第1章操作系统概论
合集下载
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。
《操作系统原理与实践教程(第二版)》第1章：操作系统概论
1.1.3 操作系统的功能
(1) 内存分配
内存分配指的是为每道程序分配合适的内存空间，使其能在 运行期间将运行所需数据放置在内存指定区域，以保证CPU 能够顺利地获取指令并存取指定数据。 分配内存空间时应尽量提高内存空间的利用率，减少不可用 内存空间。此外还应能响应正在运行的程序发出的动态空间 申请，以便满足新增指令和数据对新空间的需求。 内存分配通常采用的方式有动态和静态两种方式。静态分配 方式指的是程序在装入内存时需要估计所需空间，一旦进入 内存开始运行，就不能再申请新的空间，也不能将该程序所 占空间“搬运”到其它位置。动态分配方式指的是尽管程序 装入内存时申请了一定的空间，但在程序运行期间还可以为 运行过程中所需的新的程序和数据再申请额外的空间，以满 足程序空间动态增长的需要。
有效性指的是OS应能有效地提高系统资源利用率和系统吞 吐量。 方便性指的是配置了OS后的计算机应该更容易使用。 这两个性有效和方便的特性是操作系统最重要的设计目标。 开放性指的是OS应遵循世界标准规范。 可扩展性指的是要提供对系统软硬件组成以及功能的扩充保 证。
1.1.5 操作系统的性能指标
操作系统性能的优劣显著地影响用户工作的效率 和成本，而衡量其性能优劣的指标有系统吞吐量、 资源利用率、响应速度等。
1.1.3 操作系统的功能
现代操作系统的主要任务就是维护一个优良的运 行环境，以便多道程序能够有序地、高效地获得 执行，而在运行的同时，还要尽可能地提高资源 利用率和系统响应速度，并保证用户操作的方便 性。 操作系统的基本功能
处理器管理 存储器管理 设备管理 文件管理。 友好的人机接口
1.1.3 操作系统的功能
1.1.3 操作系统的功能
(4) 虚拟设备
通过SPOOLing虚拟技术实现，该技术可将一台物 理设备虚拟为多台逻辑设备，每个用户使用一台逻 辑设备，即将独占的物理I/O设备交由多个用户共 享使用。 这种方法能够大大提高I/O速度，改善设备利用率， 对每个用户而言也感觉自身具有一台独享的物理设 备，改善了用户请求的响应感受。
第1讲 操作系统概论
（3）进程通信 多个进程在活动过程中彼此间会发生相互依赖或者相互制约 的关系。为保证系统中所有进程都能正常活动，就必须设置进程 同步机制，它分为同步方式和互斥方式。相互合作的进程之间往 往需要交换信息，为此系统要提供通信机制。
第1章：操作系统概论
3．设备管理功能 设备管理的主要功能包括：缓冲区管理、设备分配、设备驱
第1章：操作系统概论
早期的批处理分为联机批处理和脱机批 处理两种类型 ：
（1）联机批处理 在这种系统中，操作员有选择地把若干 作业合为一批，由监督程序先把它们输入 到磁带上，之后在监督程序的控制下，使 这批作业能一个接一个地连续执行。即： 第一个作业全部完成之后，监督程序又自 动调入该批的第二个作业，并重复此过程， 直至该批作业全部完成，再把下一批作业 输入到磁带上。在这样的系统中，作业处 理是成批进行的，并且在内存中总是只保 留一道作业（故名单道批处理）。同时作 业的输入、调入内存以及结果输出都在 CPU直接控制下进行。
返回到本节
第1章：操作系统概论
操作系统的发展和计算机的组成与体系结 构相关，经历了四个发展阶段。 1946年～50年代末：第一代，电子管时代， 无操作系统。 50年代末～60年代中期：第二代，晶体管时 代，批处理系统。 60年代中期～70年代中期：第三代，集成电 路时代，多道程序设计。 70年代中期至今：第四代，大规模和超大规模 集成电路时代，分时系统。现代计算机正向着 巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几 个方面发展。
第1章：操作系统概论
计算机系统的层次关系如图1-1所示。
用户1
用户2
用户n
……
各种应用程序软件 编辑器、编译器等系统软件
操作系统 裸机
图1-1 计算机系统的层次关系
第1章：操作系统概论
3．设备管理功能 设备管理的主要功能包括：缓冲区管理、设备分配、设备驱
第1章：操作系统概论
早期的批处理分为联机批处理和脱机批 处理两种类型 ：
