操作系统概论
操作系统概论
3. 通用操作系统
实时系统与批处理系统结合
分时系统与批处理系统结合
原则：实时分时优先，批处理在后
“前台”：需频繁交互的作业
“后台”：时间性要求不强的作业
4.实时操作系统
分类： 第一类：实时过程控制 工业控制，军事控制，... 第二类：实时通信（信息）处理 电讯（自动交换），银行，飞机订票 股市行情
合理的组织计算机的工作流程，以便有效地利用这
些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作
环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。
操作系统功能
处理机管理 存储管理 文件管理 设备管理
• 操作系统是人与计算机之间的接口
• 操作系统是软件与硬件的接口
并发
共享 虚拟 不确定性
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 操作系统 开发人员
操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端 用户服务 每次服务一个时间片
分时操作系统特点
同时有多个用户使用一台计算机 宏观上：是多个人同时使用一个CPU 微观上：多个人在不同时刻轮流使用CPU 用户根据系统响应结果进一步 用户感觉不到计算机为其他人服务 提出新请求(用户直接干预每一步) （OS提供虚机器，各个用户的虚 机器互不干扰） 系统对用户提出的请求及时响应
环境，从而在计算机与用户之间起到接口作用。
有效：系统效率，资源利用率 （如：CPU利用的充足与否，内存、外 部设备是否忙碌） 合理：
公平与否，如果不公平则会产生“死锁” 或“饥饿” 方便：命令界面
编程接口
• 操作系统是人与计算机之间的接口 • 操作系统是软件与硬件的接口
§1.2 操作系统的功能和主要特征
执行系统（程序）(Executive System(program))
操作系统课件 第1章 操作系统概论
1.1.1 操作系统的地位和作用
1.地位 ➢ 计算机系统由硬件和软件组成 ➢ 操作系统在硬件基础上的第一层软件 ➢ 是其他软件和硬件之间的接口
OS
操作系统和软硬件的层次关系图
应用软件设计者
各种应用软件 编译软件等 操作系统
裸机
系统软件设计者 操作系统设计者
OS
1.1.1 操作系统的地位和作用
2.作用 ➢ 从一般用户的观点
第一章 操作系统概论
➢1.1 操作系统概念 ➢1.2 操作系统的形成和发展 ➢1.3 操作系统的分类 ➢1.4 操作系统的结构设计 ➢1.5 Linux操作系统简介
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
软件范筹，开放性接口都已作为一种明 确的或实际的行业标准广泛应用在公开 OS 发行的文档中。
1.1 操作系统概念
➢ 1.1.1 操作系统的地位和作用 ➢ 1.1.2 操作系统的定义 ➢ 1.1.3 操作系统的功能 ➢ 1.1.4 操作系统的特性 ➢ 1.1.5 操作系统的性能
1.1.2 操作系统的定义
1.1.3 操作系统的功能（续）
5.网络管理
网络管理的主要功能包括： （1）网上资源管理功能。计算机网络的主要目的之一是共享 资源，网络操作系统应实现网上资源的共享，管理用户对资源 的访问，保证信息资源的安全性和完整性。 （2）数据通信管理功能。计算机联网后，结点之间可以互相 传送数据，按照通信协议的规定，完成网络上计算机之间的信 息传送。 （3）网络管理功能。包括：故障管理、安全管理、性能管理、 配置管理等。
操作系统概论
操作系统概论操作系统（OperatingSystem，简写OS）是一种计算机软件它担当着计算机系统的中枢，能够对系统内的硬件资源、计算机上运行的程序及使用者之间进行调度和控制，并实现计算机之间的信息传输和信息共享。
操作系统提供了一个与硬件相分离的虚拟环境，使用者可以通过系统软件进行操作而不需要考虑硬件特性。
操作系统可以被划分为实时操作系统、多任务操作系统和分时操作系统。
实时操作系统是指计算机必须在一定时间内完成特定任务，其特点是可靠性强、抗干扰性好，主要用于复杂的实时信息处理系统，如航空、医疗系统等。
多任务操作系统是指一台计算机可以同时执行多个任务，它是通过分配不同的计算资源如CPU、内存、I/O设备来实现的。
例如Windows系统就是一种多任务操作系统。
分时操作系统是指计算机在计算机系统中动态调度多个任务，使每个任务都有一段时间片来运行，它的特点是能够应付大规模的用户。
例如Linux、Unix 等。
