第1章 操作系统引论汇总
操作系统引论
第一章操作系统引论●什么是操作系统?操作系统：是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。
1)OS是什么：是系统软件（一整套程序组成，如UNIX由上千个模块组成）2)管什么：控制和管理系统资源（记录和调度）●操作系统的主要功能?操作系统的功能：存储器管理、处理机管理、设备管理、文件管理、用户接口管理1.存储器管理：内存分配，地址映射，内存保护和内存扩充2.处理机管理：作业和进程调度，进程控制和进程通信3.设备管理：缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性4.文件管理：文件存储空间的管理，文件操作的一般管理，目录管理，文件的读写管理和存取控制5.用户接口：命令界面，程序界面，图形界面●操作系统的地位操作系统是裸机之上的第一层软件，是建立其他所有软件的基础。
它是整个系统的控制管理中心，既管硬件，又管软件，它为其它软件提供运行环境。
●操作系统的发展历程1.最初是手工操作阶段，需要人工干预，有严重的缺点，此时尚未形成操作系统2.早期批处理分为联机和脱机两类，其主要区别在与I/O是否受主机控制3.多道批处理系统中允许多道程序并发执行，与单道批处理系统相比有质的飞跃●操作系统的基本特征？操作系统基本特征：并发，共享和异步性。
1. 并发：并发性是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。
2. 共享：共享是指计算机系统中的资源被多个任务所共用。
3. .异步性：每个程序什么时候执行，向前推进速度快慢，是由执行的现场所决定。
但同一程序在相同的初始数据下，无论何时运行都应获得同样的结果。
●操作系统的主要类型？多道批处理系统、分时系统、实时系统、个人机系统、网络系统和分布式系统1.多道批处理系统1)批处理系统的特点：多道、成批2)批处理系统的优点：资源利用率高、系统吞吐量大3)批处理系统的缺点：等待时间长、没有交互能力2.分时系统1)分时：指若干并发程序对CPU时间的共享。
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 1.2 OS作为接口的示意图
(1) 命令接口。这是指由OS提供了一组联机命令(语 言), 用户可通过键盘输入有关命令, 来直接操纵计算机 系统。
(2) 程序接口。OS提供了一组系统调用, 用户可在 自己的应用程序中通过相应的系统调用, 来操纵计算机。
(1) 用户独占全机。 (2) CPU等待人工操作。
2.脱机输入/输出(Off-Line I/O)
这种脱机I/O方式的主要优点如下: 减少了CPU的空闲时间。 (2) 提高I/O速度。
输 入设 备
图
外 围机
1.3 I/O
脱
机
主机
示 意 图
外 围机
磁盘 输 出设 备
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
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
从第一台计算机诞生(1946年)到50年代中期的计算机，属 于第一代，这时还未出现OS。这时的计算机操作是由用户(即 程序员)采用人工操作方式直接使用计算机硬件系统，即由程 序员将事先已穿孔(对应于程序和数据)的纸带(或卡片)装入纸 带输入机(或卡片输入机)，再启动它们将程序和数据输入计算 机， 然后启动计算机运行。当程序运行完毕并取走计算结果后， 才让下一个用户上机。这种人工操作方式有以下两方面的缺点:
3. OS
对于一台完全无软件的计算机系统(即裸机), 即使其功能 再强, 也必定是难于使用的。如果我们在裸机上覆盖上一层 I/O设备管理软件, 用户便可利用它所提供的I/O命令, 来进行 数据输入和打印输出。此时用户所看到的机器, 将是一台比 裸机功能更强、使用更方便的机器。通常把覆盖了软件的机 器称为扩充机器或虚机器。如果我们又在第一层软件上再覆 盖上一层文件管理软件, 则用户可利用该软件提供的文件存 取命令, 来进行文件的存取。此时, 用户所看到的是一台功能 更强的虚机器。如果我们又在文件管理软件上再覆盖一层面 向用户的窗口软件, 则用户便可在窗口环境下方便地使用计 算机, 形成一台功能更强的虚机器。
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
• 1.1.1 操作系统的目标
• 1.1.2 操作系统的作用
• 1.1.3 推动操作系统发展的主要动力
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作为用户与计算机硬件系统之间接口的含义是：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。
在20世纪60和70年代，又分别出现了能有效提高I/O设备 和CPU利用率的SPOOLing系统和改善存储器系统利用率的虚 拟存储器技术，以及在网络环境下，在服务器上配置了允许 所有网络用户访问的文件系统和数据库系统。
