操作系统课件

操作系统
主讲：罗梓元 邮箱：cadre@ 课件下载：
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课程的性质、目的和要求
操作系统是计算机系统配置的最基本系统软件，在计算机 系统软件中占有极其重要的地位。 本课程主要从操作系统实现资源管理的观点出发，阐述如 何对计算机系统中的硬、软件资源进行管理，使计算机系 统协调一致地、有效地为用户服务，充分发挥资源的使用 效率，提高计算机系统的可靠性和服务质量，是计算机专 业的一门重要的核心课程。 通过本课程的学习，要求学生能够较全面地了解和掌握现 代计算机操作系统的基本概念、基本原理，了解操作系统 的设计方法和常用的实现技术，具有使用和分析操作系统 的基本能力，为深入学习其他专业课打好理论基础。
脱机输入：将用户程序和数据在一台外围机的控制下，预 脱机输入：将用户程序和数据在一台外围机的控制下，
先输入到磁盘或磁带上， 需要这些程序和数据时， 先输入到磁盘或磁带上，当CPU需要这些程序和数据时， 需要这些程序和数据时 再直接从磁盘或磁带上输入到内存， 再直接从磁盘或磁带上输入到内存，这样就加快程序的输 入过程，减少CPU的等待时间 入过程，减少 的等待时间 脱机输出：程序运行完毕，CPU需要输出时， 脱机输出：程序运行完毕，CPU需要输出时，直接将运算结 需要输出时 果送到磁盘或磁带上， 果送到磁盘或磁带上，然后在一台外围机的控制下通过输 出设备输出
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
无操作系统阶段： 无操作系统阶段：脱机输入输出方式 采用脱机输入输出，有如下优点： 采用脱机输入输出，有如下优点： • 减少CPU的空闲时间 减少CPU CPU的空闲时间 • 提高输入输出速度
联机输入/输出 联机输入 输出
纸带机 外围机 打印机
输入带
存在的问题： 存在的问题：
• 在多道程序之间应如何分配被它们共享的处理机？ 在多道程序之间应如何分配被它们共享的处理机？ • 如何为每道程序分配必要的内存空间？ 如何为每道程序分配必要的内存空间？ • 系统中有多种类型的I/O设备供多道程序共享，应如何分配这 系统中有多种类型的I/O设备供多道程序共享， I/O设备供多道程序共享 I/O设备 设备？ 些I/O设备？ • 大量的程序和数据应如何组织，才能保证数据的安全性和一致 大量的程序和数据应如何组织， 性？ 16
• 硬件技术的更新：晶体管、电子管、集成电路、大规模集成电 硬件技术的更新：晶体管、电子管、集成电路、 路和超大规模集成电路 • 应用需求的扩大：手工操作、批处理系统、分时系统、实时系 应用需求的扩大：手工操作、批处理系统、分时系统、 统 17
配置操作系统的目的： 配置操作系统的目的：
有效地控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源， 有效地控制和管理计算机系统中的硬件和软件资源，使之得到更 有效的利用 合理组织计算机系统的工作流程， 合理组织计算机系统的工作流程，改善系统性能 提供一个计算机用户与硬件系统之间的接口， 提供一个计算机用户与硬件系统之间的接口，使计算机系统更易 于使用
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
多道程序设计阶段： 多道程序设计阶段：
单处理机系统中多道程序运行特点： 单处理机系统中多道程序运行特点：
• 多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。 多道：计算机内存中同时存放多道相互独立的程序。 • 宏观上并行：同时进入系统的多道程序都处于运行过程中，即 宏观上并行：同时进入系统的多道程序都处于运行过程中， 它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 它们先后开始了各自的运行，但都未运行完毕。 • 微观上串行：内存中的多道程序轮流占有 CPU，交替执行。 微观上串行： CPU，交替执行。
• 自动性：在正常的情况下，系统无需人工干预，载体上的一批 自动性：在正常的情况下，系统无需人工干预， 作业是被自动地依次处理 • 顺序性：载体上的各作业按顺序进入内存，各作业完成的顺序 顺序性：载体上的各作业按顺序进入内存， 与它们进入内存的顺序相同 • 单道性：内存中始终是保持一道作业。监督程序一次只调入一 单道性：内存中始终是保持一道作业。 个作业进入内存运行，当该作业完成或发生错误时， 个作业进入内存运行，当该作业完成或发生错误时，才调入后 一个作业进入 • 存储器保护：用户提交作业后，再不能修改提交作业的信息， 存储器保护：用户提交作业后，再不能修改提交作业的信息， 所有操作都由处理器自行完成
§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
多道程序设计阶段： 多道程序设计阶段： 多道程序设计技术： 多道程序设计技术：是指同时把多个作业放入内存并 允许它交替执行，当一道程序因某种原因（ I/O请求 请求） 允许它交替执行，当一道程序因某种原因（如I/O请求） 而暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序 而暂停执行时，CPU立即转去执行另一道程序 多道程序设计的基本思想是 多道程序设计的基本思想是：在内存中同时存放多道 基本思想 程序，这些程序在管理程序的控制下交替运行， 程序，这些程序在管理程序的控制下交替运行，共享 处理机及系统中的其他资源。 处理机及系统中的其他资源。
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
打印机
纸带机
