上理操作系统第1章
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。
操作系统课件第1章 引论
源程序有 错吗？
否
装配目标 程序
在计算机系统中安装 一个监控程序 Monitor,作业在其控 制下顺序连续处理。
缺点： 资源得不到充分利用
优点： 简单
三、多道批处理系统（第7页）
t
多道批处理系统是真正的OS
特征：
•多道性 •无序性 •作业调度性
•CPU利用率↑ •内存利用率↑ •I/O设备的利用率↑
出设备的使用顺序和时间如下：
A：I2(30ms)；CPU (10ms)；I1 (30ms)；CPU(10ms)；I2(20ms) B： I1(20ms)； CPU (20ms)； I2(40ms) C： CPU (30ms) ； I1 (20ms)； CPU (10ms)； I1(10ms) 假定：CPU、I1，I2能并行工作， A优先级最高，B次之、C优
1.4 操作系统的功能
• 处理机管理 • 储存器管理 • 设备管理 • 文件管理 • 用户接口
处理机管理
1) 进程控制：创建、管理、撤消 2)进程同步:互斥、同步 3)进程间的通信：交换信息 4)调度：作业调度和进程调度
储存器管理
1)内存分配
静态内存分配、动态内存分配
2)内存保护 3)地址影射 4)内存扩充
先级最低，优先级高的作业可以抢占优先级低的作业的 CPU但不能抢占I1和I2。 要求：
（1）画出三个程序的运行情况。 （2）计算从投入到完成CPU利用率和每个I/O设备的利用率。
1.3 操作系统基本特征
一、并发性 二、共享性 三、虚拟性 四、异步性
一、并发性(Concurrence)
并发：指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。 并行：是指两个或多个事件在同一时刻同时发生。 单处理器系统：宏观上是并行的，微观上是串行的。 多处理器系统：宏观和微观上都是并行的。 并发机制的引入的目的：有效改善了系统资源的利用
操作系统第一章ppt课件
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
1.1.2 操作系统的含义 • 操作系统是一个系统软件 • 操作系统管理和控制计算机系统的资源、
合理地组织计算机工作流程 • 操作系统给用户提供了一个方便、友好
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1.2 操作系统的历史
1.2.1 手工操作阶段
• 50年代早期，出现了穿孔卡片。程序写在卡片上然后读 入计算机，而不用插板，但计算过程则依然如旧。
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内存扩充（覆盖、交换和虚拟存储）：提高内存利 用率、扩大进程的内存空间
烧伤病人的治疗通常是取烧伤病人的 健康皮 肤进行 自体移 植，但 对于大 面积烧 伤病人 来讲， 健康皮 肤很有 限，请 同学们 想一想 如何来 治疗该 病人
第一章 绪论
设备管理
– 管理目标：方便设备的使用、提高CPU与I/O 设备利用率
• 设备操作：利用设备驱动程序完成对设备的操作 • 设备独立性(device independence)：提供统一的I/O
设备接口，使应用程序独立于物理设备，提高可适 应性；在同样的接口和操作下完成不同的内容 • 设备分配与回收：在多用户间共享I/O设备资源 缓冲区管理：匹配CPU和外设的速度，提高两者的 利用率。主机与外设并行
CPU
寄存器组
操作系统-第一章-概述
操作系统-第⼀章-概述1.1 操作系统的概念、功能和⽬标概念操作系统(Operating System，OS)是指 控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织调度计算机的⼯作和资源的分配，为⽤户和其他软件提供⽅便的接⼝和环境 的程序集合。
它是计算机系统中最基本的系统软件。