（1）联机批处理 在这种系统中，操作员有选择地把若干 作业合为一批，由监督程序先把它们输入 到磁带上，之后在监督程序的控制下，使 这批作业能一个接一个地连续执行。即： 第一个作业全部完成之后，监督程序又自 动调入该批的第二个作业，并重复此过程， 直至该批作业全部完成，再把下一批作业 输入到磁带上。在这样的系统中，作业处 理是成批进行的，并且在内存中总是只保 留一道作业（故名单道批处理）。同时作 业的输入、调入内存以及结果输出都在 CPU直接控制下进行。
返回到本节
第1章：操作系统概论
操作系统的发展和计算机的组成与体系结 构相关，经历了四个发展阶段。 1946年～50年代末：第一代，电子管时代， 无操作系统。 50年代末～60年代中期：第二代，晶体管时 代，批处理系统。 60年代中期～70年代中期：第三代，集成电 路时代，多道程序设计。 70年代中期至今：第四代，大规模和超大规模 集成电路时代，分时系统。现代计算机正向着 巨型、微型、并行、分布、网络化和智能化几 个方面发展。
第1章：操作系统概论
计算机系统的层次关系如图1-1所示。
用户1
用户2
用户n
……
各种应用程序软件 编辑器、编译器等系统软件
操作系统 裸机
图1-1 计算机系统的层次关系
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。
第一章 操作系统教程概论
进程P1
进程Pn 虚 虚 虚 虚 处 存 辅 设 理 存 备 器 虚拟机
虚 虚 虚 虚 处 存 辅 设 理 存 备 器 虚拟机
操作系统 资源管理 （复用、虚 化、抽象） 处 I/O I/O 主 辅 理 设 设 存 助 存 器 备 备 储 器 物理计算机
图1.3 物理计算机仿真成虚拟计算机
虚拟计算机（续）
科学计算
编译程序 汇编程序 编辑程序 … 数据库 （系统程序） 操作系统 计算机硬件
操作系统在计算机系统中的位置(续)
计算机硬件层
操作系统赖以工作的基础，也是操作系统设计者可以使 用的功能和资源
操作系统层
对硬件作扩充和改造，提供了操作系统接口，为编译程 序、编辑程序、数据库系统等的设计者提供有力支撑。 操作系统还要做资源的调度和分配，信息的存取和保护， 并发活动的协调和控制等许多工作
第一层抽象：从磁盘到分区 第二层抽象：从分区到扇区 第三层抽象：从扇区到簇 第四层抽象：从簇到文件系统分区
簇序列被分为：超级块、inode区和数据区
基础抽象小结
操作系统担负两项基本任务
防止硬件资源被失控的应用程序滥用 屏蔽复杂的硬件操作细节
进程抽象 虚存抽象
文件抽象
处理器
主存
设备
图1.2 操作系统的基础抽象
进程抽象
进程：是对于进入主存的当前运行程序在处理器 上操作的状态集的一个抽象 理论上每个进程都是独立执行的单元，运行时至 少需要处理器和主存 实际上，若干进程时分或空分复用这些资源
虚存抽象
物理内存被抽象成虚拟主存，每个进程独占一个 硕大的虚存空间 虚存通过对主存和磁盘的管理来实现 进程的虚拟主存中的内容存储在磁盘上 主存作为磁盘的高速缓存
第1章 操作系统概论
第二十四页，共41页。
1.2.5.5 分布式操作系统 分布式系统的主要特点是：各节点的自治
性；资源共享的透明性；各节点间的协同性； 系统的坚定性。 在分布式系统中使用的操作系统是分布式 操作系统。分布式操作系统的主要特点是：系 统状态的不精确性 、 控制结构的复杂性 、 通信开销引起性能下降。
第十八页，共41页。
(2) 程序接口。程序接口是用户获取操作系统服务的 唯一途径。程序接口由一组系统调用组成。每一个系 统调用都是一个完成特定功能的子程序
(3) 图形接口。图形接口不需要记忆命令，图形接口的
目标是对出现在屏幕上的对象直接进行操作，以控制和 操纵程序的运行。这种图形用户接口大大减免用户记忆 的工作量，受到用户的欢迎。图形用户接口的主要构件 是：窗口、菜单和对话框。
第二页，共41页。
本章要点
操作系统的定义 掌握操作系统的特征 操作系统的功能 操作系统的类型 操作系统结构
第三页，共41页。
1. 1 操作系统的形成与发展
1.1.1 人工操作方式
计算机诞生初期并没有操作系统，人们采用手工操作
方式使用计算机,信息的输入／输出由人工在联机状态下进
行。首先程序员将事先穿孔的纸带（或卡片）装入纸带输
A I/O
B I/O
t t1
A A I/O
t3
t4
单道程序工作过程
B B I/O
t5
CPU
A
A I/O
B I/O t
B
A
B
t1
t2 t3
t4 t5
多道程序执行过程
