第二章操作系统概述浙江工业大学
操作系统课件2
操作系统课件2一、引言操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供高效、稳定、安全的运行环境。
本课件将重点介绍操作系统的基本概念、功能、类型以及进程管理等内容。
二、操作系统的基本概念1.操作系统的定义操作系统（OperatingSystem，简称OS）是一种系统软件，它负责管理和协调计算机硬件与软件资源，为用户提供便捷、高效、稳定的运行环境。
2.操作系统的功能操作系统的功能主要包括资源管理、进程管理、内存管理、文件管理、设备管理和用户接口等。
3.操作系统的类型根据操作系统的特点和应用场景，可以分为批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统和分布式操作系统等。
三、进程管理1.进程的概念进程是操作系统中执行程序的基本单位，它包括程序代码、数据和进程控制块（PCB）。
2.进程的状态进程的状态分为运行、就绪、阻塞和结束等四种。
3.进程控制进程控制主要包括进程的创建、终止、阻塞、唤醒、切换等操作。
4.进程同步与互斥进程同步是指多个进程之间按照一定的顺序执行，以保证数据的一致性和正确性。
进程互斥是指多个进程在同一时刻只能有一个进程访问共享资源。
5.进程通信进程通信是指多个进程之间交换数据和消息。
进程通信的方式有共享内存、消息传递和管道等。
四、内存管理1.内存分配内存分配是指操作系统为进程分配内存空间的过程。
内存分配的方式有固定分区、可变分区和页式管理等。
2.内存回收内存回收是指操作系统将已分配给进程的内存空间回收的过程。
内存回收的方式有立即回收和延迟回收等。
3.内存扩充内存扩充是指通过虚拟内存技术，将磁盘空间作为内存使用，以扩大内存容量。
4.内存保护内存保护是指操作系统对内存空间进行权限管理，防止进程非法访问其他进程的内存空间。
五、文件管理1.文件的概念文件是存储在辅助存储设备上的数据集合，它具有名称、类型、属性和内容等。
2.文件系统文件系统是指操作系统对文件进行组织、存储、检索和管理的软件模块。
大一上学期末操作系统基础知识点总结
大一上学期末操作系统基础知识点总结操作系统是计算机科学中的重要课程，是计算机系统中的核心部分。
通过学习操作系统，可以帮助我们更好地理解计算机系统的运行原理，提高我们的编程能力和系统调试能力。
在大一上学期的操作系统课程中，我们学习了许多基础知识点，下面我将对这些知识点进行总结和归纳。
1. 操作系统概述操作系统是管理计算机硬件和软件资源的系统软件，它为用户和应用程序提供了接口，同时负责管理和调度计算机的资源。
操作系统的主要功能包括进程管理、文件管理、内存管理、设备管理和用户接口等。
2. 进程管理进程是程序在计算机上的一次执行过程，它是操作系统管理的基本单位。
在进程管理中，我们学习了进程的创建、调度、同步和通信等内容。
了解进程管理的相关知识，可以帮助我们编写高效的并发程序。
3. 内存管理内存管理是操作系统的重要功能之一，它负责管理计算机的内存资源。
在内存管理中，我们学习了虚拟内存、页面置换算法、内存分配和内存保护等内容。
通过学习内存管理知识，可以帮助我们更好地理解程序的内存使用和优化。
4. 文件管理文件管理是操作系统管理文件和存储设备的功能。
在文件管理中，我们学习了文件系统的组织和管理、文件存储空间的分配和保护等内容。
通过文件管理的学习，我们可以更好地了解文件系统的设计和实现。
5. 设备管理设备管理是操作系统管理计算机各种硬件设备的功能。
在设备管理中，我们学习了设备的分配和控制、设备驱动程序的设计和实现等内容。
了解设备管理知识，可以帮助我们更好地编写设备驱动程序和系统管理工具。
6. 用户接口用户接口是操作系统与用户交互的接口。
在用户接口中，我们学习了命令行界面和图形用户界面的设计和实现。
了解用户接口的知识，可以帮助我们设计友好的用户界面和提供良好的用户体验。
通过对操作系统基础知识点的总结，我对操作系统的工作原理和实际应用有了更深入的理解。
在未来的学习和工作中，我将继续深入学习操作系统相关知识，提高自己的技术能力，为将来的发展打下良好的基础。
《操作系统第二章》PPT课件
文件的逻辑结构与物理结构
文件的逻辑结构
从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立 于文件的物理特性，又称为文件组织。
文件的物理结构
又称文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。这不仅与存储介质的存储性能 有关，而且与所采用的外存分配方式有关。
文件的逻辑结构与物理结构之间的关系
实时操作系统
是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理， 其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出 快速响应，并控制所有实时任务协调一致地运行。
