1.3 操作系统的功能和主要特征
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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
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2讲 操作系统分类
1995年 年
Windows95
Windows NT 3.51(NT第3版) 第 版 Windows NT 4.0(NT第4版) 第 版
1998年 年 2000年10月 年 月 2001年下半年 年下半年
Windows 98 Windows CE Windows me Windows 2000(NT5.0) ( )
1.3 操作系统分类
根据操作系统在用户界面的使用环境和 功能特征的不同,操作系统一般可分为三 种基本类型,即批处理系统,分时系统和 实时系统.随着计算机体系结构的发展, 又出现了许多种操作系统,它们是嵌入式 操作系统,个人计算机操作系统,网络操 作系统和分布式操作系统.
1. 批处理操作系统
批处理(Batch Processing)操作系统的工作方式是: 用户将作业交给系统操作员,系统操作员将许多用户的作 业组成一批作业,之后输入到计算机中,在系统中形成一 个自动转接的连续的作业流,然后启动操作系统,系统自 动执行每个作业.最后由操作员将作业结果交给用户. 批处理操作系统的特点是:多道和成批处理.但是用户自 己不能干预自己作业的运行,一旦发现错误不能及时改正, 从而延长了软件开发时间,所以这种操作系统只适用于成 熟的程序. 批处理操作系统的优点是:作业流程自动化,效率高,吞 吐率高.缺点是:无交互手段,调试程序困难.
5. 用户接口
操作系统为用户提供了以下接口 : ① ② ③ ④ 命令接口. 命令接口. 脱机命令接口. 脱机命令接口. 程序接口. 程序接口. 图形接口. 图形接口.
1.4.2 操作系统的主要特征
1.并发性 1.并发性 2. 共享性 互斥共享方式. (1)互斥共享方式. 同时访问方式. (2)同时访问方式. 3. 虚拟性 4. 不确定性
操作系统的性能指标和功能特征
操作系统的性能指标和功能特征
1、性能指标：
系统的RSA
可靠性(Reliability):用平均无故障时间(MTBF)度量
可维修性(Serviceability):用平均故障修复时间度量
可用性(Availability):正常工作的概率
系统吞吐量: 单位时间完成的作业数
系统响应时间: 从输入到回应所需时间
资源利用率:资源(CPU,内存,I/O设备)实际使用比例
可维护性: 改错、改变功能、扩充功能
可移植性: 将OS移植到另一机型所需工作量
方便用户: 用户界面友好，使用灵活方便
2、功能：
处理机管理
多道程序环境下,处理机管理以进程为基本单位.
进程控制
进程调度
进程同步
进程通信
存储管理
为方便用户使用存储器,提高主存的利用率.
地址重定位
存储分配
存储保护
存储扩充
设备管理
缓冲管理
设备分配
设备处理
设备独立性和虚拟设备
文件管理
目录管理
文件读、写管理
文件存取控制
文件存储空间的管理
用户接口
命令接口
程序接口
图形接口
3、主要特征：
并发性：两个或多个事件在同一时间间隔内发生
共享性：系统中多个资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用，有互斥和同步两种共享方式
虚拟性：将一个物体影射为若干个逻辑实体
不确定性
程序执行结果不确定，程序执行结果不能再现。
多道程序设计环境下，程序按异步方式运行。
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信息传输、控制协调等工作，为用户提供一个统一的界面，标
准的接口，用户通过这一界面实现所需的操作和使用系统的资
源，但操作和计算是在哪一台计算机上执行或使用哪个计算机
的资源则由操作系统自动完成，用户不用知道，即分布或操作
系统是透明的。
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1.3 操作系统的基本概念 • 1.3.1 操作系统的定义 • 1.3.2 操作系统的基本功能 • 1.3.3 操作系统的特征
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1.2 操作系统的发展历史 • 1.2.1 无操作系统的计算机 • 1.2.2 单道批处理系统与多道 批处理系统及执行系统 • 1.2.3 分时系统 • 1.2.4 实时系统 • 1.2.5 微机操作系统、网络操 作系统与分布式操作系统
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第7章 Windows 98中文版的使用
• 本章学习目标 • 7.1 文件和文件夹的管理 • 7.2 磁盘驱动器的管理 • 7.3 附件 • 7.4 打印机的管理 • 7.5 Windows 98 的设置
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主 编：柯敏毅
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第3章 进程管理
•3.1 引言 •3.2 进程的引入和定义 •3.3 进程的状态和进程控制块 •3.4 进程控制 •3.5 线程的基本概念 •3.6 进程调度 •3.7 进程通信 •3.8 死锁问题
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第4章 存储管理
• 4.0 • 4.1 • 4.2 • 4.3 • 4.4
第1章 操作系统概述
第1章 操作系统概述
（3） 设备驱动。 实现CPU与通道和外设之间的通信。 由CPU向通 道发出I／O指令， 后者驱动相应设备进行I／O操作。 当I／O任务完成后， 通道向CPU发中断信号， 应的中断处理程序进行处理。 （4） 设备无关性。 又称设备独立性， 即用户编写的程序与实际使用 的物理设备无关， 由操作系统把用户程序中使用的逻 辑设备映射到物理设备中。 由相
处于核心的最高层， 离用户层最近。 如图1-4所示。
第1章 操作系统概述
图形界面 用 命令界面
应
shell层
层
程序界面 (系统调用)
作
系 统
核
硬件
操
图1-4 操作系统的三种界面
心
第1章 操作系统概述
2） 命令界面