第九页，共41页。
1. 2 操作系统的基本概念
计算机系统中的各种程序、数据和各种硬件设备统称
为计算机系统中的资源 。由谁来管理计算机系统中的资
1.2.5.5 分布式操作系统 分布式系统的主要特点是：各节点的自治
性；资源共享的透明性；各节点间的协同性； 系统的坚定性。 在分布式系统中使用的操作系统是分布式 操作系统。分布式操作系统的主要特点是：系 统状态的不精确性 、 控制结构的复杂性 、 通信开销引起性能下降。
第十八页，共41页。
(2) 程序接口。程序接口是用户获取操作系统服务的 唯一途径。程序接口由一组系统调用组成。每一个系 统调用都是一个完成特定功能的子程序
(3) 图形接口。图形接口不需要记忆命令，图形接口的
目标是对出现在屏幕上的对象直接进行操作，以控制和 操纵程序的运行。这种图形用户接口大大减免用户记忆 的工作量，受到用户的欢迎。图形用户接口的主要构件 是：窗口、菜单和对话框。
第二页，共41页。
本章要点
操作系统的定义 掌握操作系统的特征 操作系统的功能 操作系统的类型 操作系统结构
第三页，共41页。
1. 1 操作系统的形成与发展
1.1.1 人工操作方式
计算机诞生初期并没有操作系统，人们采用手工操作
方式使用计算机,信息的输入／输出由人工在联机状态下进
行。首先程序员将事先穿孔的纸带（或卡片）装入纸带输
A I/O
B I/O
t t1
A A I/O
t3
t4
单道程序工作过程
B B I/O
t5
CPU
A
A I/O
B I/O t
B
A
B
t1
t2 t3
t4 t5
多道程序执行过程
第九页，共41页。
1. 2 操作系统的基本概念
计算机系统中的各种程序、数据和各种硬件设备统称
为计算机系统中的资源 。由谁来管理计算机系统中的资
全国计算机等级考试四级网络工程师操作系统原理部分
操作系统原理第一章操作系统概论1.1操作系统的概念操作系统的特征：并发性，共享性，随机性。
研究操作系统的观点：软件的观点，资源管理的观点，进程的观点，虚拟机的观点，服务提供者的观点。
操作系统的功能：1.进程管理：进程控制，进程同步，进程间通信，调度。
2.存储管理：内存分配与回收，存储保护，内存扩充。
3.文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件系统安全性。
4.设备管理5.用户接口UNIX是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。
1969年AT&T公司Kenneth L.Thompson 用汇编语言编写了Unix第一个版本V1，之后Unix用C语言编写，因此事可移植的。
1.3操作系统分类1.批处理操作系统：优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统的效率。
缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。
2.分时系统：特点是多路性，交互性，独占性，及时性。
3.实时操作系统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8.智能卡操作系统1.4操作系统结构1.整体式结构2.层次结构3.微内核（客户机/服务器）结构：①可靠，②灵活（便于操作系统增加新的服务功能），③适宜分布式处理的计算机环境第二章操作系统运行机制2.1中央处理器寄存器：用户可见寄存器：数据寄存器（通用寄存器），地址寄存器，条件码寄存器。
控制和状态寄存器：程序计数器，指令寄存器，程序状态字。
目态到管态的转换唯一途径是通过终端和异常。
管态到目态的转换可以通过设置PSW指令（修改程序状态字）实现。
PSW包括：①CPU的工作状态代码②条件码③中断屏蔽码2.2存储体系存储器设计：容量，速度，成本存储保护：①界地址寄存器（界限寄存器）：产生程序中断-越界中断或存储保护中断②存储键2.3中断与异常机制分类：中断：时钟中断，输入输出（I/O）中断，控制台中断，硬件故障中断异常：程序性中断，访管指令异常2.4系统调用系统调用程序被看成是一个低级的过程，只能由汇编语言直接访问。
第1章 操作系统概论
A)进程在某一时刻需要显示图像信息 B)进程申请使用计算机的声卡 C)操作系统维护着系统的时钟 D)操作系统内核进行进程切换
四级网络工- 1程8 -师
01 考点1：OS的概念
19