操作系统的功能特征有：（1）资源管理系统，指操作系统实现对计算机系统中硬件资源，如CPU、存储器、I/O设备等，以及软件资源，如文件、进程、用户信息等的管理，以便高效地利用资源；（2）系统性能改进，指系统需要采用合理的机制，实现系统的性能可靠性、可用性和可调性；（3）安全和保护管理，指操作系统需要采取合理的机制，确保系统的安全性和数据的完整性；（4）程序调度，指操作系统需要采取合理的机制，实现对系统中各种程序的调度，使得系统能够及时地响应用户请求；（5）用户界面管理，指操作系统需要采取合理的机制，实现用户与系统之间的界面。
操作系统的发展是一个持续不断的过程，目前，操作系统的发展趋势是：（1）多媒体系统，它具有良好的图形用户界面，能够更好地支持听觉、视觉等多种媒体；（2）网络系统，它能够支持多种网络，可以实现系统之间的信息共享，实现远程控制；（3）安全系统，它能够更好地保护系统资源和数据，防止非法用户访问系统；（4）虚拟环境系统，它能够实现多任务虚拟，节约系统资源，提高系统性能；（5）智能系统，能够实现对人机交互的智能处理，实现计算机的智能化。
操作系统概论
一、操作系统概论操作系统：是一组控制和管理计算机硬件和软件资源合理对各类作业进行调度，以方便用户的程序的集合软件：是提高计算机系统效率和方便用户使用计算机的程序响应时间：从用户发出命令道系统完成处理所需要的时间分时技术：把处理机的响应时间划分成若干个大小相等（或者不等)的时间单位，称为时间片，每个终端用户获得CPU，就等于获得一个时间片，该用户程序开始运行时间片到(用完),用户程序暂停运行，等待下一次运行。
批处理：是指把一批作业以脱机的以脱机方式输入到磁带机上，并把系统中配上监督程序，它负责完成作业的调入、互动运行、输出运行结果等工作。
吞吐量:对网络设备、端口、虚电路或其他设施，单位时间内成功地传送数据的数量。
裸机：一台完全无软件的计算机系统。
脱机输入输出：由于程序和数据的输入输出都是在外围机的控制下完成的或者它们是在脱离主机的情况下进行的，故称为脱机输入输出。
单道批处理系统：系统对作业的处理都是的，且在内存中只保持一道作业，故称为单道批处理系统。
它的主要特征有：自动性、顺序性、单道性多道批处理系统：该系统把用户提交的作业成批地送入计算机内存，然后由作业调度该程序自动地选择作业运行。
并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
并行性：是指两个或多个事件在同一时刻发生。
临界资源：指在一段时间内只允许一个进程访问的资源。
虚拟性: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。
二进程的描述与控制原语是指由若干条指令组成、用来实现某个特定操作的一个过程。
原语的执行具有原子性，即原语在执行过程中不能被分割。
操作系统内核中含有许多原语，它们运行在系统状态下。
内核：通常将一些与硬件紧密相关的模块（诸如中断处理程序，各种常用设备的驱动程序），以及运行频率较高的模块（诸如时钟管理进程调度以及许多模块公用的一些基本操作）都安排在紧靠硬件的软件层次中，并使它们常驻内存，以便提高OS的运行效率，并对它们加以保护。
操作系统概论
第一章操作系统概论一、本章要求熟练掌握的内容1、操作系统的定义：计算机操作系统是与计算机硬件紧密相关的一层系统软件，由一整套分层次的控制程序（模块）组成，统一管理计算机系统的所有资源，包括处理器、存储器、输入输出设备以及其它系统软件、应用程序和数据文件等。
操作系统合理地组织计算机系统工作流程，有效地利用计算机系统资源为用户提供一个功能强大、界面良好、使用方便的工作环境，让用户无需了解硬件细节，而是直接利用逻辑命令就能灵活方便地使用计算机。
操作系统为计算机软硬件功能的进一步扩展提供了一个支撑平台。
2、操作系统的特性：操作系统具备了程序并发、资源共享和独立随机可访问三大特征。
（1）程序的并发：在操作系统中，我们把一个功能上独立的程序的一次执行称为一个进程，每一个进程都需要占用一部分系统资源，包括占用处理器时间、内存、输入输出设备等。
若某一段时间内同时有两个或两个以上进程在运行，则称为“程序的并发”。
（2）资源共享：资源的共享是指计算机的软硬件资源为多个拥有授权的用户或程序所共用，以提高这些资源的利用率。
（3）独立随机可访问：在多任务环境下执行的每一个进程在逻辑上具有独立性和随机性。
如果有充分的资源保障，每一个进程都会独立的完成并且其执行速度与其它进程无关，进程执行的起始和结束时间也是独立的并且是随机发生的。