操作系统的分类与特点
网络操作系统
是基于计算机网络的，是在各种计算 机操作系统上按网络体系结构协议标 准开发的软件，包括网络管理、通信 、安全、资源共享和各种网络应用。
设备分配算法
常用的有先来先服务（FCFS）、优先级高者优先（HPF）等算法 ，根据实际需求选择合适的算法进行设备分配。
设备回收机制
在用户进程使用完设备后，及时回收设备资源，以便其他进程使用 。
设备驱动程序与中断处理
设备驱动程序
与硬件直接交互的软件模块，提供对 设备的控制和管理功能。驱动程序需 要处理设备的初始化、数据传输、错 误处理等问题。
构。
PCB中包含了进程标识符、处理 器状态信息、进程调度信息、进
程控制信息等。
操作系统通过PCB对进程实施管 理和控制，如进程的创建、撤销 、阻塞、唤醒等操作都需要修改
PCB中的信息。
进程调度算法
01
进程调度算法是操作系统用来确定处理器分配给哪个进程使 用的策略和方法。
02
常见的进程调度算法包括：先来先服务FCFS、短作业优先 SJF、优先级调度算法PSA、时间片轮转RR等。
操作系统二章课件ppt课件
文件目录管理
文件控制块（FCB）：为了能对一个 文件进行正确的存取，必须为文件设 置用于描述和控制文件的数据结构， 称之为“文件控制块（FCB）”。文 件管理程序可借助于文件控制块中的 信息对文件进行各种操作。
索引结点：在检索目录文件的过程中 ，只用到了文件名，仅当找到一个目 录项（查找文件名与目录项中文件名 匹配）时，才需要从该目录项中读出 该文件的物理地址。也就是说，在检 索目录时不需要用到其他那些对该文 件进行描述的信息，而只有在检索到 某一目录项时，系统才需要从该目录 项中读出该文件的物理地址和文件的 属性。
链接分配
这是按单个物理块逐个进行的。每个物理块中（一般是最后一个单元）设有一个指针，指 向其后续连接的下一个物理块的地址，从而使得存放同一文件的物理块链接成一个链表。
索引分配
这是另一种对文件存储不连续分配的方法。系统为每个文件建立一张索引表，索引表中的 每一表项指出文件信息所在的逻辑块号和与之对应的物理块号。
多处理器操作系统与并行计算
多处理器操作系统的基本 概念
并行计算的基本概念和技 术
多处理器操作系统的调度 和同步
并行算法的设计和实现
THANKS。
设备控制器向CPU发出中断请求
中断响应
CPU响应中断，保存现场，转入中断处理程序
中断处理与设备驱动程序
中断处理
处理中断事件，如读/写数据、状态处理等
中断返回
恢复现场，继续执行原程序
中断处理与设备驱动程序
设备驱动程序的功能
对设备控制器进行编程，实现I/O操作
设备驱动程序的层次结构
与设备无关的操作系统软件、设备驱动程序接口、设备驱动程序实现
微内核与宏内核的比较
微内核操作系统的优点 和缺点
操作系统概述PPT课件精选全文
1.1.1 操作系统地位 1.1.2 操作系统作用 1.1.3 操作系统定义
1
1.1.1 操作系统地位
硬件抽象层（HAL）之上 所有其它软件层之下
应用软件层
其它系统软件层 OS
硬件（HAL）
注意, 上图所示的层次关系具有穿透性：高层软件可调用 所有低于所在层次的软件,并可与硬件直接打交道。
—— API、GUI (Graphic User Interface) 4
1.1.3 操作系统定义
操作系统是位于硬件层(HAL)之上、所有 其它软件层之下的一个系统软件，是管 理系统中各种软硬件资源、方便用户使 用计算机系统的程序集合。
5
1.2 操作系统的历史
1.2.1 操作系统的产生
– 手工操作阶段 – 成批处理阶段 – 执行系统阶段
1.2.2 操作系统的完善
– 多道批处理系统 – 分时系统 – 实时处理系统 – 通用操作系统
1.2.3操作系统的发展
– 网络操作系统 – 分布式操作系统 – 多处理机操作系统 – 单用户操作系统 – 面向对象操作系统 – 嵌入式操作系统 – 智能卡操作系统
6
1.2.1 操作系统的产生
一、手工操作阶段 (20世纪40道批处理操作系统(batch processing system) 分时操作系统(time-sharing system) 实时操作系统(real-time system) 通用操作系统(multi-purpose system) 单用户操作系统(single user system) 网络操作系统(network operating system) 分布式操作系统(distributed operating system) 多处理机操作系统(multi-processor system) 嵌入式操作系统(embedded operating system) 智能卡操作系统(smart-card operating system)
操作系统基本概念与原理
操作系统基本概念与原理操作系统是计算机系统中的核心组成部分，它承担着管理计算机硬件和软件资源的重要任务。
