第1章操作系统概述
第1章 操作系统概述
分时式共享使用。 分时式共享使用。 也就是说用户（进程）占用该资源无需使用一个 也就是说用户（进程） 逻辑上的完整周期。 逻辑上的完整周期。 例如说对处理机的使用， 例如说对处理机的使用，用户程序随时都可以被 剥夺使用CPU，只要运行现场保存好了， 剥夺使用CPU，只要运行现场保存好了，下次该 用户程序再次占用CPU时就可以继续运行 时就可以继续运行。 用户程序再次占用CPU时就可以继续运行。 再例如对磁盘的I 当一个用户（进程） 再例如对磁盘的I／0，当一个用户（进程）让磁 盘执行了一条I 请求后，其他用户（进程） 盘执行了一条I／0请求后，其他用户（进程）又 可向磁盘发出I 请求， 可向磁盘发出I／0请求，系统并不要求某个用户 进程）的几个I （进程）的几个I／0请求之间不能插入其他用户 进程） 请求。 （进程）的I／0请求。
3. 文件管理(file management) 文件管理(file
创建或删除文件 创建或删除目录 提供操作文件和目录的原语 将文件映射到辅存上 在稳定的存储媒介上备份文件
4. 作业管理(job management) 作业管理(job
作业管理的任务就是为用户提供一个使用系 统的良好环境，使用户能有效地组织自己的 工作流程，并使整个系统能高效地运行。
操作系统原理
第1章 操作系统概述
目录
1．1 计算机系统概述 1．2 操作系统的概念 1．3 操作系统的功能 1. 4 操作系统的用户接口 1．5 操作系统的发展历史 1．6 操作系统分类 1．7 研究操作系统的几种观点
1．1 计算机系统概述
1.1.1 计算机的发展与分类 计算机的发展历程 第一代，电子管计算机（1946年~1957年 第一代，电子管计算机（1946年~1957年） 第二代，晶体管计算机（1958年~1964年 第二代，晶体管计算机（1958年~1964年） 第三代，集成电路计算机（1965年~1970年 第三代，集成电路计算机（1965年~1970年） 第四代，大规模集成电路计算机（1971年至今 年至今） 第四代，大规模集成电路计算机（1971年至今） 未来的计算机 光子计算机 生物计算机 量子计算机
操作系统 概念,问答
第一章操作系统概述1操作系统：是管理系统资源，控制程序执行，改善人机界面，提供各种服务，并合理组织计算机工作流程和为用户方便而有效地使用计算机提供良好运行环境的最基本的系统软件。
2操作系统功能：a处理器管理b存储管理c设备管理d文件管理e网络与通信管理f用户接口3操作系统的主要特性：并发性，共享性，异步性并发性：两个或两个以上的活动或时间在同一时间间隔内发生，其实质是对有限的物理资源强行复用，供多用户共享以提高效率并行性：两个或两个以上的活动或事件在同一时刻发生并发性和并行性的关系：并行活动一定是并发的，反之并发活动未必是并行的，并行性是并发性的特例，而并发性是并行性的扩展4多道程序设计基本思想多道程序设计是指允许多个作业同时进入计算机系统的主存并启动交替计算的方法，也就是说，主存中多个相互独立的程序处于开始和结束之间，从宏观上看是并行的，多道程序设计都处于运行过程中，但尚未运行结束；从微观上看是串行的，各道程序轮流占用cpu交替地执行，引入多道程序设计技术，可以提高cpu的利用率，充分发挥计算机硬部件的并行性5内核及其属性内核是一组程序模块，作为可信软件来提供支持进程并发执行的基本功能和基本操作，通常驻留在内核空间，运行于核心态，具有访问硬件设备和所有主存空间的权限，是仅有的能够执行特权指令的程序内核的功能：资源抽象，资源分配，资源共享内核的属性：a内核是由中断驱动的b内核是不可抢占的c内核部分程序在屏蔽中断状态下执行d内核可使用特权指令6API，库函数和系统调用第二章处理器管理1特权指令和非特权指令，访管指令，原语特权指令：指仅供内核程序使用的指令，如启动设备，设置时钟，控制中断屏蔽位，清空主存，建立存储键，加载psw等敏感性操作内核能够执行全部指令，应用程序只能使用非特权指令访管指令包括操作码和访管参数两部分，前者表示此指令时访管指令，后者则表示具体的访管要求原语是在管态下执行，完成系统特定功能的过程，其特点是执行过程中不允许被中断。
