铺设在计算机硬件上的 多层系统软件，它们不仅增强了系统的功 能，而且还隐藏了对硬件操作的细节，由 它们实现了对计算机硬件操作的多个层次 的抽象。
第一章 操作系统引论
外围机（卫星机）
外围机：专门用于与I/O设备打交道，完 成面向用户的输入输出（纸带或卡片）， 中间结果暂存在磁带或磁盘上。
第一章 操作系统引论
1.1.1 操作系统的目标
有效性：提高系统资源的利用率；提高系 统的吞吐量（指系统在单位时间内所完成 的总工作量）。
方便性：配置操作系统后可使计算机系统 更容易使用。
操作系统引论ppt
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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。
第一章 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 1-1 OS作为接口的示意图
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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
2020/11/13
操作系统讲义
13
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。
2020/11/13
操作系统讲义
5
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
2020/11/13
操作系统讲义
3
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
操作系统原理教程(胡元义)-第1章
由图1-1的描述可以看出，程序的运行涉及四个方面：① 程序设计语言；② 编译程序；③ 操作系统；④ 硬件指令系 统(计算机硬件系统)。而操作系统在程序的执行过程中具有关 键作用。
第1章 引 论
2. 操作系统的定义 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，硬 件系统是计算机赖以工作的实体，软件系统则保证了计算机系 统的硬件部分按用户指定的要求协调地工作。 计算机硬件系统由中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、内存储器、外存储器和各种输入输出设备组成， 它提供了基本的计算机资源。只有硬件的计算机称为裸机。 计算机硬件由软件来控制。按与硬件相关的密切程度，通常将 计算机的软件分为系统软件和应用软件两类。用户直接使用的 软件通常为应用软件，而应用软件一般需借助系统软件来指挥 计算机的硬件完成其功能。
第1章 引 论
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.2 操作系统的逻辑结构和运行模型 1.3 操作系统的形成与发展 1.4 主要操作系统的类型 1.5 操作系统安全性概述 1.6 操作系统运行基础
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.1.1 什么是操作系统 1. 引子
计算机程序是如何运行的呢？首先，需要先进行编程，而 编写程序是需要以计算机程序设计语言作为基础的。对大多数 编写程序的人来说，使用的编程语言称为高级程序设计语言， 如C、C++、Java等。但由于计算机并不认识用高级语言编写 的程序，所以对编写好的程序还需要将它编译成计算机能够识 别的机器语言程序，而这需要编译程序或汇编程序的帮助才能 完成。其次，编译好的机器语言程序需要加载(调入内存并将 程序中的逻作系统在计算机系统中的地位
第1章 引 论 图1-1 由程序到结果的演变
第1章 引 论
2. 操作系统的定义 计算机系统是由硬件系统和软件系统两大部分组成的，硬 件系统是计算机赖以工作的实体，软件系统则保证了计算机系 统的硬件部分按用户指定的要求协调地工作。 计算机硬件系统由中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、内存储器、外存储器和各种输入输出设备组成， 它提供了基本的计算机资源。只有硬件的计算机称为裸机。 计算机硬件由软件来控制。按与硬件相关的密切程度，通常将 计算机的软件分为系统软件和应用软件两类。用户直接使用的 软件通常为应用软件，而应用软件一般需借助系统软件来指挥 计算机的硬件完成其功能。
第1章 引 论
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.2 操作系统的逻辑结构和运行模型 1.3 操作系统的形成与发展 1.4 主要操作系统的类型 1.5 操作系统安全性概述 1.6 操作系统运行基础
第1章 引 论
1.1 操作系统的概念 1.1.1 什么是操作系统 1. 引子
计算机程序是如何运行的呢？首先，需要先进行编程，而 编写程序是需要以计算机程序设计语言作为基础的。对大多数 编写程序的人来说，使用的编程语言称为高级程序设计语言， 如C、C++、Java等。但由于计算机并不认识用高级语言编写 的程序，所以对编写好的程序还需要将它编译成计算机能够识 别的机器语言程序，而这需要编译程序或汇编程序的帮助才能 完成。其次，编译好的机器语言程序需要加载(调入内存并将 程序中的逻作系统在计算机系统中的地位
第1章 引 论 图1-1 由程序到结果的演变
第1章-操作系统引论
第1章 操作系统引论