本文将介绍操作系统的基本概念和原理，帮助读者理解操作系统的功能和运行机制。
一、操作系统的定义与作用操作系统是一种控制和管理计算机系统硬件和软件资源的软件系统。
它的作用主要包括以下几点：1.资源管理：操作系统负责对计算机的硬件资源进行统一管理，包括处理器、内存、磁盘、输入输出设备等。
它通过分时、分配、调度等技术，合理利用这些资源，为用户提供高效的计算环境。
2.进程管理：操作系统负责对进程的创建、调度和终止进行管理。
它将计算机的处理能力分时分配给各个进程，以保证它们能够正常运行。
3.内存管理：操作系统负责对内存资源进行管理，包括内存的分配、回收和保护。
它通过虚拟内存技术，为每个进程提供独立的内存空间，实现进程间的隔离和保护。
4.文件管理：操作系统负责对文件进行管理，包括文件的创建、读写、删除和保护等。
它提供了文件系统接口，方便用户对文件进行操作。
5.设备管理：操作系统负责对计算机的输入输出设备进行管理，包括设备的分配、控制和维护等。
它通过设备驱动程序，为用户提供方便的设备访问接口。
二、操作系统的基本原理操作系统的运行基于以下几个基本原理：1.并发原理：多个进程可以同时运行，操作系统需要保证它们之间的公平竞争和资源分配。
通过引入进程调度、互斥锁等机制，操作系统实现了进程间的并发执行。
2.共享原理：多个进程可以共享同一资源，操作系统需要确保资源能够被合理共享。
通过引入访问控制机制，操作系统实现了资源的共享和保护。
3.虚拟化原理：通过虚拟化技术，操作系统为每个进程提供了独立的虚拟机，使它们可以独立运行，互不干扰。
同时，操作系统还可以通过虚拟内存、虚拟设备等技术，将有限的物理资源虚拟化为更多的逻辑资源。
4.持久化原理：操作系统需要将进程的数据和程序保存到永久存储介质中，以便在系统重启后能够恢复。
通过文件系统和存储管理技术，操作系统实现了数据的持久化存储。
浙江省考研计算机科学操作系统重点梳理
浙江省考研计算机科学操作系统重点梳理操作系统（Operating System，简称OS）是计算机系统中的核心软件，它负责管理和控制计算机硬件资源以及为用户和应用程序提供服务。
在计算机科学考研中，操作系统是一个重要的考点，也是计算机科学与技术（Computer Science and Technology）专业的重要课程。
本文将针对浙江省考研计算机科学专业的操作系统知识进行重点梳理。
一、操作系统概述操作系统作为计算机系统的核心，具有重要的功能和特性。
在概述部分，我们将对操作系统进行简要介绍，包括定义、分类以及基本特性。
首先，我们来看操作系统的定义。
操作系统是一种控制、管理和协调计算机硬件、软件资源，以提供良好的用户界面和计算机系统管理的软件。
简单来说，操作系统就是计算机系统中的“大管家”。
在分类部分，操作系统根据运行环境可以分为分时操作系统、实时操作系统和多处理器操作系统；按层次结构可以分为单一系统、分布式系统、网络操作系统等。
具体来说，在浙江省考研计算机科学专业中，重点关注的是分时操作系统和实时操作系统。
操作系统的基本特性包括并发性、共享性、虚拟性和持久性。
并发性指操作系统能够同时管理多个任务；共享性指操作系统可以合理地分配和利用系统资源；虚拟性指操作系统可以将物理资源虚拟为多个逻辑上的资源；持久性指操作系统可以保护用户数据，并实现数据的持久存储。
二、进程管理进程是指计算机中正在运行的一个程序实例。
操作系统的进程管理模块负责对进程进行创建、撤销、调度和同步等操作。
在浙江省考研计算机科学专业中，我们需要重点掌握进程的定义、状态、进程控制块（PCB）以及进程同步与通信。
进程状态包括就绪、运行和阻塞三种状态，进程控制块是操作系统维护的进程描述信息的数据结构。
进程同步与通信是指多个进程之间为了完成共同任务而需要相互合作和通信的机制，如互斥、信号量、管程等。
三、内存管理内存管理是操作系统的重要功能之一，它负责计算机系统中内存资源的分配和回收。
第二章操作系统概述浙江工业大学
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操作系统作用
从计算机系统组成观点――操作系统是系统软件 计算机系统组成： 软件：应用软件
系统软件（操作系统、语言处理系统和常用 的例行服务程序）
硬件：输入／输出（I／O）设备 存储器(内存) 中央处理器(CPU)
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从资源管理程序观点――操作系统是系统资源管理 者
具有整体功能的系统，并可将一个任务分布地在各 系统上运行，实现分布式处理。
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操作系统研发的过程
第一个历史阶段：大型主机时代，操作系统作为硬件的组成部分之一，由硬件开 发商自己设计；