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》教案》课件
《操作系统》教案（第一至第五章）一、教案概述本教案主要针对《操作系统》课程的五个章节进行详细的教学设计，包括教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤和教学评价等方面。
通过本教案的学习，学生将掌握操作系统的基本概念、原理和关键技术。
二、教学目标1. 了解操作系统的概念、发展和分类。
2. 掌握操作系统的主要功能和架构。
3. 理解进程管理、内存管理、文件管理和设备管理的基本原理。
4. 学习操作系统的设计方法和实现技术。
三、教学内容第一章：操作系统概述1. 操作系统的概念和发展历程2. 操作系统的目标和功能3. 操作系统的分类和特点第二章：操作系统架构1. 操作系统的主要组件2. 操作系统的层次结构3. 操作系统的接口和API第三章：进程管理1. 进程的概念和特性2. 进程的状态和转换3. 进程调度算法4. 进程同步与互斥5. 死锁与饥饿问题第四章：内存管理1. 内存分配与回收策略2. 内存分页和分段3. 虚拟内存技术4. 页面置换算法5. 内存保护机制第五章：文件管理1. 文件和目录的概念2. 文件系统的组织结构3. 文件存储分配策略4. 文件访问控制5. 磁盘空间管理和文件备份策略四、教学方法1. 讲授法：讲解基本概念、原理和关键技术。
2. 案例分析法：分析实际操作系统案例，加深对原理的理解。
3. 实验法：通过上机实验，巩固理论知识。
4. 小组讨论法：分组讨论问题，培养团队合作能力。
五、教学步骤1. 引导：介绍本章主题，激发学生兴趣。
2. 讲解：详细讲解本章的核心概念和原理。
3. 案例分析：分析实际案例，加深学生对原理的理解。
4. 练习与讨论：布置练习题，组织小组讨论。
5. 总结：对本章内容进行归纳和总结。
六、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况。
2. 练习题：评估学生对知识的掌握程度。
3. 实验报告：评价学生的实践操作能力。
4. 小组讨论报告：评估学生的团队合作和沟通能力。
七、教学资源1. 教材：选用权威、实用的操作系统教材。
第1章 操作系统概述_DOC
第一章 操作系统概述 本章的学习目的是要建立起 ＯＳ 的基本概念。
学生应对以下几个重点、难点问题作认真的学习，切实掌握 ＯＳ 的一些基本概念。
一、ＯＳ的引入和发展 由于 ＯＳ 随着计算机技术和应用需求的不断发展，由简单变为复杂，由低级变为高级，故在学习“ ＯＳ 的引入和发展”时，应对下述几个问题有较清晰的认真： （１） 早期无 ＯＳ 的计算机系统中，存在着所谓的“人机矛盾”和“ ＣＰＵ－Ｉ／Ｏ 设备速度不匹配的矛盾。
”它们对计算机资源的利用率有何严重的影响？ （２） 单道批处理系统中引入了哪些技术，它们是如何解决上述两对矛盾的？ （３） 单道批处理系统还存在哪些不足之处，而多道批处理系统又是通过哪些技术措施来解决这些不足的？ （４） 多道批处理系统还有哪些地方不能满足用户的需求，或者说，是在什么样的需求推动力的作用下，由批处理系统发展为分时系统的？实现分时系统的关键技术是什么？ （５） 上述几种系统还有哪些地方不能满足用户的需求，或者说，是在什么样的需求推动力的作用下由分时系统发展为实时系统的？在学习时还应注意分析和比较分时系统与实时系统的特征。
二、ＯＳ 的基本特征和功能 在多道程序的环境下， ＯＳ 具有四大特征和五大功能。
在学习该问题时，应对下述四个方面的内容有较深入的理解： （１） ＯＳ 的特征。
ＯＳ 具有并发、资源共享、虚拟和异步性四大特征，在学习时应对每种特征的具体含义和形成原因有较清晰的认识。