第一章 操作系统引论 2．方便用户 当资源利用率不高的问题得到基本解决后，用户在上机、 调试程序时的不方便性便又成为主要矛盾。于是人们又想方 设法改善用户上机、调试程序时的环境，这又成为继续推动 OS发展的主要因素。随之便形成了允许进行人机交互的分时 系统，或称为多用户系统。在20世纪90年代初出现了受到用 户广泛欢迎的图形用户界面，极大地方便了用户使用计算机， 使中小学生都能很快地学会上机操作，这无疑会更加推动计 算机的迅速普及。
时相应OS的功能和性能也都有显著的增强和提高。
第一章 操作系统引论 在多处理机快速发展的同时，外部设备也在迅速发展。 例如，早期的磁盘系统十分昂贵，只能配置在大型机中。随
着磁盘价格的不断降低且小型化，很快在中、小型机以及微
型机上也无一例外地配置了磁盘系统，而且其容量还远比早 期配置在大型机上的大得多。现在的微机操作系统(如
外部存储器 软盘 输入设备
0 0 1 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 101
第一章 操作系统引论
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操 作 系 统
网络OS和分布式OS的区别
(1) 分布具有各个计算机间相互通讯， 无主从关系；网络有主从关系； (2) 分布式系统资源为所有用户共享；
第 一 章 操 作 系 统 引 论
而网络有限制地共享； (3) 分布式系统对用户是透明的。
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操 作 系 统
3.微型机(个人）操作系统
计算机在某一时间内为单用户服务,其追求目 标是界面友好，使用方便，丰富的应用软件。
借助于通道和中断技术，输入输出操作可以在中央 处理机控制之下完成。这时，原有的监督程序不仅要负 责调度作业自动运行，而且还要提供输入输出控制功能， 它比原有的监督程序的功能增强了。这个发展了的监督 程序常驻内存，称为执行系统。 20
操 作 系 统
二、 操作系统的完善
1． 多道批处理系统
多道程序设计技术是指在计算机内存中同时存放多 个作业，它们在管理程序控制之下交替执行，共享系统 中的各种资源。 多道程序运行的特征： 1）主存中存放多道程序； 2）宏观上并行； 3）微观上串行。
28
操 作 系 统
三、操作系统的发展
1．网络操作系统
计算机网络是通过通信设备和通信线路将地理上分散的多 个计算机系统相互连接起来，实现信息交换、资源共享、 可互操作和协作处理的系统。 网络环境下的操作系统是网络用户和网络之间的接口， 它除了具有通常操作系统的资源管理功能外，还具有网络 管理、网络通信、网络资源共享、系统安全和多种网络应 用服务的功能。 网络操作系统既要为本机用户提供使用网络资源的手 段，又要为网络用户使用本机资源提供服务。
•错综复杂、纵横交叉： 与硬件有关、与其它软件有关、与用户有关、 讲课过程中往往用到后面的知识。
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课程教学开始之前（2）
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·课程是计算机类专业必修的核心课程之一，但它 具有理论性强、知识点多、概念难理解等特点，变 成教师最难教、学生最难学的课程。课程要开，但 内容要调整，教学方法要改进，OS应用自学为主， OS知识讲授为主，并积极开展学习讨论活动。
·问题3：单道批处理系统需要作业调度程序吗？多 道批处理系统的作业调度程序需要解决哪些问题？
第1章 操作系统引论 1.2 操作系统的发展与分类
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·分时系统
同时性 交互性 独立性 及时性
分时系统：在不同的时间间隔内，不同程序访问 （共享）同一个设备或其他资源。
3.0—95—98—2000—XP—2003，微软公司，微 机
·UNIX操作系统
主要运行在大中小型计算机上，重点行业与关键事 务
·Linux操作系统
UNIX技术、Windows对手、UNIX补充，自由软 件
第1章 操作系统引论
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1.6 Windows 2003 的安装与启动
第1章 操作系统引论
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·学习目标：理解操作系统的概念，知道操作系统 的功能，了解操作系统的类型、特征及内容结构， 了解常用操作系统的基本情况。
·学习内容：操作系统的定义、操作系统的分类、 操作系统的功能和性能、操作系统的特征结构、实 用操作系统、Windows 2003安装与启动。
1操作系统 - 操作系统引论
操作系统定义：是一组控制和管理计算机硬件和软