3.研究操作系统的观点
软件的 观点
外在特性：操作命令定义集和界面，完全确定了操作系统这个软件的使用方式； 内在特性：具有一般软件的结构特点；具有一般应用软件所不具备的特殊结构；
8
四级网络工- 8程- 师
01 考点1：OS的概念
【真题链接】 2.从软件设计和开发角度来看，操作系统的主要作用是提供（ B）
A)人机交互接口 B)软件开发基础平台 C)第一道安全防线 D)虚拟机和扩展机
9
四级网络工- 9程- 师
01 考点1：OS的概念
【真题链接】 3.从计算机安全保护角度来看，操作系统的主要作用是提供（ C ）
完
完
成
成
先把第一个作业
将下一个作业内
调入内存并运行
调入存并运行
完
成
将下一个作业内
直到该批所有的
调入存并运行
作业都处理完毕
四级网络工- 3程6 -师
01 考点2：OS的分类
37
1.批处理操作系统
4）一般指令和特权指令 CPU运行模式的引入：为了防止由于用户的错误而导致整个系统发生不可预料的 后果，有必 要对中央处理器的运行划分出不同的状态（运行模式）。
进程的 观点
分析计算机系统各部分的并行工作。 研究处理各项管理任务的分割以及这些管理任务相互之间的关系。
四级网络工- 1程9 -师
01 考点1：OS的概念
20
3.研究操作系统的观点
◆ 资源管理的观点：如何协调这些用户程序和作业呢？如何有条不紊地进行资源分配呢？
四级网络工- 1程8 -师
01 考点1：OS的概念
19
3.研究操作系统的观点
软件的 观点
外在特性：操作命令定义集和界面，完全确定了操作系统这个软件的使用方式； 内在特性：具有一般软件的结构特点；具有一般应用软件所不具备的特殊结构；
8
四级网络工- 8程- 师
01 考点1：OS的概念
【真题链接】 2.从软件设计和开发角度来看，操作系统的主要作用是提供（ B）
A)人机交互接口 B)软件开发基础平台 C)第一道安全防线 D)虚拟机和扩展机
9
四级网络工- 9程- 师
01 考点1：OS的概念
【真题链接】 3.从计算机安全保护角度来看，操作系统的主要作用是提供（ C ）
完
完
成
成
先把第一个作业
将下一个作业内
调入内存并运行
调入存并运行
完
成
将下一个作业内
直到该批所有的
调入存并运行
作业都处理完毕
四级网络工- 3程6 -师
01 考点2：OS的分类
37
1.批处理操作系统
4）一般指令和特权指令 CPU运行模式的引入：为了防止由于用户的错误而导致整个系统发生不可预料的 后果，有必 要对中央处理器的运行划分出不同的状态（运行模式）。
进程的 观点
分析计算机系统各部分的并行工作。 研究处理各项管理任务的分割以及这些管理任务相互之间的关系。
四级网络工- 1程9 -师
01 考点1：OS的概念
20
3.研究操作系统的观点
◆ 资源管理的观点：如何协调这些用户程序和作业呢？如何有条不紊地进行资源分配呢？
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在一个计算机系统中，归纳起来可以将资源分为 四类：处理机、存储器、设备及文件（程序和数 据）。相应地，操作系统的主要管理功能也正是 针对这4类资源进行的。处理机管理；存储管理； 设备管理；文件系统。
3.操作系统是计算机系统功能的扩充 3.操作系统是计算机系统功能的扩充
每当人们在计算机系统上覆盖一层软件后，系统功 能便增强一级。由于操作系统自身包含了若干层软 件，因此当裸机上覆盖了操作系统后，便可获得一 台功能显著增强，使用极为方便的多层虚拟机器。 虚拟机的观点也是我们分析操作系统的基本出发点。
◆时间片和响应时间
t=nq
1)时间片长短的确定 2）主计算机的系统配置直接影响分时系统的性能
◆特征
①同时性。多个用户同时在自己的终端上上机，共享计 同时性。多个用户同时在自己的终端上上机， 算机的CPU和其他资源。 和其他资源。 算机的 和其他资源 独立性。系统内每个用户程序独立工作， ②独立性。系统内每个用户程序独立工作，让用户有自 己一个人在使用计算机的感觉。 己一个人在使用计算机的感觉。 及时性。 ③及时性。计算机系统应该在用户能够忍受的等待时间 内对用户的请求予以响应。 内对用户的请求予以响应。 交互性。计算机系统和用户用会话方式工作。 ④交互性。计算机系统和用户用会话方式工作。
网络操作系统
授课教师:陈 卫
Email:chenwei_1976@ 电 话:5786623 单 位:信息与计算机学院网络工程系 信息与计算机学院网络工程系