（２） ＯＳ 四大特征之间的关系。
这四大特征之中，最重要的是并发特征，其他三个特征都是以并发为前提的。
在学习时必须弄清楚并发和资源共享之间的关系，并理解它们是如何导致虚拟和异步性特征的产生。
（３） ＯＳ 的功能。
ＯＳ 具有处理机管理、存储器管理、设备管理、文件管理和提供友好的用户接口等五大功能。
在学习时应了解各个功能的主要任务，并必须深入了解处理机管理功能和 ＯＳ 的并发和共享特征之间的关系。
第1章 操作系统概论
操作系统的发展续
由于批处理系统没有人机交互性，后来 又出现了分时系统、实时系统；
近年来又出现了个人计算机操作系统、 网络操作系统、分布式操作系统、嵌入 式操作系统等。
推动操作系统发展的因素主要可归结为：
上没有配置操作系统，人们使用计算机采用手工操作方
式。 用户使用计算机的过程大致如下：
先将程序纸带（或卡片）装入输入机， 然后启动输入机把程序和数据送入计算机， 接着通过控制台开关启动程序运行， 当程序运行完毕，由用户取走纸带和计算结
果。
手工操作方式的特点
手工操作方式的特点：
用户独占计算机资源，资源利用率低 CPU等待人工操作
合理地组织计算机系统的工作流程，以提 高资源利用率并改善系统性能。
研究操作系统的两个观点
从用户观点看：操作系统是用户与计算 机硬件之间的接口。为用户使用计算机 提供服务。
从资源管理观点看：操作系统是计算机 系统资源的管理者。
OS管理的计算机系统资源
操作系统管理的计算机系统软硬件资源包 括：
对数据进行算术运算和逻辑运 算
运算器
存储二进制信息
输入 设备
存储器
输出 设备
控制器
按程序要求控制各功能 部件协调一致工作
将计算机中的二进制转 为用户可识别的信息
计算机系统的层次关系
计算机硬件和软件以及软件的各部分之间形 成了一种层次结构的关系。
操作系统是配置在计算机硬件上的第一层软 件，是对硬件的首次扩充。它位于硬件与其 它软件之间，是所有其他软件运行的基础。
应用程序 编译程序 编辑程序
操作系统 裸机
计算机操作系统课后答案
计算机操作系统课后答案计算机操作系统课后答案第一章：操作系统概述1.1 操作系统的定义与作用操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制计算机硬件资源，为用户和应用程序提供统一的接口和服务。
1.2 操作系统的发展历程操作系统的发展经历了批处理系统、分时系统、实时系统和网络操作系统等阶段，逐步提高了计算机的效率和可靠性。
1.3 操作系统的功能和特点操作系统的功能包括进程管理、内存管理、文件管理和设备管理等。
其特点包括并发性、共享性、虚拟性和异步性等。
第二章：进程管理2.1 进程的概念和属性进程是程序在执行过程中的一个实例，具有独立的地址空间和执行状态。
2.2 进程的调度算法常见的进程调度算法有先来先服务调度、短作业优先调度、高响应比优先调度和时间片轮转调度等。
2.3 进程同步与通信进程同步是指协调多个进程之间的执行顺序，进程通信是指进程之间的数据交换和共享。
第三章：内存管理3.1 内存管理的基本概念内存管理包括内存的分配和回收，以及地址转换和内存保护等操作。
3.2 内存分配的算法常见的内存分配算法有首次适应、最佳适应和最坏适应等。
3.3 虚拟内存的实现原理虚拟内存通过将主存和辅存进行映射，将不常用的数据和程序置换到辅存中，以提高内存利用率。
第四章：文件管理4.1 文件的概念和组织方式文件是存储在存储介质上的数据集合，文件组织方式包括顺序文件、索引文件和哈希文件等。
4.2 文件共享与保护文件共享是指多个进程可以同时访问同一个文件，文件保护是指对文件进行权限和访问控制。
4.3 文件系统的实现原理文件系统通过文件目录和文件控制块来管理文件和目录的存储和访问。
第五章：设备管理5.1 设备管理的基本概念设备管理包括设备的分配和回收，以及设备的驱动程序和设备控制器等。
5.2 设备独立性和设备分配算法设备独立性是指操作系统对设备的不同类型进行统一管理，设备分配算法有等待队列调度和优先级调度等。