功能和⽬标①操作系统是系统资源的管理者②向上提供⽅便易⽤的服务③是最接近硬件的⼀层软件①操作系统是系统资源的管理者（管理功能）作为系统资源的管理者，其⽬标是安全、⾼效，提供的功能有：处理机管理管理处理机的分配与运⾏，解决冲突问题，可以理解为对进程的管理进程管理：进程控制、进程同步、进程通信、死锁处理、处理机调度存储器管理为了提⾼多道程序运⾏效率，⽅便⽤户使⽤内存分配、地址映射、内存保护、共享和内存扩充⽂件管理操作系统负责管理⽂件的系统称为⽂件系统⽂件存储空间的管理、⽬录管理、⽂件读写管理和保护设备管理完成⽤户的IO请求，⽅便⽤户使⽤设备，提⾼设备的利⽤率缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备②向上提供⽅便易⽤的服务（接⼝功能）操作系统为⽤户和软件提供服务，通过提供接⼝来完成：命令接⼝联机控制⽅式：交互式命令接⼝，适⽤于分时或者实时系统，就像⼈与机器对话⼀样。
(⽤户说⼀句，系统跟着做⼀句)脱机控制⽅式：批处理命令接⼝，提交⼀组作业，系统进⾏处理，⽤户不能⼲预作业的运⾏。
(⽤户说⼀堆，系统跟着做⼀堆)程序接⼝由⼀组系统调⽤命令组成(也称作系统调⽤或者⼴义指令)可以在程序中进⾏系统调⽤来使⽤程序接⼝。
普通⽤户不能直接使⽤程序接⼝，只能通过程序代码间接使⽤。
此外还有GUI图形⽤户界⾯，可以说 命令接⼝和GUI是直接给⽤户使⽤的，⽽程序接⼝是给软件或是程序员使⽤的。
③是最接近硬件的⼀层软件（扩充机器）作为最接近硬件的⼀层软件，操作系统需要实现对硬件机器的扩展，将CPU、内存、磁盘、显⽰器、键盘等硬件合理地组织起来，让各种硬件能够相互协调配合，实现更多更复杂的功能。
操作系统第一章课件
Operating Systems
1.19
绝大多数计算机系统都提供辅助存储器作为内存的扩充
Magnetic disks(磁盘) – rigid metal or glass platters covered with disks(磁盘 磁盘) magnetic recording material Disk surface is logically divided into tracks(磁道 which are 磁道), 磁道 subdivided into sectors(扇区 扇区). 扇区 The disk controller determines the logical interaction between the device and the computer.
Part One: Overview
Operating Systems
Part One: Overview
Chapter 1: Introduction Chapter 2: Operating-System Structures Operating-
Operating Systems
Chapter 1: Introduction
Operating Systems
1.20
Storage Hierarchy
存储系统以层次结构组织 Speed速度 速度 Cost价格 价格 Size容量 Size容量 Volatility易失性 易失性
Operating Systems
1.21
volatile
nonvolatile
Storage-Device Hierarchy
硬件 外设 系统
内存 裸机 I/O 操作系统 外存 操作系统 应用软件 程序设计语言 数据库管理系统 办公自动化 计算机辅助设计
操作系统第1章 操作系统概述
操作系统第1章操作系统概述在我们日常使用电脑、手机等电子设备时，操作系统是那个默默在背后辛勤工作的“大管家”。
它负责管理和协调硬件资源，为我们提供一个方便、高效的工作和娱乐环境。
那么，操作系统到底是什么？它又有哪些重要的功能和特点呢？接下来，让我们一起走进操作系统的世界。
首先，我们来明确一下操作系统的定义。
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。
它就像是一个指挥中心，掌控着计算机的一切活动，确保各个部件能够协同工作，以满足用户的需求。
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任务之一。
在计算机中，多个程序可能同时运行，操作系统需要合理地分配 CPU 时间，让每个程序都能得到执行的机会，避免某个程序独占资源而导致其他程序无法运行。
这就好比在一个繁忙的十字路口，交警要指挥车辆有序通行，避免交通堵塞。
内存管理也至关重要。
计算机的内存是有限的，而运行的程序和数据都需要占用内存空间。
操作系统要负责为程序分配内存，并在程序不再使用时及时回收，以确保内存的高效利用。
想象一下，内存就像是一个仓库，操作系统要决定哪些货物（程序和数据）存放在哪里，以及什么时候把不需要的货物清理出去，为新的货物腾出空间。