课程性质：网络工程专业核心课程 教学时数：50理论学时+30实验学时+1周课
程设计
教学内容：主要讲述计算机操作系统的基本 课程要求：理解概念,多上机实习。 其它要求：
实时系统具有如下的特征
①及时性 实时系统的及时性是非常关键的，主要反映在对用户的 响应时间的要求上。 ②交互性 实时系统的交互性根据应用对象的不同和应用要求的不 同，对交互操作的方便性和交互操作的权限性有特殊的 要求。 ③安全可靠性 这是实时系统最重要的设计目标之一。 ④多路性 实时系统也具有多路性。
15
图1-6多道程序设计技术示意图
16
在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处： (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 1-7(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。
实时系统和分时系统比较： 实时系统和分时系统比较： ◆分时系统中以进程作为调度和分配资源的基本单位，而
实时系统中以一个事件处理程序为调度基本单位，没有 进程概念； ◆分时系统中各用户进程地位是平等的，而实时系统中系 统对不同事件的响应优先级不一样； ◆分时系统是通用系统，而实时系统是专用系统 ◆分时系统响应及时性是以人能忍受的等待时间来衡量 （以秒为单位），而实时系统响应时间是以该事件能忍 受的等待时间来衡量（通常以毫秒。微秒为单位）
1.3 操作系统的发展
1.3.1微机操作系统的发展 1.单用户单任务操作系统 2.单用户多任务操作系统 3.多用户多任务操作系统 1.3.2多机操作系统 1.多处理机系统的类型 2.多处理机操作系统的类型
29
1.3.3网络操作系统 1.3.3网络操作系统 ◆定义：用于控制管理网络通信和资源共享，协调各主 机上任务的执行，并向用户提供统一的网络接口的软 件的集合。 ◆计算机网络操作系统的模式： 1）客户/服务器模式（client-server) 2)对等模式（peer-to-peer)
1.2.3 操作系统的形成
1. 多道程序设计技术 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 (Multiprogrammed Batch Processing System)。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。
21
5. 多道批处理系统需要解决的问题 (1)处理机管理问题。 (2) 内存管理问题。 (3) I/O设备管理问题。 (4) 文件管理问题。 (5) 作业管理问题。
22
5.分时系统 5.分时系统
图1-9 分时系统示意图
◆分时技术:把处理机的运行时间分成很短的时间片，按
时间片轮流把处理机分配给各联机用户作业使用。若在 其分配的时间片内不能完成计算，则该作业暂时中断， 把处理机让给另一作业使用，等待下一轮继续其运行。 ◆分时操作系统：采用分时技术进行处理机分配，在一台 计算机上连接多个用户终端，多个用户可同时在自己的 终端上使用计算机，好像自己独占机器一样。
19
2. 多道批处理系统
作业1 作业2 作业2 os
读卡机
后备 作业
完成 作业
打印机
提交状态
后备状态
运行状态
完成状态
图1-8 多道批处理系统示意图
20
3. 多道批处理系统的特征 (1)多道性。 (2) 无序性。 (3) 调度性。 4. 多道批处理系统的优缺点 (1)资源利用率高。 (2) 系统吞吐量大。 (3) 平均周转时间长。 (4) 无交互能力。
17
用户程序 监督程序 I/O 操作
I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成
I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成 结束中断
结束中断
t1
t2
t3
t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况 程序A I/O 请求 程序A I/O 完成 程序A再被调度 A完成 程序B I/O 请求
程程A 程程B 程程C 程程D 再再程程
◆设计分时系统优先考虑的目标是： 设计分时系统优先考虑的目标是： 交互性和响应的及时性