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 操作系统的结构设计 **UNIX系统简介 本章作业
OS引论
1.1 操作系统的目标和作用
一、操作系统目的/目标 二、计算机系统组成 三、 操作系统的作用
返回目录
OS引论
二、计算机系统组成
待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。
返回
OS--------Introduction
1.2.4 多道批处理系统
特征：（1）调度性
（2）无序性 （3）多道性
优点：（1）资源的利用率高 （2）系统吞吐量大
缺点：（1）平均周转周期长 （2）无交互能力
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
多用户多任务：UNIX, Solaris x86, Linux。
返回
OS--------Introduction
六、多处理机操作系统
多处理机系统引入原因 增加系统的吞吐量 节省投资 提高系统的可靠性
多处理机系统的类型 紧密耦合MPS 松散耦合MPS
多处理机操作系统的类型 非对称多处理模式 对称多处理模式
精心设计的，能实现现代OS核心功能的小型内核，它 小而精炼，运行在核心态下，开机后常驻内存，不会因内 存紧张而换出，它为构建通用OS提供了一个重要基础。
微内核的基本功能
进程管理 存储器管理 进程通信管理 I/O设备管理
特点
小而精练 系统的灵活性和可扩充性好 系统的可靠性高 适用于分布式系统
1.2.3 单道批处理系统 用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算
1、工作流程： 机系统所做的全部工作。
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 操作系统的结构设计 **UNIX系统简介 本章作业
OS引论
1.1 操作系统的目标和作用
一、操作系统目的/目标 二、计算机系统组成 三、 操作系统的作用
返回目录
OS引论
二、计算机系统组成
待I/O的完成，特别因为I/O设备的低速性，从而使机器的利用率很低。
返回
OS--------Introduction
1.2.4 多道批处理系统
特征：（1）调度性
（2）无序性 （3）多道性
优点：（1）资源的利用率高 （2）系统吞吐量大
缺点：（1）平均周转周期长 （2）无交互能力
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
多用户多任务：UNIX, Solaris x86, Linux。
返回
OS--------Introduction
六、多处理机操作系统
多处理机系统引入原因 增加系统的吞吐量 节省投资 提高系统的可靠性
多处理机系统的类型 紧密耦合MPS 松散耦合MPS
多处理机操作系统的类型 非对称多处理模式 对称多处理模式
精心设计的，能实现现代OS核心功能的小型内核，它 小而精炼，运行在核心态下，开机后常驻内存，不会因内 存紧张而换出，它为构建通用OS提供了一个重要基础。
微内核的基本功能
进程管理 存储器管理 进程通信管理 I/O设备管理
特点
小而精练 系统的灵活性和可扩充性好 系统的可靠性高 适用于分布式系统
1.2.3 单道批处理系统 用户在一次解题或一个事务处理过程中要求计算
1、工作流程： 机系统所做的全部工作。
第一章 操作系统引论
6 多道程序设计系统与多重处理系统
多重处理系统是指配置了多个物理CPU，能真正同时执行多道程序的 系统。要有效地使用多重处理系统，必须采用多道程序设计 技术；反过 来，多道程序设计不一定要求有多重处理系统支持。
18
1.2.3 多道批处理操作系统
7 实现多道程序设计必须解决三个问题
• 存储保护与程序浮动 存储保护：在多道程序设计环境中，主存为多道程序所共享，因此， 硬件必须提供相应的设施，使得主存在各道程序只能访问自己的区 域，以避免相互干扰。当某道程序发生错误时，不致影响其他程序， 更不会影响系统。程序浮动：由于各道程序不是独占全机，程序员 在编制程序时无法知道程序在主存中的确切地址，甚至在运行过程 中，程序也可能随时改变位置，因此要求程序能够根据需要从一个 主存区域移动到另一个区，而不影响其正确执行。 • 处理器的管理和调度 多道程序轮流占有一个或多个物理处理器，因此，涉及CPU的调度 和分配，同时，合理搭配具有不同特性的多道程序同时运行，也需 要CPU调度。 • 系统资源（存储器、设备、文件）的管理和调度 解决多道程序共享资源时的竞争与协作、共享与安全等，又要解决 发挥各种资源的利用率
单道运行的时间关系图
I/O
计算 0 A 30
A
B A 70 80 B C
B
B
C
C 170 190
16
100 120 130 140
多道运行的时间关系图
1.2.3 多道批处理操作系统
4. 多道程序设计的优点
(1) 提高CPU的利用率。当内存中仅有一道程序时，每逢该程序在运 行中发出I/O请求后，CPU空闲，必须在其I/O完成后才继续运行；尤其因 I/O设备的低速性，更使CPU的利用率显著降低。图 1-4(a)示出了单道程序 的运行情况，从图可以看出：在t2~t3、 t6~t7时间间隔内CPU空闲。在引 入多道程序设计技术后， 由于同时在内存中装有若干道程序，并使它们 交替地运行，这样，当正在运行的程序因 I/O而暂停执行时，系统可调度 另一道程序运行，从而保持了CPU处于忙碌状态。 (2) 可提高内存和I/O设备利用率。为了能运行较大的作业，通常内存 都具有较大容量，但由于80%以上的作业都属于中小型，因此在单道程序 环境下，也必定造成内存的浪费。类似地，对于系统中所配置的多种类型 的I/O设备， 在单道程序环境下也不能充分利用。如果允许在内存中装入 多道程序， 并允许它们并发执行，则无疑会大大提高内存和I/O设备的利 用率。 (3) 增加系统吞吐量。在保持CPU、I/O设备不断忙碌的同时，也必然 会大幅度地提高系统的吞吐量，从而降低作业加工所需的费用。