操作系统所提供的最重要的系统程序是命令解释
程序， 它是最初启动作业（进程）或用户刚进入分时 系统时就正在系统中运行的那个程序。 在批处理系统中， 利用控制卡片向操作系统提出 命令； 而在交互式系统中， 用户直接在终端上输入命 令， 这些命令就起与控制卡同样的作用。
① 监视各种资源并随时记录它们的状态；
② 实施某种策略以决定谁获得资源， 何时获得， 获得多少； ③ 分配资源供需求者使用； ④ 回收资源， 以便再分配。
第1章 操作系统概述
（3） 设置操作系统的另一个目的是扩充机器功能 以方便用户使用。 计算机系统的基本资源包括硬件 （如处理机、 内存、 各种设备等）、 软件（系统软件 和应用软件）和数据。
第1章 操作系统概述
输入设备
主
机
打印机
操作员 控制台
图1-5 第一代计算机的控制关系
第1章 操作系统概述
(2) 串行工作， 人的操作与计算机的运行以及计算
教材：《计算机操作系统(第三版)》汤小丹、汤子瀛等编西安电子科 共59页
•内存中若干道程序交替地运行。 • 当运行的程序因I/O而暂停执行时，系统可调度另 一道程序运行。 •保持了CPU处于忙碌状态。
第一章 操作系统引论
用户 程序 监督 程序
I/O 中断 请求 启动 I/O
I/O 操作
t1 t2
I/O 中断 请求
I/O 完成 结束 中断
启 动 I/ O
t3 t4
t5 t6
(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
2. OS作为计算机系统资源的管理者 计算机系统资源分为四类：处理器、存储器、 I/O 设备以及信息(数据和程序)。 •处理机管理， 用于分配和控制处理机； •存储器管理，主要负责内存的分配与回收； •I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵； •文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
是
源 程序
有 错吗 ？
否
运行 目 标程 序
装配 目 标程 序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
2. 单道批处理系统的特征 单道批处理系统并非是现在人们所理解的OS。但比 起人工操作方式的系统已有很大进步。
该系统的主要特征如下： (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。
程序 C
程 序D I/O 请 求
程序 D
调度 程序
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
(2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2) (2) 无序性。 (3) (3) 调度性。 （作业调度，进程调度）
第一章 操作系统引论
用户 程序 监督 程序
I/O 中断 请求 启动 I/O
I/O 操作
t1 t2
I/O 中断 请求
I/O 完成 结束 中断
启 动 I/ O
t3 t4
t5 t6
(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
2. OS作为计算机系统资源的管理者 计算机系统资源分为四类：处理器、存储器、 I/O 设备以及信息(数据和程序)。 •处理机管理， 用于分配和控制处理机； •存储器管理，主要负责内存的分配与回收； •I/O设备管理，负责I/O设备的分配与操纵； •文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
是
源 程序
有 错吗 ？
否
运行 目 标程 序
装配 目 标程 序
图 1-3 单道批处理系统的处理流程
第一章 操作系统引论
2. 单道批处理系统的特征 单道批处理系统并非是现在人们所理解的OS。但比 起人工操作方式的系统已有很大进步。
该系统的主要特征如下： (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。
程序 C
程 序D I/O 请 求
程序 D
调度 程序
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
图 1-4 单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
(2) 可提高内存和I/O设备利用率。 (3) 增加系统吞吐量。
第一章 操作系统引论
2. 多道批处理系统的特征 (1) 多道性。 (2) (2) 无序性。 (3) (3) 调度性。 （作业调度，进程调度）
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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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1. 处理机管理
进程管理包括以下几方面： ① 进程控制。 ② 进程同步。 ③ 进程通信。 ④ 进程调度。
2. 存储管理
存储管理的主要任务是为多道程序的运 行提供良好的环境，方便用户使用存储器， 并提高内存的利用率。存储管理包括以下 几个方面： ① 内存分配。 ② 内存保护。 ③ 地址映射。 ④ 内存扩充。
1.3 操作系统的功能和主要特征
1.3.1 操作系统的功能 从资源管理的角度来说，操作系统的主要任 务是对系统中的硬件、软件实施有效的管理，以 提高系统资源的利用率。计算机硬件资源主要是 指处理机、主存储器和外部设备，软件资源主要 是指信息（文件系统）。因此，操作系统的主要 功能相应地就有处理机管理、存储管理、设备管 理和信息管理。从用户使用的角度来说，操作系 统为用户提供了用户接口。下面分别叙述这些功 能。
5. 用户接口
操作系统为用户提供了以下接口 ：
① ② ③ ④
命令接口。 脱机命令接口。 程序接口。 图形接口。
1.3.2 操作系统的主要特征
1.并发性 2. 共享性 （1）互斥共享方式。 （2）同时访问方式。 3. 虚拟性 4. 不确定性
3. 设备管理
设备管理主要包括： ① 缓冲管理。 ② 设备分配。 ③ 设备处文件管理
处理机管理、存储管理和设备管理都属 于硬件资源的管理。软件资源的管理称为 信息管理，即文件管理。 文件管理包括以下内容： ① 文件存储空间的管理。 ② 目录管理。 ③ 文件读、写管理。 ④ 文件存取控制。