6.实时系统 6.实时系统
◆定义：指对外部事件能在允许的时间范围内做出响应的 操作系统。 ◆特征：（设计实时系统优先考虑的目标） 响应的及时性（对特定事件） 系统的高可靠性 ◆实时操作系统一般是专用系统，而其他操作系统一般是 通用系统。 ◆实时系统一般采用设备冗余的办法解决系统的高可靠性 问题。
图1-2.1.4操作系统的层次模型
操作系统对象（处理 机、存储器、设备、 文件） 对对象操纵和管理的 软件集合（处理机管 理、存储管理、设备 管理、文件管理） 用户接口（命令行接 口，图形用户接口， 程序接口）
用户接口 （命令行接口、图形用户接口、程 序接口） 对对象操纵和管理的软件集合 （处理机管理、存储器管理、设备 管理、文件管理） 操作系统对象 （处理机、存储器、设备、文件）
4
1.1.2操作系统的目标(了解)
⒈方便性 ⒉有效性 ⒊可扩充性 ⒋开放性、标准化 ⒌可靠性 ⒍可移植性
1.1.3操作系统的地位和作用
图1-1操作系统的供求关系
1.操作系统是用户与计算机系统之间的接口 1.操作系统是用户与计算机系统之间的接口
①命令行接口 ②图形用户接口 ③程序接口
2.操作系统是计算机系统资源的管理者和竞 2.操作系统是计算机系统资源的管理者和竞 争资源的仲裁者
◆引入操作系统的目的： 引入操作系统的目的：
提高系统资源使用效率； 方便用户工作； 方便系统扩充; 操作系统的定义： ◆操作系统的定义：它是计算机系统中控制和 管理计算机系统资源、合理组织计算机工作流程、 提高资源利用率和方便用户使用计算机系统的计算 机程序的集合。它是计算机系统中的一个系统软件。 网络操作系统的定义 操作系统的定义： ◆网络操作系统的定义：就是具有网络功能 的操作系统，用于管理网络通信和共享网络资源， 协调各主机上任务的运行，并向用户提供统一的、 有效的网络接口的软件集合。
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。 (2) 提高I/O速度。
输入设备 外围机 磁盘
主机
外围机
输出设备
图1-4脱机I/O的示意图
2 单道批处理阶段
(1). 单道批处理系统 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程 的处理过程
1.2.2 操作系统的产生
⒈手工阶段（46年---50年代末） 手工阶段（46年---50年代末） 50年代末 (1)人工操作方式
没有系统软件、用户直接用机器语言编程。在上机时独 占全部资源。用户既是程序员又是操作员。
缺点： 缺点：
◆CPU工作时间大量被浪费 ◆编程困难、操作困难
11
脱机输入/输出(Off (OffI/O)方式 方式 (2). 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式
开始 还有下 一个作业？ 否 停止 是 源程序 有错吗？ 否 运 行 目标程序 装 配 目标程序
13
是
把下一个作业的源 程序转换为目标程 序
图 1-5 单道批处理系统的处理流程
(2). 单道批处理系统的特征 2 单道批处理系统的特征 单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地 说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解 的OS。尽管如此，该系统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。
1.3.4、 1.3.4、分布式操作系统
◆分布式操作系统定义：能够通过通信网络将物理分布的
具有自治功能的数据处理系统和计算机系统连接起来， 实现信息交换和资源共享，协作完成任务的操作系统。 ◆特征： 1）、统一性：系统内只有一个全局操作系统，采用分布 式控制的方法，负责全系统的资源管理和运行控制； 2）、共享性：资源共享； 3）、分布性
3.操作系统是计算机系统功能的扩充 3.操作系统是计算机系统功能的扩充
每当人们在计算机系统上覆盖一层软件后，系统功 能便增强一级。由于操作系统自身包含了若干层软 件，因此当裸机上覆盖了操作系统后，便可获得一 台功能显著增强，使用极为方便的多层虚拟机器。 虚拟机的观点也是我们分析操作系统的基本出发点。
◆时间片和响应时间
t=nq
1)时间片长短的确定 2）主计算机的系统配置直接影响分时系统的性能