OS课程重点
OS课程重点第一章操作系统引论操作系统的目标:方便性，有效性，可扩充性，开放性。
操作系统的作用有：作为用户与计算机硬件系统之间的接口，作为计算机系统资源的管理者，用作扩充机器。
用户使用计算机的三种方式：命令方式，系统调用方式，图形、窗口方式。
资源分为四种：处理器，存储器，I/O设备，信息（数据和程序）。
推动操作系统发展的主要动力有：不断提高计算机资源利用率，方便用户，器件的不断更新换代，计算机体系结构的不断发展。
操作系统同计算机系统发展的几个阶段：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。
操作系统: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。
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。
实时系统是指，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地运行。
实时任务可分为:周期性实时任务和非周期性实时任务，也可分为硬实时任务和软实时任务。
操作系统都具有四个基本特征：（程序）并发，（资源）共享，虚拟和异步。
并行性指:两个或多个事件在同一时间发生，并发性指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
共享指:系统中地资源可供内存中多个并发执行的进程（线程）共同使用，可分为互斥共享方式和同时访问方式。
虚拟指:通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。
如果n是某物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的平均速度必然是物理设备速度的1/n。
操作系统的功能：处理机管理，存储器管理，设备管理和文件管理。
处理器管理包括：进程控制，进程同步，进程通信，调度。
存储器管理包括：内存分配，内存保护，地址映射，内存扩充。
设备管理包括：缓冲管理，设备分配，设备处理。
文件管理包括：文件存储空间管理，目录管理，文件的读写管理和保护。
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2020/4/7 2
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
2020/4/7
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
2020/4/7 27
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
2020/4/7
(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
2020/4/7 21
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
有错吗？
否
运行 目标程序
装配 目标程序
2020/4/7
图1-3 单道批处理系统的处理流程
➢ 在裸机上添加:设备管理、文件管理、存储管理(针对内存 和外存)、处理机管理(针对CPU)。如果我们在裸机上覆盖 一层I/O设备管理软件,用户便可以利用这层I/O设备管理软 件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出,那么用户此 时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机,但实 际上,计算机的硬件丝毫没有变化,这样的计算机称为软件 扩充的机器,或称软件虚拟机。
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 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计
2020/4/7 15
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 网络操作系统 1.2.7 分布式操作系统
1. 分时系统的产生
如果说,推动多道批处理系统形成和发展的主要动力, 是提高资源利用率和系统吞吐量,那么,推动分时系统形成和 发展的主要动力,则是用户的需求。或者说,分时系统是为了 满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之 间,有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下 几个方面:
202(0/24/)7提高I/O速度。 18
无操作系统的主要问题
➢ 主要矛盾 ✓ 计算机处理能力的提高,手工操作的低效率(造成浪费); ✓ 用户独占全机的所有资源;
➢ 提高效率的途径 ✓ 批处理
2020/4/7 19
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 网络操作系统 1.2.7 分布式操作系统