第二个历史阶段：个人电脑或小型主机时代，软件与硬件齐头并进，其间又经历 了两个阶段：基于命令行的DOS操作系统和基于窗口图形界面的Windows操作系 统。
用户必须顺序 访问计算机
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两个主要问题
调度(Schedule time)
假设用户预订3小时的工作时间，结果只用了30 分钟就完成了工作，剩下的2小时30分钟机器不 能分配给其他程序使用。存在大量的时间浪费问 题。
如果用户程序通过预订的时间还没有完成工作， 程序将被无条件终止
准备时间
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多道程序设计 (Multiprogramming)
内存空间同时容纳两个或多个用户程序，当一 个用户程序需要等待I/O设备时，处理器可以 分配给另一个用户程序执行
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现代多道批处理系统
目标：为了进一步提高资源利用率，在硬件采用通 道和中断技术支持并行操作的情况下，引入了多道 程序设计技术，由此引入多道批处理系统。
第三个历史阶段：WEB时代。微软公司的．NET技术与SUN公司的SUN ONE平 台。 “开发下一代的互联网操作系统”课题列入国家863“十五”计划中的基础软件 平台研发重点项目 2003年以首席科学家陈榕为首的北京科泰世纪科技有限公司开发“和欣”操作 系统1.0的产品。 2003年1月11日，以汪成为院士为主任、中国工程院副院长邬贺铨院士为副主 任组成的鉴定委员会，所作的一项技术成果鉴定表明：继我国去年“龙芯”通 用CPU研制成功，标志着我国作为IT硬件技术核心的CPU研制取得了关键的 群体性突破；而今，《和欣》操作系统这一面向未来互联网技术发展的核心软 件的开发成功，则意味着我国基础软件研究开发实现群体突破也有了良好开端。 《和欣》操作系统是一个具有我国自主知识产权的操作系统，其体系结构和实 施技术有创新性，在嵌入式操作系统达到了国内领先，国际先进水平。
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它是为了减少人工操作时间和作业转换时间提高CPU 利用率而设计的。系统自动成批处理作业，这是初级单 道批处理系统。 3 第二代（60年代初－60年代中）多道程序设计共享系统
这一代操作系统包括多道批处理系统、采用交互方式 的分时系统和以提高瞬时响应时间为特征的实时系统。
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计算机系统分层和视图
普通 用户
应用程序 实用程序 操作系统 计算机硬件
编程员
操作系统 设计师
操作系统的易扩展性
操作系统发展的原因
硬件升级和新型硬件的出现 新的服务 纠正错误
对操作系统设计要求
构造系统采用模块结构 清楚定义模块间的接口 备有说明文档
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操作系统提供的服务
第三个历史阶段：WEB时代。微软公司的．NET技术与SUN公司的SUN ONE平 台。 “开发下一代的互联网操作系统”课题列入国家863“十五”计划中的基础软件 平台研发重点项目 2003年以首席科学家陈榕为首的北京科泰世纪科技有限公司开发“和欣”操作 系统1.0的产品。 2003年1月11日，以汪成为院士为主任、中国工程院副院长邬贺铨院士为副主 任组成的鉴定委员会，所作的一项技术成果鉴定表明：继我国去年“龙芯”通 用CPU研制成功，标志着我国作为IT硬件技术核心的CPU研制取得了关键的 群体性突破；而今，《和欣》操作系统这一面向未来互联网技术发展的核心软 件的开发成功，则意味着我国基础软件研究开发实现群体突破也有了良好开端。 《和欣》操作系统是一个具有我国自主知识产权的操作系统，其体系结构和实 施技术有创新性，在嵌入式操作系统达到了国内领先，国际先进水平。
操作系统概述 第二章
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教学目的
操作系统（Operating System, OS）是最重要的系统软件。本章从OS 的作用、发展史、类型、特征和功能 等多方面介绍OS。
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教学要求
熟悉操作系统作用和定义，了解操作系统的历史。 熟练掌握多道程序设计技术的概念，掌握批处理
系统、分时系统及实时系统三种操作系统基本类 型，了解微机操作系统、网络操作系统、分布式 操作系统和嵌入式操作系统。 掌握操作系统并发性、共享性、虚拟性和异步性 等特征，了解现代操作系统特征，熟悉操作系统 功能。
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操作系统的历史