5.3 设备中断和错误处理设备中断是指设备发出的中断信号，操作系统需要及时响应并处理中断。
操作系统复习总结
第一章操作系统概述1.操作系统主要特征是什么？操作系统是控制和管理计算机的软、硬件资源，合理地组织计算机的工作流程，以方便用户使用的程序集合。
2.“操作系统是控制硬件的软件”这一说法确切吗？为什么？不正确，因为操作系统不仅仅是控制硬件，同时它还控制计算机的软件。
第二章进程与线程1.操作系统中为什么要引入进程的概念？为了实现并发进程之间的合作和协调，以及保证系统的安全，操作系统在进程管理方面要做哪些工作？①为了从变化角度动态地分析研究可以并发执行的程序，真实的反应系统的独立性、并发性、动态性和相互制约，操作系统中不得不引入进程的概念。
②为了防止操作系统及其关键的数据结构受到用户程序破坏，将处理机分为核心态和用户态。
对进程进行创建、撤销以及在某些进程状态之间的转换控制。
2.假设系统就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔300ms轮换一次，CPU在进程切换时所花费的时间是10ms，试问系统化在进程切换上的开销占系统整个时间的比例是多少？就绪队列中有10个进程，这10个进程轮换执行，每隔进程的运行时间是300ms，切换另一个进程所花费的总时间是10ms，隐刺系统化在进程切换上的时间开销占系统整个时间的比例是：10//(300+10)=3.2%.3.试述线程的特点及其与进程之间的关系。
答：线程是进程内的一个相对独立的运行单元，是操作系统调度和分派的单位。
线程只拥有一点必不可少的资源（一组寄存器和栈），但可以和铜属于一个进程的其他线程共享进程拥有的资源。
关系：1>线程是进程的一部分，是进程内的一个实体；一个进程可以有多个线程，但至少必须有一个线程。
一个线程只能在一个进程的地址空间内活动；2>进程资源的拥有者，同一个进程的多个线程共享该进程占有的所有资源；3>处理机分配给进程，线程是系统的调度单位。
1．这种策略一方面照顾了短进程，一个进程如果在100ms运行完毕它将退出系统，更主要的是照顾了I/O量大的进程，进程因I/O进入阻塞队列，当I/O完成后它就进入了高优先级就绪队列，在高优先级就绪队列等待的进程总是优于低优先级就绪队列的进程。
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指令的执行与中断
中断概念：断点和恢复点
PC: 程序计数器.指向马上要执行的那一条指令. 断点: 检测到中断时,处理机刚执行完的那条指令地址. 恢复点:断点的逻辑后续指令地址.PC的值. 现场信息:指中断那一刻确保被中断程序能继续运行的 有关信息.如PC,通用寄存器,特殊寄存器等.*
恢复点 断点
理解：现场保护
空分：都是针对存储资源而言，存储资源的空间 可以被多个用户（进程）共同以分割的方式占用。
4.操作系统功能—人机接口
操作系统功能之一：为用户提供良好的工 作环境和友好的接口，方便用户使用计算 机。
主要有三种人机接口：
命令接口 图形接口 程序接口（系统调用）
5.操作系统层次结构：
6 通用操作系统的发展
操作系统
说明
教材说明 考试以课件为主 平时成绩占20%
期望：大家听课多动脑子思考。
操作系统
第一章 绪论
了解操作系统
1. 复习对操作系统已有的了解 2. 为什么要有操作系统
—了解操作系统的必要性
3. 什么是操作系统 4. 操作系统的功能 5. 操作系统的层次结构 6. 操作知识补充。
1. 我们对操作系统已有那些了解？
中断响应过程：
外部设备（中断源） 发给CPU中断信号，中断信号 置中断寄存器中对应的中断位为1；
当前指令执行完时扫描中断寄存器，“询问”是否有 中断信号。若无中断信号，继续执行后续指令。
若有中断信号，CPU停止执行当前程序，通过中断 序号（中断位）在中断向量表中找到对应的中断向量， 获得中断处理程序入口地址，转入中断处理程序。