操作系统 开发人员
紧贴系统硬件之上,所有其他软件之下(是其他软件的 共同环境)
2020/4/7 5
1.1.1 操作系统的目标
目前存在着多种类型的OS,不同类型的OS,其目标 各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS,其目标 有以下几点:
1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
2020/4/7 6
1.方便性(用户的观点)
操作系统最终是要为用户服务的。提供良好的、一致 的用户接口,弥补硬件系统的类型和数量差别,使计算机更 容易使用。
2.有效性(系统管理人员的观点)
操作系统要合理地组织计算机的工作流程,改善系统 资源的利用率,提高系统的吞吐量从而使有限的资源完成 更多的任务。
3.可扩充性
OS应采用层次化结构,以便于增加新的功能层次和模 块,并能修改老的功能层次和模块。
2020/4/7 16
1.2.1 无操作系统的计算机系统
1.人工操作方式
1946~50年代(电子管),集中计算(计算中心),计算机资源 昂贵用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预,如程 序的装入、运行、结果的输出等。随着计算机速度的加快,人 机矛盾越来越大,直至无法容忍。必须寻求新的办法。
➢ 工作方式
利用率。 (2)内存管理问题(第4章)
分配内存以“各得其所”,且不因相互重迭而丢失信息。 (3)I/O设备管理问题(第5章)
既方便用户使用I/O设备,又提高设备利用率。 (4)文件管理问题(第6章)
组织程序和数据,便于用户使用,保证数据的安全性和 一致性。 (5)作业管理问题(第3章)
对各种应用程序进行组织。
操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地 对2020各/4/类7 作业进行调度,以及方便用户使用的程序集合。 29
单道批处理系统与多道批处理系统的比较
单道
多道
内存使用 每次一个作业 每次多个作业（充分利用内存）
作业次序 顺序，先进先出
无确定次序
占用 CPU
独占
交替占用
是否需要调度
不需要
➢ 图标--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
2020/4/7 运行自己的程序。
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用户
应用程序 系统调用 命令 图形、窗口
操作系统 计算机硬件
图1-1 OS作为接口的示意图
应
用
种
作 DOS 系 程
各操
2020/4/7
统序
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2.OS作为计算机系统资源的管理者
➢ 计算机的资源包括处理机、存储器、I/O设备及数据和程 序等
2020/4/7 24
1.2.3 多道批处理系统 (Multiprogramed Batch System)
1. 多道程序设计的基本概念
在单道批处理系统中,内存中仅有一道作业,它无法充 分利用系统中的所有资源,致使系统性能较差。为了进一 步提高资源的利用率和系统吞吐量,在60年代中期又引入 了多道程序设计技术,由此而形成了多道批处理系统。在 该系统中,用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一 个队列,称为“后备队列”;然后,由作业调度程序按一定 的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存,使它们共 享CPU和系统中的各种资源。
2020/4/7 20
批处理系统理解
➢ 批处理系统主要是采用了批处理技术。批处理技术是指计 算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。
➢ 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件,在它 的控制下,计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的 作业。
➢ 所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信号时,停止 原来的工作,转去处理中断的事件。在处理中断完成以后, 主机又回到原来的工作点继续工作。这样可以使用户程序 的I/O申请完成后,主机能自动在原中断点之后继续运行,同 时为多道程序并发执行打下了基础。
纸带、卡片
计算机
17
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)
事先将用户程序或数据的纸带或卡片放入纸带输入 机,在外围机的控制下输入到磁带上,CPU从磁带上读入数 据;输出过程正好相反。
输入设备 外围机
磁盘或 磁带
主机
磁盘或 磁带
外围机 输出设备
图1-2 脱机I/O示意图
这种脱机I/O方式的主要优点如下: (1)减少了CPU的空闲时间。
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I/O 中断请求 用户程序
I/O 中断请求
监督程序 ILeabharlann O 操作启动 I/O I/O 完成
启动 I/O I/O 完成
|←CPU空闲 －→| 结束中断
|←CPU空闲－→| 结束中断
t1 t2