这种独立和随机性形成了对操作系统的客观要求，即必须具备同时处理多个随机并发进程的能力，操作系统的系统管理程序要保证对资源的访问的独立性和随机性。
3、操作系统的功能：（1）处理机管理：处理机管理是操作系统最主要任务之一，其主要功能是对中央处理机的使用进行调度分配，最大限度地提高它的处理能力。
操作系统通过对进程的管理实现对处理机的管理，包括进程创建、进程执行、进程通信、进程撤销、进程等待和进程优先级控制等。
（2）存储管理：存储管理指对内存及其扩展空间的管理。
由于内存资源的紧缺性，存储管理的目标是为程序设计者提供方便、安全和足够的存储空间。
操作系统概论
第一章操作系统概论1.操作系统定义：计算机系统中的一个系统软件，一些程序模块的集合——他们能有效组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能使用户能够灵活、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能高效的运行。
2.操作系统特征：并发性、共享性（互斥共享、同时共享）、随机性3.操作系统功能：1）进程管理（进程调度、进程同步、进程间通信、调度（处理机调度，包括进程调度、线程调度、作业调度））2）存储管理（内存的分配与回收、存储保护、内存扩充）、3）文件管理（文件存储空间的管理、目录管理、文件系统的安全性）4）设备管理5）用户接口。
4.操作系统的发展手工操作、监控程序（早期批处理）、多道批处理、分时系统、unix通用操作系统、个人计算机操作系统（ios windows linux）、android操作系统5.操作系统分类1）批处理操作系统特点是成批处理。
优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量达，从而提高整个系统效率；但用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
用户模式——目态——一般指令特权模式——管态——特权指令Spooling技术2）分时系统（采用时间片轮转方式处理服务请求，并通过交货方式在终端上向用户显示结果）特点：多路线、交互性、独占性、及时性3）实时操作系统（分硬实时系统和软实时系统）除具有多道程序系统基本能力外，还有实时时钟管理、过载保护、高可靠性能力。
4）嵌入式操作系统5）个人计算机操作系统6）网络操作系统7）分布式操作系统特点：是一个统一的操作系统，在系统中的所有主机使用的是同一个操作系统；实现资源的深度共享；透明性；自治性集群是分布式系统地一种。
8）智能卡操作系统（片内操作系统COS）6.操作系统结构1）整体式结构优点：结构紧密，接口简单直接，系统效率较高缺点：模块间转接随便，各模块互相牵连，独立性差，系统结构不清晰；更换修改困难；以大型表格为中心。
操作系统概论
1.5 操作系统的主要研究课题
28
25
1.3.4 调度和资源管理
操作系统的核心任务之一就是管理各种可获 得的资源以及合理地调度它们 。任何资源分配 和调度策略都必须考虑 公平性：给竞争资源的进程以平等的访问权限， 以免某些进程“饿死 ”。 不同敏感性： 区分具有不同服务请求的不同类 型的任务（既要考虑全局又要考虑局部） 。 效率：在公平和效率的限制下 ，操作系统最好 能有最大化吞吐量、最小化响应时间。
26
1.3.5 系统结构
随着操作系统性能的增强 ， 以及基础硬件复 杂性的增加 ，操作系统的大小和复杂性也不断 增加 ，这就导致了许多问题(如、存在 bugs、 性能未达到等)。
为了有效管理系统资源和控制操作系统的复 杂性 ，人们开始极大地重视操作系统的软件结 构 。对大型操作系统 ，仅仅组件化编程还是不 够的 ，现在越来越多地用到体系结构分层和信 息抽象技术 。见P18-21 ，表1.4
12
1.2.3 多道程序批处理系统
■ 设想一 台电脑配备256KB的可用内存空间 (未被OS占用的) ，一个磁盘 ，一个终端和一
台打印机 。3个程序JOB1、JOB2和JOB3 ，同 时 被提交执行 ，如下表所列。
作业类型 执行时间
所需内存 是否需要磁盘 是否需要终端 是否需要打印机
JOB1
偏重计算
16
1.2.5 实时系统
实时系统是在响应时间方面有严格 制约的专用系统 。实时系统与其他普通 的系统之间的最大不同之处就是要满足 处理与时间的关系。
实时系统与分时系统的区别在于： 在分时系统中 ，快速响应是需要的 ，但 不是必需的； 在实时系统中 ，处理事务 必须在适合于此系统的特定时间限额内 完成。
操作系统概论