文件管理是操作系统的另一个重要功能。
我们在计算机中存储了大量的文件，操作系统需要对这些文件进行组织、存储和检索。
它要建立文件目录结构，方便用户查找和访问文件，同时还要确保文件的安全性和完整性。
设备管理也是操作系统不可缺少的一部分。
计算机连接着各种各样的外部设备，如键盘、鼠标、打印机等。
操作系统要负责这些设备的驱动和管理，使它们能够正常工作，并协调设备之间的资源分配。
除了上述主要功能，操作系统还提供了用户接口，方便用户与计算机进行交互。
用户接口可以分为命令行接口和图形用户接口。
命令行接口通过输入命令来操作计算机，对于专业人员来说可能更加高效；而图形用户接口则以直观的图形和图标展示信息，更适合普通用户使用。
操作系统第一章总结
操作系统第一章总结《操作系统第一章总结》嘿，朋友们！咱今天来聊聊操作系统这神奇的玩意儿，就从它的第一章开始。
你想想看，操作系统就像是一个大管家，把电脑里的各种事儿都安排得妥妥当当。
它要管着硬件，让那些零件们都乖乖听话，协同工作；还要照顾好软件，给它们提供合适的环境来运行。
就说开机吧，这看似简单的动作，背后可都是操作系统在默默努力呢。
它得快速地启动起来，然后把该准备的都准备好，就像咱早上起来要刷牙洗脸，整理好自己才能出门一样。
还有啊，它得管理好内存。
内存就像是房子里的房间，程序们就像是来住店的客人。
操作系统得给这些客人安排好房间，不能让它们乱了套。
如果房间不够了，它还得想办法腾挪一下，让大家都能有地方待。
文件系统也是操作系统的重要职责之一。
它就像是一个超级大的文件柜，把我们的各种资料都整理得井井有条。
我们想找什么文件，它都能快速地给我们找出来，可厉害了。
任务调度呢，就像是个指挥交通的警察。
这么多程序都想运行，它得合理安排时间，让大家都能有机会露个脸，不至于有的程序等得花儿都谢了还没轮到它。
我记得有一次，我电脑突然变得特别卡，后来才发现是有些程序占用了太多资源，操作系统忙不过来了。
这就好像一个管家一下子要照顾太多调皮的孩子，有点力不从心啦。
其实操作系统的第一章就像是给我们打开了一扇通往计算机世界的大门。
让我们初步了解了这个神奇的世界是怎么运转的。
它看似平凡，却在背后默默付出，让我们能顺畅地使用电脑。
总之呢，操作系统第一章告诉我们，它是电脑的灵魂，没有它，电脑就像没了主心骨。
它让一切都变得有序，让我们能轻松愉快地和电脑打交道。
所以啊，我们得好好感谢这个默默奉献的大管家呀！。
操作系统原理 第1章 操作系统引论-精品资料PPT课件
读入一个作业(若系统资源能满足该作业要 求);
17
(5)从磁带调入汇编程序或编译程序，将用户作业源程 序翻译成目标代码;
(6)连接装配程序把编译后的目标代码及所需的子程序 装配成一个可执行程序;
创建、撤消进程，进程状态转换 通过原语或系统调用实现 （2）进程同步 协调进程间的关系 互斥和同步 同步机制 如锁、信号量 （3）进程通信 进程间的信息交换 直接通信和间接通信 （4）进程调度 为进程分配处理机 核心为调度算法
6
2.存储管理
（1）存储分配 为进程分配存储空间 静态分配和动态分配
（2）存储保护 防止程序相互干扰 硬、软件结合实现
第1章 操作系统引论
1
整体概述
概述一
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概述二
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概述三
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2
一、操作系统的概念
3
操作系统定义：
操作系统是一组有效控制和管理计算机系统的硬件和软 件资源、合理地组织计算机工作流程以及方便用户的 程序集合。
有效：系统效率，资源利用率（如：CPU的充分利用； 内存、外部设备是否忙碌年代末－60年代中）多道程 序系统
单道程序工作示例
20
多道程序工作示例 多道程序运行的特点是: (1) 多道：计算机内存中同时存放几道相互独立的程序。 (2) 宏观上并行：同时进入系统的几道程序都处于运行过 程中，即它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 (3) 微观上串行：实际上，各道程序轮流使用CPU，交替 执行。
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第一章 操作系统引论