4 第三代（60年代中－70年代中）多模式系统 这一代计算机系统是通用系统，这一代操作系统是
多模式系统，即一个系统同时支持批处理、分时处理、 实时处理和多重处理。 5 第四代（70年代中－ ）网络操作系统和分布式操作 系统 网络操作系统实现在计算机网络上进行信息交换、
资源共享和互操作等功能。 分布式操作系统将地域上分散的各系统互连成一个
程序运行：从进程的观点－－操作系统 是由若干个可以并发执行的进程和一个对
进程进行控制和协调的核心（kernel）组
成。
程序开发
I/O设备管理
文件访问控制
系统访问
错误检测和响应
记账
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2.2 操作系统的历史
1 第0代（40年代未－50年代初）无操作系统 这时的计算机操作是由程序员采用人工操作方式直接
虚拟机：二者结合变成了功能更强大使用更方 便的机器。
操作系统是扩展的机器，是虚拟机。
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从服务用户的观点―― 操作系统是用户与裸机之间接口
用户 接口
操作系统 裸机
系统提供的接口有二类： 一类是作业级接口，它提供一组键盘命令， 供用户组织和控制自己的作业运行。 另一类是程序级接口，它提供一组系统调用， 即OS中某个模块功能，供用户程序和其它程 序调用。
操作系统是系统资源管理程序，它用于控制和管理 计算机系统的硬件和软件资源。
计算机系统资源：
操作系统模块：
软件：
文件系统
硬件：I／O设备
设备管理
存储器 处理器
存储器管理 处理器（进程）管理
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作为资源管理器的操作系统
与普通计算机软件类似，是由处理器执行 的一段程序或一组程序。
操作系统经常释放对处理器的控制，并且 依赖处理器的特性重新获得对处理器的控 制权。 实际上，操作系统就是一组程序，在处理 器上同样以指令的方式执行。
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操作系统的目标和功能
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操作系统的目标和功能
操作系统Operating System
控制应用程序执行的程序 在应用程序和计算机硬件之间提供接口 设计目标
方便(Convenience)： 使计算机更易于使用 有效 (Efficiency)：使计算机系统资源得到最大化利
用 扩展的能力 (Ability to evolve)：有效地开发、测试和
引进新的系统功能
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操作系统作用
从计算机系统组成观点――操作系统是系统软件 计算机系统组成： 软件：应用软件
系统软件（操作系统、语言处理系统和常用 的例行服务程序）
硬件：输入／输出（I／O）设备 存储器(内存) 中央处理器(CPU)
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从资源管理程序观点――操作系统是系统资源管理 者
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1.串行处理（无操作系统）
特点
机器在控制台上运行，控制台由 显示灯(display lights)、触发器 （ toggle switches ）、输入设备 和打印机构成。
用机器代码编写的程序通过输入 设备载入计算机；显示灯指示出 程序的执行情况；程序输出结果 在打印机上显示
具有整体功能的系统，并可将一个任务分布地在各 系统上运行，实现分布式处理。
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操作系统研发的过程
第一个历史阶段：大型主机时代，操作系统作为硬件的组成部分之一，由硬件开 发商自己设计；
第二个历史阶段：个人电脑或小型主机时代，软件与硬件齐头并进，其间又经历 了两个阶段：基于命令行的DOS操作系统和基于窗口图形界面的Windows操作系 统。
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kernel, 包含操 作系统中最常 用的功能模块
操作系统控制处理器使用其他系统 资源，并通过进程调度分配处理器 给不同的用户程序使用。
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从软件分层、扩充机器的观点―― 操作系统是扩充裸机的第一层系统软件
软件：语言处理程序
虚拟机2
软件：操作系统 虚拟机1
硬件（裸机）：一台完全没有软件的计算机系统