操作系统概论1. 引言操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它为计算机提供了管理和控制硬件资源的功能。
本文将对操作系统的概念、功能和分类进行介绍，并探讨操作系统在计算机系统中的重要性。
2. 操作系统的定义操作系统是一个由计算机软件和硬件组成的系统，它管理和控制计算机的软硬件资源，为用户和其他软件提供一个简单一致的接口。
操作系统的主要目标是提高计算机系统的性能、可靠性和安全性。
3. 操作系统的功能3.1 管理资源操作系统负责管理计算机的物理资源，如处理器、内存、硬盘和网络设备等。
它通过资源分配和调度技术，确保资源能够被合理利用，提高系统的效率和性能。
3.2 提供用户接口操作系统为用户提供了与计算机系统交互的接口，使用户能够通过命令行、图形界面或者网络等方式与计算机进行交互。
用户可以通过操作系统发送命令、运行程序以及访问文件等。
3.3 实现文件管理操作系统实现了对文件的管理和控制，包括文件的创建、读取、写入和删除等操作。
它通过文件系统来组织和存储文件，使用户能够方便地管理和访问文件。
3.4 支持并发和并行操作系统能够处理多个任务或程序的同时执行，称为并发。
它通过调度和分时技术，实现多个任务的并发执行。
同时，操作系统还支持多处理器系统，实现多个程序的并行执行。
4. 操作系统的分类4.1 批处理操作系统批处理操作系统是最早的操作系统之一，它通过批处理方式处理作业。
用户将作业提交给操作系统后，操作系统按照预定的顺序自动执行作业，提高了计算机系统的利用率。
4.2 分时操作系统分时操作系统允许多个用户通过终端同时访问计算机系统。
它通过时间片轮转的方式，使每个用户都能够接收到足够的处理时间。
分时操作系统实现了多用户的并发执行，提高了系统的利用率。
4.3 实时操作系统实时操作系统要求系统能够在严格的时间限制下响应外部事件。
它适用于对时间要求较高的应用领域，如航空航天、工业控制和医疗设备等。
实时操作系统根据时间要求分为硬实时系统和软实时系统。
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03
作业调 度
存储管理
内存的分配与回收 存储保护 内存扩充
文件管理
文件存储空间manage
离散分配方式
1
文件系统的安全性
文件读写 存取控制
3
2
目录管理
设备管理
中断技术，通道技术，虚拟设备 技术，缓冲技术 外部设备的分配，启动和故障处 理
02 1.4操作系统结构
1.4操作系统结构
整体式结构 层次结构 微内核（客户/服务器）结构
控制程 序执行
功能
1.1操作系统的概念
3特征
01
1并发 性
02
2共享 性
03
3随机 性
1并发性
同时存在若干个运 行着的程序
01操共作用系系统统与中多的个各用种户资程源序 02 1中央处理器
2共享性
03
2内存储器
04
3外存储器
05
4外部设备
互斥共享 同时共享
3随机性
操作系统的运行是在一种随机的环 境下进行的。
简单批处理 运行模式分为用户模式和特权模式
多道批处理 SPOOLing技术
1.3操作系统分类
分时系统
多路性，交互性，独占性，及时性
1.3操作系统分类
实时操作系统
实时时钟管理，过载保护，高可靠性
1.3操作系统分类
嵌入式操作系统
1.3操作系统分类
个人计算机系统
1.3操作系统分类
网络操作系统
1.3操作系统分类
操作系统概论
演讲人
2021-03-01
目录
1 1.1操作系统的概念 2 1.4操作系统结构 3 1.2操作系统的发展 4 1.3操作系统分类
01 1.1操作系统的概念
1.1操作系统的概 念
1计算机系统 2定义 3特征 4研究操作系统的观点 功能
1.1操作系统的概念
1计算机系统
01
资源管 理
02
1.1操作系统的概念
4研究操作系统的观点
软件
资源管 理
进程
虚机器
服务提 供者
1.1操作系统的概念
功能
进程管 理
存储管 理
文件管 理
设备管 理
用户接 口
进程管理
进程控制
01
创建
02
撤销结 束进程
03
控制进 程转换
进程同步
互斥 加锁 同步
进程管理
进程间通信
进程管理
调度
01
进程调 度
02
线程调 度
分布式操作系统
统一性，资源共享，透明性，自治性
1.3操作系统分类
智能卡操作系统
感谢聆听
03 1.2操作系统的发展
1.2操作系统 的发展
0 1
1.2.1手工操作
0 2
1.2.2监控程序
0 3
1.2.3多道批处
理
0 4
1.2.4分时系统
0 5
1.2.5UNIX通
用系统
0.2操作系统的发 展
1.2.7Android操作系统
04 1.3操作系统分类
批处理操 作系统