件资源，合理地组织计算工作流程，以及方便用户 使用的程序集合。
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1.2操作系统的发展过程
1.2.4 分时系统（分享处理器时间） 分时系统是指，在一台主机上连接了多个带有显示器 和键盘的终端，同时允许多个用户通过自己的终端， 以交互方式使用计算机，共享主机中的资源。 分时系统的产生 • 人机交互：随时修改程序 • 共享主机：共享而透明 • 便于用户上机：远程的传输 分时系统实现中的关键问题 • 及时接收和及时处理：直接进入内存，时间片 分时系统的特征 • 多路性、独立性、及时性和交互性。
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1.1操作系统的目标和作用
1.1.2操作系统的作用
1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 2、作为计算机系统资源的管理者 3、实现对计算机资源的抽象
4
1.1操作系统的目标和作用
1.1.2操作系统的作用 1、作为用户与计算机硬件系统之间的接口 • 命令方式 用 户 • 系统调用方式 • 图形、窗口方式 应用程序 系统调用 命令 图标、窗口 操作系统 计算机硬件
(b ) 四 道 程 序 运 行 情 况
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1.2操作系统的发展过程
1.2.3多道批处理系统
需解决问题:
处理机管理、内存管理、I/O设备管理、文件及作 业管理问题
操作系统的形成:
为解决上述问题，在多道程序系统中增设一组软件 以有效加以解决，同时增设方便用户使用计算机的 软件，这样便形成了操作系统。
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1.5操作系统的结构设计
1.5.1传统的操作系统结构 2、模块化结构OS • OS是采用“模块化程序设计”技术，按其功能划分 为若干个独立的模块，管理相应的功能，同时规定好 各模块之间的接口，以实现其交互，对较大模块又可 按子功能进一步细分下去。 • 优点 – 提高了OS设计的正确性，可理解性和可维护性 – 加速了OS的开发过程 • 缺点： – 模块及接口划分较困难
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1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1操作系统的目标和作用1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力1.1.1操作系统的目标1.1.2操作系统的作用1.1.3推动操作系统发展的主要动力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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展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1.2.2单道批处理系统1.2.3多道批处理系统1.2.4分时系统1.2.5实时系统1.2.6微机操作系统的发展1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性进程管理1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.3操作系统的基本特性1.3.1并发性1.3.2共享性1.3.3虚拟技术1.3.4异步性1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.4操作系统的主要功能1.4.1处理机管理功能1.4.2存储器管理功能1.4.3设备管理功能1.4.4文件管理功能1.4.5操作系统与用户之间的接口1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构1.5OS结构设计1.5.1传统的操作系统结构1.5.2客户/服务器模式1.5.3面向对象的程序设计1.5.4微内核OS结构为此，系统应设置相应的数据结构，用于记录文件存储空间的使用情况，以供分配存储空间时参考；系统还应具有对存储空间进行分配和回收的功能。
操作系统Chapter-01(引论)
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1.5.6 shell（1）
① 常用ＳＨＥＬＬ命令接口： 系统访问：login, logout, exit 编辑和文件管理：vi, cat, pr, cp, mv, rm 目录操作命令：ls, mkdir, pwd, cd, rmdir, chmod eg. $chmod go+rw file 编译，链接命令：cc, link 日期命令：date
第 1 章 引论
主要内容