单道 多任务多道操作系统 个人计算机操作系统： Windows操作系
统系列，支持友好用户界面的系统 嵌入式操作系统 网络操作系统—〉分布式操作系统 多机操作系统: 支持共享内存多处理机的系
统
补充：主要操作系统介绍
Windows系列: DOS, Windows 3.x, Window 95, Windows NT,Windows XP， Vista 。
UNIX大家庭： SVR4,BSD, Solaris, AIX, HP_UX
苹果系列 自由软件Linux和freeBSD等
处理器
处理器由运算器、控制器和寄存器构成。 为什么需要寄存器？
寄存器在CPU内部，交换数据速度更快。 在CPU内部直接控制
总结：
相关知识：
程序执行过程、进程概念
补充：数据结构和算法的概念
数据结构：
逻辑结构：数据之间的关系 物理结构：数据和关系的具体存储实现。
算法：解决问题的步骤。 算法描述：怎样描述解决步骤。方式有：
流程图 自然语言 类Pascal语言等描述语言
程序是算法的编程语言实现。
3.什么是操作系统
什么是操作系统？
一种特殊的软件，特殊子程序，是软硬资源的控制中心, 它以尽量合理有效的方法组织多个进程共享使用计算机的各
种资源,并提供使用接口。（接口的概念）
操作系统的目的:
提高资源利用程度，方便用户使用。
操作系统的功能：
资源管理，效率更高 人机接口，方便使用
资源管理， 人机接口
操作系统的功能：
资源管理 人机接口
操作系统的层次结构（三种接口） 一些相关的操作知识
补充：部分硬件软件知识
冯诺依曼结构
控制器
输入设备
存储器 运算器
输出设备
补充：指令的执行
计算机提供的最基本的功能是执行指令。任何 程序都只有通过指令的执行才能得以完成。
执行指令的基本过程分为两步：读指令和执行 指令。我们把这两步称为一个执行周期.
4. 操作系统功能--资源管理
资源（可以用的 有有用的东西就是资源）：
硬件资源：CPU、内存、存储设备以及其他设备 软件资源：以文件的方式
资源管理： 以尽量合理有效的方法组织多个进程共享使用 计算机的各种资源。包括：
处理机管理 存储管理 设备管理 文件系统管理
简单补充—进程的概念
对计算机的使用：
图形界面接口的使用 命令接口的使用 通过应用程序来使用
我们知道的操作系统
Windows，Unix，Linux，Android，MAC
计算机的启动过程
BIOS启动—操作系统启动—应用程序启动
计算机的安装过程
硬件—操作系统—应用软件
要使用计算机，必须要有操作系统！
2.为什么必须要有操作系统？
PC=PC+1
补充：部分硬件软件知识
控制与状态寄存器：
PC：程序计数器 PSW：程序状态字。
他的各个比特位代表着 系统中当前的各种不同 状态与信息。
中断
如果外部设备或计算机内部可能发来亟需处理 的数据或其他紧急事件处理信号，这就需要处 理机暂停正在执行的程序，转去处理相应的紧 急事件，待处理完毕后再返回原处继续执行， 这一过程称为中断。
进程：运行的程序，需要占用内存，CPU，以 及其他硬件资源
进程与程序文件的区别
多进程（多任务）同时运行，需要资源共享：
资源管理包含两种资源共享使用的方法：
时分：所谓时分就是说由多个用户任务分时地用 该资源，除了上述的处理机外，还有很多其它的资 源也必须分时地使用，如输入输出控制器、网卡等， 这些控制部件必须分时地使用。
复习硬件相关知识：冯诺依曼结构
控制器
输入设备
存储器
输出设备
运算器
无操作系统的处理 早先的“手工操作”阶段 ：单用户单进程，操作复杂 或者直接对硬件操作，例如：单片机，BIOS程序等 要求： 对硬件足够了解，一般人不易掌握
2.为什么必须要有操作系统？
控制器
输入设备Biblioteka 存储器输出设备运算器
单 纯现的在一的般需应求用：程序无法实现这种要求，这 就需 多要程专序门同的时系运统行软，同件时来使管用理硬计件算；机资源并 提供 傻良瓜好式的的人人机机接交口互，来交使互用智计能算化机和—人性操化作系 统