◆特征
①同时性。多个用户同时在自己的终端上上机，共享计 同时性。多个用户同时在自己的终端上上机， 算机的CPU和其他资源。 和其他资源。 算机的 和其他资源 独立性。系统内每个用户程序独立工作， ②独立性。系统内每个用户程序独立工作，让用户有自 己一个人在使用计算机的感觉。 己一个人在使用计算机的感觉。 及时性。 ③及时性。计算机系统应该在用户能够忍受的等待时间 内对用户的请求予以响应。 内对用户的请求予以响应。 交互性。计算机系统和用户用会话方式工作。 ④交互性。计算机系统和用户用会话方式工作。
网络操作系统
授课教师:陈 卫
Email:chenwei_1976@ 电 话:5786623 单 位:信息与计算机学院网络工程系 信息与计算机学院网络工程系
课程性质：网络工程专业核心课程 教学时数：50理论学时+30实验学时+1周课
程设计
教学内容：主要讲述计算机操作系统的基本 课程要求：理解概念,多上机实习。 其它要求：
实时系统具有如下的特征
①及时性 实时系统的及时性是非常关键的，主要反映在对用户的 响应时间的要求上。 ②交互性 实时系统的交互性根据应用对象的不同和应用要求的不 同，对交互操作的方便性和交互操作的权限性有特殊的 要求。 ③安全可靠性 这是实时系统最重要的设计目标之一。 ④多路性 实时系统也具有多路性。
15
图1-6多道程序设计技术示意图
16
在OS中引入多道程序设计技术可带来以下好处： (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 1-7(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。
实时系统和分时系统比较： 实时系统和分时系统比较： ◆分时系统中以进程作为调度和分配资源的基本单位，而
实时系统中以一个事件处理程序为调度基本单位，没有 进程概念； ◆分时系统中各用户进程地位是平等的，而实时系统中系 统对不同事件的响应优先级不一样； ◆分时系统是通用系统，而实时系统是专用系统 ◆分时系统响应及时性是以人能忍受的等待时间来衡量 （以秒为单位），而实时系统响应时间是以该事件能忍 受的等待时间来衡量（通常以毫秒。微秒为单位）
1.3 操作系统的发展
1.3.1微机操作系统的发展 1.单用户单任务操作系统 2.单用户多任务操作系统 3.多用户多任务操作系统 1.3.2多机操作系统 1.多处理机系统的类型 2.多处理机操作系统的类型
29
1.3.3网络操作系统 1.3.3网络操作系统 ◆定义：用于控制管理网络通信和资源共享，协调各主 机上任务的执行，并向用户提供统一的网络接口的软 件的集合。 ◆计算机网络操作系统的模式： 1）客户/服务器模式（client-server) 2)对等模式（peer-to-peer)
1.2.3 操作系统的形成
1. 多道程序设计技术 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 (Multiprogrammed Batch Processing System)。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。
21
5. 多道批处理系统需要解决的问题 (1)处理机管理问题。 (2) 内存管理问题。 (3) I/O设备管理问题。 (4) 文件管理问题。 (5) 作业管理问题。
22
5.分时系统 5.分时系统
图1-9 分时系统示意图
◆分时技术:把处理机的运行时间分成很短的时间片，按
时间片轮流把处理机分配给各联机用户作业使用。若在 其分配的时间片内不能完成计算，则该作业暂时中断， 把处理机让给另一作业使用，等待下一轮继续其运行。 ◆分时操作系统：采用分时技术进行处理机分配，在一台 计算机上连接多个用户终端，多个用户可同时在自己的 终端上使用计算机，好像自己独占机器一样。
19
2. 多道批处理系统
作业1 作业2 作业2 os
读卡机
后备 作业
完成 作业
打印机
提交状态
后备状态
运行状态
完成状态
图1-8 多道批处理系统示意图
20
3. 多道批处理系统的特征 (1)多道性。 (2) 无序性。 (3) 调度性。 4. 多道批处理系统的优缺点 (1)资源利用率高。 (2) 系统吞吐量大。 (3) 平均周转时间长。 (4) 无交互能力。
17
用户程序 监督程序 I/O 操作