t3 t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况
程序A 程序B 程序C 程序D
程序A I/O 请求
操作系统的非形式化定义(关键点):系统软件,程序 模块的集合,资源管理和用户接口功能
2020/4/7 12
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
2020/4/7 13
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
1. 不断提高计算机资源利用率
✓ 用户:用户既是程序员,又是操作员;用户是计算机专业人员;
✓ 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:不出现资源被其他用户占用,资源利用率低
✓ CPU等待用户:计算前,手工装入纸带或卡片;计算完成后,手 工卸取纸带或卡片;CPU利用率低
2020/4/7 用户
计算机发展的初期,计算机系统昂贵,用作集中计算。
2. 方便用户
在一定程序上也是它的界面,风格很方便用户,只需要 鼠标点击,很方便。
3. 器件的不断更新换代
软件呢？
CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存(摩尔定律)
4. 计算机体系结构的不断发展
从单处理机到多处理机;从单机OS到网络OS
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
有错吗？
否
运行 目标程序
装配 目标程序
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图1-3 单道批处理系统的处理流程
➢ 在裸机上添加:设备管理、文件管理、存储管理(针对内存 和外存)、处理机管理(针对CPU)。如果我们在裸机上覆盖 一层I/O设备管理软件,用户便可以利用这层I/O设备管理软 件提供给用户的接口来进行数据的输入和输出,那么用户此 时看到的计算机是一台功能强大、使用方便的计算机,但实 际上,计算机的硬件丝毫没有变化,这样的计算机称为软件 扩充的机器,或称软件虚拟机。
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 操作系统的基本特征 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计
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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 1.2.2 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 网络操作系统 1.2.7 分布式操作系统
1. 分时系统的产生
如果说,推动多道批处理系统形成和发展的主要动力, 是提高资源利用率和系统吞吐量,那么,推动分时系统形成和 发展的主要动力,则是用户的需求。或者说,分时系统是为了 满足用户需求所形成的一种新型OS。它与多道批处理系统之 间,有着截然不同的性能差别。用户的需求具体表现在以下 几个方面:
202(0/24/)7提高I/O速度。 18
无操作系统的主要问题
➢ 主要矛盾 ✓ 计算机处理能力的提高,手工操作的低效率(造成浪费); ✓ 用户独占全机的所有资源;
➢ 提高效率的途径 ✓ 批处理
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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 1.2.2 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 网络操作系统 1.2.7 分布式操作系统
操作系统 开发人员
紧贴系统硬件之上,所有其他软件之下(是其他软件的 共同环境)
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1.1.1 操作系统的目标
目前存在着多种类型的OS,不同类型的OS,其目标 各有所侧重。通常在计算机硬件上配置的OS,其目标 有以下几点:
1. 方便性 2. 有效性 3. 可扩充性 4. 开放性
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1.方便性(用户的观点)
操作系统最终是要为用户服务的。提供良好的、一致 的用户接口,弥补硬件系统的类型和数量差别,使计算机更 容易使用。
2.有效性(系统管理人员的观点)
操作系统要合理地组织计算机的工作流程,改善系统 资源的利用率,提高系统的吞吐量从而使有限的资源完成 更多的任务。
3.可扩充性
OS应采用层次化结构,以便于增加新的功能层次和模 块,并能修改老的功能层次和模块。
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1.2.1 无操作系统的计算机系统
1.人工操作方式
1946~50年代(电子管),集中计算(计算中心),计算机资源 昂贵用户在计算机上算题的所有工作都要用户人工干预,如程 序的装入、运行、结果的输出等。随着计算机速度的加快,人 机矛盾越来越大,直至无法容忍。必须寻求新的办法。
➢ 工作方式
利用率。 (2)内存管理问题(第4章)
分配内存以“各得其所”,且不因相互重迭而丢失信息。 (3)I/O设备管理问题(第5章)