输入带 外围机 输出带
输入带 主机 输出带
无操作系统阶段： 无操作系统阶段：脱机输入输出方式
在这种方式下，系统中除了主机之外，另设一台外围机 在这种方式下，系统中除了主机之外，另设一台外围机 又称卫星机），外围机只与外部设备打交道， ），外围机只与外部设备打交道 （又称卫星机），外围机只与外部设备打交道，不与主机 直接相连
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
多道程序设计阶段： 多道程序设计阶段：
多道程序下程序的运行情况： 多道程序下程序的运行情况：
举例
从图中可以看出：两程序可以交替运行，若安排合适， 从图中可以看出：两程序可以交替运行，若安排合适，就会使 CPU保持忙碌状态，而I/O设备也可满负荷工作。系统的资源利 保持忙碌状态， 设备也可满负荷工作。 保持忙碌状态 设备也可满负荷工作 用率提高了
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
单道批处理系统阶段： 单道批处理系统阶段：
在单道批处理系统下单道程序的运行情况： 在单道批处理系统下单道程序的运行情况：
计算 请求输入
用户程序
启动I/O 启动 I/O完成 完成
继续计算
监督程序 I/O操作 操作
结束中断
从图中可以看出：当程序发出 请求时 请求时， 从图中可以看出：当程序发出I/O请求时，CPU便处于等待状态 便处于等待状态 此时CPU空闲），当I/O完成后才能继续运行程序，因此单道 空闲）， 完成后才能继续运行程序， （此时 空闲），当 完成后才能继续运行程序 程序系统中， 程序系统中，CPU的利用率不高 的利用率不高 13
输入带 主机
输出带
输出带
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
单道批处理系统阶段： 单道批处理系统阶段：
批处理： 批处理：是指计算机系统对一批作业自动进行处理的技术 单道批处理：在内存中只保持一道作业 单道批处理： 批处理过程：在脱机输入/输出方式中 输出方式中， 批处理过程：在脱机输入/输出方式中，事先把一批作业放 在磁带上，这些作业在系统监督程序的控制下， 系统监督程序的控制下 在磁带上，这些作业在系统监督程序的控制下，先把磁带 中的第一个作业调入内存，并把控制权交给该作业。 中的第一个作业调入内存，并把控制权交给该作业。该作 业处理完成后，监督程序再把第二个作业调入内存， 业处理完成后，监督程序再把第二个作业调入内存，按照 这种方式，把磁带上的作业一个一个自动地处理， 这种方式，把磁带上的作业一个一个自动地处理，直到把 磁带上的全部作业处理完毕 监督程序： 监督程序：
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第一章 操作系统概述
教学目的: 教学目的
掌握操作系统的概念及发展 了解操作系统的分类 掌握操作系统的特性和功能 认知几种典型的操作系统
§1.1 操作系统的概念及发展
一、计算机系统的组成
计算机系统：由硬件系统和软件系统两部分组成， 计算机系统：由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件是 系统的物质基础， 系统的物质基础，软件是计算机系统发挥功能的灵魂 硬件系统： 硬件系统： 主要由5部分组成：运算器、控制器、存储器、 主要由5部分组成：运算器、控制器、存储器、输入设 备和输出设备 裸机：没有配置任何软件的计算机 裸机：
• 监督程序是一个常驻内存的程序，它管理作业的运行。监督程 监督程序是一个常驻内存的程序，它管理作业的运行。 序是最早的操作系统雏形。 序是最早的操作系统雏形。 11
§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
单道批处理系统阶段： 单道批处理系统阶段：
单道批处理系统的主要特征： 单道批处理系统的主要特征：
§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
现代操作系统的形成： 现代操作系统的形成：
针对多道程序系统中存在的问题，人们研制了组软件， 针对多道程序系统中存在的问题，人们研制了组软件，利 用这组软件来妥善有效地处理上述问题， 用这组软件来妥善有效地处理上述问题，这样便形成了操 作系统 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源， 操作系统是一组控制和管理计算机硬件和软件资源，合理 一组控制和管理计算机硬件和软件资源 组织计算机工作流程，以及方便用户使用的程序的集合 组织计算机工作流程，以及方便用户使用的程序的集合 从操作系统形成至今的几十年间，其性能、规模、 从操作系统形成至今的几十年间，其性能、规模、应用等 方面都取得了飞速的发展。 方面都取得了飞速的发展。推动其发展的主要因素为
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§1.1 操作系统的概念及发展
三、操作系统的发展
无操作系统阶段： 无操作系统阶段：人工操作方式 人工操作方式的特点： 人工操作方式的特点： • 用户独占计算机资源，资源利用率低 用户独占计算机资源， • CPU等待人工操作 等待人工操作 人工操作方式的不足： 人工操作方式的不足： • 手工操作的慢速与与 手工操作的慢速与与CPU运算的高速之间的矛盾。 运算的高速之间的矛盾。 运算的高速之间的矛盾 此即人机矛盾。 此即人机矛盾。 • CPU的快速与 设备慢速的矛盾。 的快速与I/O设备慢速的矛盾 的快速与 设备慢速的矛盾。 为解决这些矛盾，出现了批处理技术及脱机输入/输出 为解决这些矛盾， 出现了批处理技术及脱机输入 输出 技术。 技术。