I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成
I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成 结束中断
结束中断
t1
t2
t3
t4
t5 t6
t7 t8
(a) 单道程序运行情况 程序A I/O 请求 程序A I/O 完成 程序A再被调度 A完成 程序B I/O 请求
程程A 程程B 程程C 程程D 再再程程
◆设计分时系统优先考虑的目标是： 设计分时系统优先考虑的目标是： 交互性和响应的及时性
6.实时系统 6.实时系统
◆定义：指对外部事件能在允许的时间范围内做出响应的 操作系统。 ◆特征：（设计实时系统优先考虑的目标） 响应的及时性（对特定事件） 系统的高可靠性 ◆实时操作系统一般是专用系统，而其他操作系统一般是 通用系统。 ◆实时系统一般采用设备冗余的办法解决系统的高可靠性 问题。
图1-2.1.4操作系统的层次模型
操作系统对象（处理 机、存储器、设备、 文件） 对对象操纵和管理的 软件集合（处理机管 理、存储管理、设备 管理、文件管理） 用户接口（命令行接 口，图形用户接口， 程序接口）
用户接口 （命令行接口、图形用户接口、程 序接口） 对对象操纵和管理的软件集合 （处理机管理、存储器管理、设备 管理、文件管理） 操作系统对象 （处理机、存储器、设备、文件）
4
1.1.2操作系统的目标(了解)
⒈方便性 ⒉有效性 ⒊可扩充性 ⒋开放性、标准化 ⒌可靠性 ⒍可移植性
1.1.3操作系统的地位和作用
图1-1操作系统的供求关系
1.操作系统是用户与计算机系统之间的接口 1.操作系统是用户与计算机系统之间的接口
①命令行接口 ②图形用户接口 ③程序接口
2.操作系统是计算机系统资源的管理者和竞 2.操作系统是计算机系统资源的管理者和竞 争资源的仲裁者
◆引入操作系统的目的： 引入操作系统的目的：
提高系统资源使用效率； 方便用户工作； 方便系统扩充; 操作系统的定义： ◆操作系统的定义：它是计算机系统中控制和 管理计算机系统资源、合理组织计算机工作流程、 提高资源利用率和方便用户使用计算机系统的计算 机程序的集合。它是计算机系统中的一个系统软件。 网络操作系统的定义 操作系统的定义： ◆网络操作系统的定义：就是具有网络功能 的操作系统，用于管理网络通信和共享网络资源， 协调各主机上任务的运行，并向用户提供统一的、 有效的网络接口的软件集合。
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。 (2) 提高I/O速度。
输入设备 外围机 磁盘
主机
外围机
输出设备
图1-4脱机I/O的示意图
2 单道批处理阶段
(1). 单道批处理系统 单道批处理系统(Simple Batch Processing System)的处理过程 的处理过程
1.2.2 操作系统的产生
⒈手工阶段（46年---50年代末） 手工阶段（46年---50年代末） 50年代末 (1)人工操作方式
没有系统软件、用户直接用机器语言编程。在上机时独 占全部资源。用户既是程序员又是操作员。
缺点： 缺点：
◆CPU工作时间大量被浪费 ◆编程困难、操作困难
11
脱机输入/输出(Off (OffI/O)方式 方式 (2). 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式
开始 还有下 一个作业？ 否 停止 是 源程序 有错吗？ 否 运 行 目标程序 装 配 目标程序
13
是
把下一个作业的源 程序转换为目标程 序
图 1-5 单道批处理系统的处理流程
(2). 单道批处理系统的特征 2 单道批处理系统的特征 单道批处理系统是最早出现的一种OS，严格地 说，它只能算作是OS的前身而并非是现在人们所理解 的OS。尽管如此，该系统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。
1.3.4、 1.3.4、分布式操作系统
◆分布式操作系统定义：能够通过通信网络将物理分布的
具有自治功能的数据处理系统和计算机系统连接起来， 实现信息交换和资源共享，协作完成任务的操作系统。 ◆特征： 1）、统一性：系统内只有一个全局操作系统，采用分布 式控制的方法，负责全系统的资源管理和运行控制； 2）、共享性：资源共享； 3）、分布性