既方便用户使用I/O设备,又提高设备利用率。 (4)文件管理问题(第6章)
组织程序和数据,便于用户使用,保证数据的安全性和 一致性。 (5)作业管理问题(第3章)
对各种应用程序进行组织。
操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源,合理地 对2020各/4/类7 作业进行调度,以及方便用户使用的程序集合。 29
单道批处理系统与多道批处理系统的比较
单道
多道
内存使用 每次一个作业 每次多个作业（充分利用内存）
作业次序 顺序，先进先出
无确定次序
占用 CPU
独占
交替占用
是否需要调度
不需要
➢ 图标--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
2020/4/7 运行自己的程序。
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用户
应用程序 系统调用 命令 图形、窗口
操作系统 计算机硬件
图1-1 OS作为接口的示意图
应
用
种
作 DOS 系 程
各操
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统序
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2.OS作为计算机系统资源的管理者
➢ 计算机的资源包括处理机、存储器、I/O设备及数据和程 序等
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1.2.3 多道批处理系统 (Multiprogramed Batch System)
1. 多道程序设计的基本概念
在单道批处理系统中,内存中仅有一道作业,它无法充 分利用系统中的所有资源,致使系统性能较差。为了进一 步提高资源的利用率和系统吞吐量,在60年代中期又引入 了多道程序设计技术,由此而形成了多道批处理系统。在 该系统中,用户所提交的作业都先存放在外存上并排成一 个队列,称为“后备队列”;然后,由作业调度程序按一定 的算法从后备队列中选择若干个作业调入内存,使它们共 享CPU和系统中的各种资源。
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批处理系统理解
➢ 批处理系统主要是采用了批处理技术。批处理技术是指计 算机系统对一批作业自动进行处理的一种技术。
➢ 所谓批处理系统是指加载在计算机上的一个系统软件,在它 的控制下,计算机能够自动地成批地处理一个或多个用户的 作业。
➢ 所谓中断是指当主机接到外界硬件发来的中断信号时,停止 原来的工作,转去处理中断的事件。在处理中断完成以后, 主机又回到原来的工作点继续工作。这样可以使用户程序 的I/O申请完成后,主机能自动在原中断点之后继续运行,同 时为多道程序并发执行打下了基础。
纸带、卡片
计算机
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2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)
事先将用户程序或数据的纸带或卡片放入纸带输入 机,在外围机的控制下输入到磁带上,CPU从磁带上读入数 据;输出过程正好相反。
输入设备 外围机
磁盘或 磁带
主机
磁盘或 磁带
外围机 输出设备
图1-2 脱机I/O示意图
这种脱机I/O方式的主要优点如下: (1)减少了CPU的空闲时间。
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I/O 中断请求 用户程序
I/O 中断请求
监督程序 ILeabharlann O 操作启动 I/O I/O 完成
启动 I/O I/O 完成
|←CPU空闲 －→| 结束中断
|←CPU空闲－→| 结束中断
t1 t2
t3 t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况
程序A 程序B 程序C 程序D
程序A I/O 请求
操作系统的非形式化定义(关键点):系统软件,程序 模块的集合,资源管理和用户接口功能
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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 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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1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
1. 不断提高计算机资源利用率
✓ 用户:用户既是程序员,又是操作员;用户是计算机专业人员;
✓ 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:不出现资源被其他用户占用,资源利用率低
✓ CPU等待用户:计算前,手工装入纸带或卡片;计算完成后,手 工卸取纸带或卡片;CPU利用率低
2020/4/7 用户
计算机发展的初期,计算机系统昂贵,用作集中计算。
2. 方便用户
在一定程序上也是它的界面,风格很方便用户,只需要 鼠标点击,很方便。
3. 器件的不断更新换代
软件呢？
CPU的位宽度(指令和数据)、快速外存(摩尔定律)
4. 计算机体系结构的不断发展
从单处理机到多处理机;从单机OS到网络OS