操作系统zxj-1操作系统引论
计算机操作系统-操作系统引论
多道程序设计优点 提高CPU利用率（图1-5） 提高内存和I/O设备利用率 增加了系统吞吐量
特征 多道性、宏观上并行、 微观上串行
多道批处理优点 资源利用率高、系统吞吐率大
缺点 平均周转时间长、无交互能力（怎么办？？）
第一章 操作系统引论
图1－5
第一章 操作系统引论
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
（第一代计算机）
1. 人工操作方式
如纸带输入机 特点：无任何软件、独占性、独占性、 串行性
缺点： (1) 用户独占全机 (2) CPU等待人工操作
第一章 操作系统引论
1.2.1 无操作系统的计算机系统
人工操作方式缺点：
机器 速度
作业在机器上 人工操 计算所需时间 作时间
1万次/秒 1小时 60万次/秒 1分钟
3分钟 3分钟
操作时间与机器 有效运行时间之比
1 ：20 3 ：1
导致人机矛盾、CPU和I/O设备速度不匹配
第一章 操作系统引论 2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式
引入I/O机的概念，解 决CPU和I/O设备
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 1.2 操作系统的发展过程 1.3 操作系统的基本特性 1.4 操作系统的主要功能 1.5 操作系统的结构设计
第一章 操作系统引论
教学目的： 掌握操作系统的定义及其基本特性、主
要功能 了解操作系统的发展历史和几种类型的
操作系统 教学难重点： 操作系统的定义 操作系统的基本特征 OS结构设计
操作 文件管理：文件存取、共享和保护
计算机操作系统第一章+操作系统引论
设备驱动程序是操作系统的重要组成部分，它负责与硬件交互，实现设备的控制和管理 功能。同时，设备驱动程序也依赖于操作系统的内核提供的接口和功能。
03 操作系统的结构 与组成
操作系统的结构
层次结构
操作系统可以按照功能和抽象程度的不同，自底向上分为多个层 次。
微内核结构
将操作系统的核心功能模块化，每个模块都是一个独立的进程，通 过消息传递进行通信。
操作系统可靠性保障措施
容错技术
容错技术用于提高操作系统的可靠性，通 过在系统中引入冗余资源来保证系统在出
现故障时仍能正常运行。
入侵检测与防御技术
入侵检测与防御技术用于实时监测和防御 针对操作系统的攻击，保护系统的安全性
。
备份与恢复技术
备份与恢复技术用于在系统出现故障或数 据丢失时恢复系统和数据，保证系统的可 用性。
05 操作系统的性能 评价与优化
操作系统的性能评价
01
响应时间
用户从发出请求到接收到响应所 经过的时间，是评价操作系统性 能的重要指标之一。
吞吐量
02
03
资源利用率
单位时间内系统处理的作业数或 事件数，反映了系统的处理能力 。
系统中各种资源的使用情况，包 括CPU、内存、磁盘等，反映了 系统的资源利用效率。
操作系统负责创建、调度和终止进程，以 及处理进程之间的并发和同步问题。
内存管理
文件系统
操作系统负责管理计算机的内存空间，包 括内存的分配、回收、保护等。
பைடு நூலகம்
操作系统提供文件存储和访问的功能，包 括文件的创建、删除、修改、查找等。
操作系统的服务
系统调用
操作系统提供了一组系统调用接口，供 应用程序使用，以请求操作系统提供服
第一章 操作系统引论
31
操 作 系 统
网络OS和分布式OS的区别
(1) 分布具有各个计算机间相互通讯， 无主从关系；网络有主从关系； (2) 分布式系统资源为所有用户共享；
第 一 章 操 作 系 统 引 论
而网络有限制地共享； (3) 分布式系统对用户是透明的。
32
操 作 系 统
3.微型机(个人）操作系统
计算机在某一时间内为单用户服务,其追求目 标是界面友好，使用方便，丰富的应用软件。
借助于通道和中断技术，输入输出操作可以在中央 处理机控制之下完成。这时，原有的监督程序不仅要负 责调度作业自动运行，而且还要提供输入输出控制功能， 它比原有的监督程序的功能增强了。这个发展了的监督 程序常驻内存，称为执行系统。 20
操 作 系 统
二、 操作系统的完善
1． 多道批处理系统
多道程序设计技术是指在计算机内存中同时存放多 个作业，它们在管理程序控制之下交替执行，共享系统 中的各种资源。 多道程序运行的特征： 1）主存中存放多道程序； 2）宏观上并行； 3）微观上串行。
28
操 作 系 统
三、操作系统的发展
1．网络操作系统
计算机网络是通过通信设备和通信线路将地理上分散的多 个计算机系统相互连接起来，实现信息交换、资源共享、 可互操作和协作处理的系统。 网络环境下的操作系统是网络用户和网络之间的接口， 它除了具有通常操作系统的资源管理功能外，还具有网络 管理、网络通信、网络资源共享、系统安全和多种网络应 用服务的功能。 网络操作系统既要为本机用户提供使用网络资源的手 段，又要为网络用户使用本机资源提供服务。
•错综复杂、纵横交叉： 与硬件有关、与其它软件有关、与用户有关、 讲课过程中往往用到后面的知识。
3
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。
17
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
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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。
33
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计算机系统有硬件和软件两部分组成。
操作系统（OS，Operating System）是配置在计算机硬件上的第一层软件，是对硬件系统的首次扩充。
1.1 操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.效率（1）提高系统资源利用率。
（2）提高系统的吞吐量2.方便性3.可扩充性（适应于不同的计算机体系结构）4.开放性1.1.2 操作系统的作用1.OS作为应用程序和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可通过三种方式使用计算机：（1）命令方式（2）系统调用方式（3）图形、窗口方式2.OS作为计算机系统资源的管理者在一个计算机系统中，通常都会含有各种各样的引荐和软件资源。
归纳起来可将资源分为四类：处理器、存储器、I/O设备广丽，负责I/O设备以及信息（数据和程序）。
相应地，OS的主要功能也正是针对负责内存的分配与回收；I/O设备管理，负责I/O设备的分配和控制分配与操纵；文件管理，负责文件的存取、共享和保护。
3.OS实现了针对计算机资源的抽象OS是一种虚拟机。
1.2操作系统的发展过程1.2.1无操作的计算机系统1.人工操作方式人工操作方式严重降低了计算机资源的利用率，此即所谓的人机矛盾12.脱机输入/输出方式输入/输出（Off-Line I/O）技术是事先将装有用户程序和数据的纸带输入机，在一个外围机的控制下。
把纸带上的数据输入到磁带上。
1.2.2单道批次处理系统(Simple Batch Processing System9)1.单道批次处理系统的处理过程通常把一个批次作业以脱机的方式输入到磁带上，并在操作系统配上监督程序(Monitor)，在它的控制下是这批作业能一个接着一个地连续处理。
其自动护理过程是：首先，由监督程序将磁带上的第一个作业装入内存，并把运行控制权交给该作业。
当该作业处理完成时，又把控制权交给监督程序，再由监督程序把磁带（盘）上的地问个作业调入内存。
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。
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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
特权福利
特权说明
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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。