1.1 什么是操作系统 1.2 计算机硬件介绍 1.3 操作系统的历史 1.4 操作系统大观园 1.5 操作系统的概念 1.6 系统调用 1.7 操作系统的结构
1
引论
• 操作系统所处的位置
– 用户态和内核态 – 硬件与软件 – 操作系统，它的任务是为用户程序提供一个更好、更 简单、更清晰的计算机模型，并管理所有硬件设备
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1.3.7 启动计算机
• 在计算机启动时，BIOS开始运行 • 然后，BIOS通过尝试存储在CMOS存储 器中的设备清单决定启动设备。 • 启动设备上的第一个扇区被读入内存并 执行。 • 然后，操作系统询问BIOS，以获得配置 信息。
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1.4 操作系统大观园
• • • • • • • • • 大型机操作系统 服务器操作系统 多处理器操作系统 个人计算机操作系统 掌上计算机操作系统 嵌入式操作系统 传感器节点操作系统 实时操作系统 智能卡操作系统
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1.2 操作系统的历史(3) ——批处理系统示例
操作系统引论
第一章操作系统引论一、什么是操作系统操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源、有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。
解释：资源的概念被计算机系统工作时所引用的一切客体都称为资源。
这里所说的客体可能是处理机、设备、内存、外存等硬件，也可能是程序、数据、信息等软件。
为了资源可以被引用，资源都有名字。
控制资源的使用，有两条资源管理命令：申请资源和释放资源。
我们约定：申请命令在程序使用资源前发出，如果所申请的资源可以使用，则程序可立即得到该资源的使用权，称为程序占有该资源或把这个资源分配给申请它的程序。
释放命令在程序使用资源后发出，表示程序放弃对于资源的使用权，称为程序释放该资源或把这个资源由占有它的程序处收回。
操作系统需要管理的资源一般多是下面三种类型：单一资源--由一个资源实体组成的资源。
如一台打字机、一台处理机等。
根据单一资源被占用的情况，分为“空闲”和“工作”两个状态。
有限资源--由若干个相同的单一资源组成的资源集合。
它的使用限制与集合中元素的个数有关，它可以被多次占用，也可以被不同的程序同时占用。
如内存是由多个单一资源即单元构成的，是有限资源。
无穷资源--由无限多个相同单一资源组成的资源集合。
如果有限资源中的元素个数多到充分够用，可以看作由无穷多个单一资源所组成。
如当内存的容量无限大时，可以看成是无穷资源。
二、操作系统的主要功能操作系统主要有五大功能：存储器管理��内存分配、地址映射、内存保护和内存扩充。
处理机管理��作业和进程调度、进程控制和进程通信。
设备管理��缓冲区管理、设备分配、设备驱动和设备无关性。
文件管理��文件存储空间的管理、文件操作的一般管理、目录管理、文件的读写管理和存取控制。
用户界面管理��命令界面、程序界面和图形界面。
第1章 操作系统引论
● 操作系统的产生和发展
●
操作系统的特征 操作系统的功能 操作系统的类型
●
●
1.1 操作系统的定义
资源管理的观点 1
●操作系统：是控制和管理计算机的软、硬件资源， 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 合理地组织计算机的工作流程， 合。 2 用户的观点
● ● ●
高可靠性 过载保护 对截止时间的要求
微机操作系统
●CP/M
操作系统
● MS-DOS ● OS/2 ● ●
操作系统
操作系统
UNIX 操作系统 Linux 操作系统
● Windows
操作系统
多处理机操作系统
● 引入原因 ●增加系统吞吐量 ●
节省投资
●提高系统可靠性
● 多处理机OS类型 多处理机OS类型 ●非对称多处理模式 非对称多处理模式——主-从模式 主 从模式 ●对称多处理模式 对称多处理模式——
1958年 年
第二代计算机上有了监控系统（OS雏形） 第二代计算机上有了监控系统（ 雏形） 雏形
第二代： 第二代：监控系统
● 第二代计算机主要用于科学和工程计算，程序大 多用FORTRAN语言书写，该语言适用于作数值运 算，当时主机上用的控制程序称之为监控程序 （Monitor），其功能相对比较简单，监控程序是 操作系统的雏形 。 ● 单道批处理系统（Simple Batch System）是将所有 的作业用一台相对比较便宜的计算机（如IBM 1401） 输入到磁带上，此计算机称为输入/输出机，实施 数值运算、速度较快的计算机称为主机（如 IBM7094）。大批的作业在输入/输出机的控制下 输入到磁带后，用一个特殊的程序来控制作业的读 入和运行，这个特殊的程序叫作业控制语言（JCL， Job Control Language）书写，它能控制程序的运行， 如图所示。