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。 (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
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 结束中断 I/O 中断请求 启动 I/O I/O 完成 结束中断
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。
第一章 操作系统引论
3. OS实现了对计算机资源的抽象 •裸机：一台完全无软件的计算机系统
•虚拟机:覆盖了软件的机器,在裸机上铺设的I/O软件隐藏了对
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 程序 B 程序 C 程序 D 调度 程序 (b ) 四 道 程 序 运 行 情 况 程序 A 程序B I/O 请求 程序 B 程序C I/O 请求 程序 C 程序 D 程序B I/O 完成 C I/O 完成 C 再 被 调 度 程序D I/O 请求 程序A I/O 完成 程序A 再被调度 A 完成
第一章 操作系统引论
2. 实时任务 1) 按任务执行时是否呈现周期性来划分 (1) 周期性实时任务。 (2) 非周期性实时任务。 外部设备所发出的激励信号并无明显的周期性， 但都必须联系着一个截止时间 (Deadline)。它又可分为： ① 开始截止时间——任务在某时间以前必须开始执行； ② 完成截止时间——任务在某时间以前必须完成。
第一章 操作系统引论
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 2. 方便用户
3. 器件的不断更新换代
4. 计算机体系结构的不断发展
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
1. 人工操作方式 (1) 用户独占全机。 (2) CPU等待人工操作。
MS-DOS
Windows
微软
1985年
Unix
AT&TBell 实验室
1969年
第一章 操作系统引论
主流操作系统
名称 Linux 主设计者 Linus Torvalds 时间 1991年 Linux是Unix克隆的操作系统，在 源代码上兼容绝大部分Unix标准， 是一个支持多用户、多进程、多 线程、实时性较好的且稳定的操 作系统。 是由许多人参与开发和维护的 BSD UNIX操作系统。FreeBSD提 供先进的联网、负载能力，卓越 的安全和兼容性。 Mac OS是一套运行于苹果 Macintosh系列电脑上的操作系统。 Mac OS是首个在商用领域成功的 图形用户界面。
FreeBSD
加州伯克 利学校
1993年
Mac OS
比尔· 阿特 金森、杰 夫· 拉斯金 和安迪· 赫 茨菲尔德
1984年
第一章 操作系统引论
CP/M操作系统
• 随着计算技术和大规模集成电路的发展，微型 计算机迅速发展起来。从20世纪70年代中期开 始出现了计算机操作系统。 • 1976年，美国DIGITAL RESEARCH软件公司 研制出8位的CP/M操作系统。这个系统允许用 户通过控制台的键盘对系统进行控制和管理， 其主要功能是对文件信息进行管理，以实现硬 盘文件或其他设备文件的自动存取。
第一章 操作系统引论
2. 脱机输入/输出(Off-Line I/O)方式 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
脱 机 I/O
主机
示 意 图
外围机 输出设备
第一章 操作系统引论
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
单道和多道程序运行情况
第一章 操作系统引论
假设系统中有三个作业…
JOB1 作业类型 JOB2 JOB3 大量I/O 大量计算 大量I/O
持续时间 作业大小
需要磁盘 需要终端
5min 50k
否 否
15min 100k
否 是 否
10min 80k
是 否 是
需要打印机 否
第一章 操作系统引论
资源利用情况
第一章 操作系统引论
硬件与软件的层次关系
终端用户
系统软件
应用软件
计算机硬件
第一章 操作系统引论
系统服务
？
处理结果
应 用 软 件
手持式计算机
台式PC
使用者
操 作 如何使用？ 系 统
底层硬件控制
笔记本电脑 大型机
用户输入 计算机 硬件设备
系统调用
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)。 OS的主要功能：
第一章 操作系统引论
3. 实时系统与分时系统特征的比较 (1) 多路性。 (2) 独立性。
(3) 及时性。
(4) 交互性。 (5) 可靠性。
第一章 操作系统引论
1.2.6 操作系统的发展
• 从1946年诞生第一台电子计算机以来，它的每 一代进化都以减少成本、缩小体积、降低功耗、 增大容量和提高性能为目标，随着计算机硬件 的发展，同时也加速了操作系统(简称OS)的形 成和发展。 • 最初的电脑并没有操作系统，人们通过各种操 作按钮来控制计算机，后来出现了汇编语言， 操作人员通过有孔的纸带将程序输入电脑进行 编译。
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 是 把下一个作业的源 程序转换为目标程 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 (1) 自动性。 (2) 顺序性。 (3) 单道性。
第一章 操作系统引论
第一章 操作系统引论
2) 根据对截止时间的要求来划分
(1) 硬实时任务(hard real-time task)。系统必须满足任
务对截止时间的要求，否则可能出现难以预测的结果。 (2) 软实时任务(Soft real-time task)。它也联系着一个 截止时间， 但并不严格，若偶尔错过了任务的截止时间， 对系统产生的影响也不会太大。
第一章 操作系统引论
1.2.4 分时系统
1. 分时系统(Time-Sharing System)的产生多道批处理系 统:提高资源利用率和系统吞吐量 分时系统:用户的交互需求 (1) 人—机交互。 (2) 共享主机。 (3) 便于用户上机。
第一章 操作系统引论
终 端
主机
第一章 操作系统引论
时间片： 操作系统将CPU的时间划分成若干相等的 时间段,称为时间片 操作系统以时间片为单位,轮流为每个终端 用户服务
第一章 操作系统引论
MS-DOS
• 在IBM-PC及其兼容机上运行的操作系统，它起源于 SCP86-DOS，是1980年基于8086微处理器而设计的单用 户操作系统。 • 微软公司获得了该操作系统的专利权，配备在IBM-PC机 上，并命名为PC-DOS。 • 1981年，微软的MS-DOS 1.0版与IBM的PC面世，这是第 一个实际应用的16位操作系统。微型计算机进入一个新 的纪元。 • 1987年，微软发布MS-DOS 3.3版本，是非常成熟可靠的 DOS版本，微软取得个人操作系统的霸主地位。 • DOS经历了7次大的版本升级，从1.0版到现在的7.0版， 不断地改进和完善。但是，DOS系统的单用户、单任务、 字符界面和16位的大格局没有变化，因此它对于内存的 管理也局限在640KB 的范围内。
多路性 交互性 独立性 及时性
第一章 操作系统引论
1.2.5 实时系统
所谓“实时”，是表示“及时”，而实时系统 (RealTime System) 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。
1. 应用需求 (1) 实时控制。 (2) 实时信息处理。
1.有效性：操作系统资源利用率，提高系统吞吐量
2.方便性：提供人机接口
3. 可扩充性：方便增加/修改功能和模块
4. 开放性：遵循标准规范
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。
OS是一个系统软件，因而这种接口是软件接口。
单道程序 多道程序 CPU 内存 磁盘 打印机 总时间 吞吐率 22％ 30％ 33％ 33％ 30min 6个/h 43％ 67％ 67％ 67％ 15min 12个/h
平均响应时间 18min
10min
第一章 操作系统引论
例 在有一台CPU和两台输入/输出设备磁盘和磁带的多 道程序系统中，同时投入运行2个程序A和B。这2个程 序对CPU和磁盘和磁带的使用顺序和使用时间为： 程序A：磁带（30S）、CPU（10S）、磁盘（30S）、 CPU（10S）、磁带（20S） 程序B：磁盘（20S）、CPU（30S）、磁带（40S）
第一章 操作系统引论
操作系统
魏赟 yun_wei@
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