计算机操作系统概述

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1、计算机操作系统概论操作系统课程介绍操作系统课程介绍操作系统课程是为计算机专业学生开设的专业必修操作系统课程是为计算机专业学生开设的专业必修操作系统课程是为计算机专业学生开设的专业必修操作系统课程是为计算机专业学生开设的专业必修课程。课程。课程。课程。总学时总学时总学时总学时：90909090学时学时学时学时学时分配学时分配学时分配学时分配：教学：教学：教学：教学54545454学时学时学时学时+实践实践实践实践36363636学时学时学时学时本课程要求学生具有本课程要求学生具有C语言编程语言基础语言编程语言基础计算机操作系统概论课程介绍课程介绍(2)(2)课程特点课程特点课程特点课程特点:概念

2、多、原理性强、较抽象概念多、原理性强、较抽象概念多、原理性强、较抽象概念多、原理性强、较抽象课程学习目的课程学习目的课程学习目的课程学习目的：了解操作系统的内部结构，掌握操：了解操作系统的内部结构，掌握操：了解操作系统的内部结构，掌握操：了解操作系统的内部结构，掌握操作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用作系统的设计方法，熟悉操作系统的操作和使用课程学习方法课程学习方法课程学习方法课程学习方法：以问题驱动学习、理论联系实际：以问题驱动学习、理论联系实际：以问题驱动学习、理论联系实际：以问题驱动学习、理论联系

3、实际课程学习难点课程学习难点课程学习难点课程学习难点：概念、原理、算法、数据结构：概念、原理、算法、数据结构：概念、原理、算法、数据结构：概念、原理、算法、数据结构教师姓名教师姓名教师姓名教师姓名 ：孔宇彦：孔宇彦：孔宇彦：孔宇彦计算机操作系统概论教材及参考书教材及参考书教材：教材：教材：教材：操作系统原理、设计及应用刘乃琦操作系统原理、设计及应用刘乃琦操作系统原理、设计及应用刘乃琦操作系统原理、设计及应用刘乃琦 高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社高等教育出版社参考书：参考书：参考书：参考书：Operating System Internals and Design principle

4、s,Operating System Internals and Design principles,Operating System Internals and Design principles,Operating System Internals and Design principles,William Stallings,TsingHua University PressWilliam Stallings,TsingHua University PressWilliam Stallings,TsingHua University PressWilliam Stallings,Tsin

5、gHua University PressApplied Operating System Concepts,Abraham Applied Operating System Concepts,Abraham Applied Operating System Concepts,Abraham Applied Operating System Concepts,Abraham Silberschatz Silberschatz Silberschatz Silberschatz etcetcetcetc,Higher Education Press,Higher Education Press,

6、Higher Education Press,Higher Education Press计算机操作系统，汤子瀛计算机操作系统，汤子瀛计算机操作系统，汤子瀛计算机操作系统，汤子瀛 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社计算机操作系统概论总评成绩评定总评成绩评定v平时成绩（含书面作业，出勤情况和课堂表现）平时成绩（含书面作业，出勤情况和课堂表现）平时成绩（含书面作业，出勤情况和课堂表现）平时成绩（含书面作业，出勤情况和课堂表现）v实验成绩（提交的实验报告和完成的质量）实验成绩（提交的实验报告和完成的质量）实验成绩（提交的实验报告和完成的质量）实验

7、成绩（提交的实验报告和完成的质量）实验项目检查，占实验成绩实验项目检查，占实验成绩实验项目检查，占实验成绩实验项目检查，占实验成绩40%40%40%40%出勤及平时成绩，占实验成绩出勤及平时成绩，占实验成绩出勤及平时成绩，占实验成绩出勤及平时成绩，占实验成绩20%20%20%20%课程实验报告，占实验成绩课程实验报告，占实验成绩课程实验报告，占实验成绩课程实验报告，占实验成绩40%40%40%40%v期末考试成绩期末考试成绩期末考试成绩期末考试成绩计算机操作系统概论请问操作系统是什么？请问操作系统是什么？请问操作系统有什么用？请问操作系统有什么用？计算机操作系统概论1 操作系统是什么操作系统是

8、什么v1.1 1.1 你所用过的操作系统你所用过的操作系统v1.2 1.2 操作系统是什么操作系统是什么计算机操作系统概论1.1.1 1.1.1 你所用过的操作系统你所用过的操作系统你知道下列哪些是操作系统吗你知道下列哪些是操作系统吗?星际星际 DOS LINUX WINDOWS TURBO-C WORD ACCESS UNIX TURBO-ASM QQ 一个一个C C语言源程序语言源程序计算机操作系统概论目前常见操作系统目前常见操作系统q微软：微软：Windows系列（以前系列（以前MS-DOS）qUNIX：Solaris,AIX,HP UX,SVR4,BSD,ULTRIXq自由软件：自由软

9、件：Linux,freeBSD,MinixqIBM:AIX,zOS(OS/390),OS/2,OS/4000,PC DOSq其他：其他：Mac OS,NetWare,计算机操作系统概论你用过的操作系统能做什么你用过的操作系统能做什么?各种命令：各种命令：dir copy del format 启动、结束用户程序启动、结束用户程序系统调用：例如汇编语言里系统调用：例如汇编语言里INT指令指令WINDOWS、UNIX 等提供多任务或多用等提供多任务或多用户环境户环境计算机操作系统概论你知道操作系统不能做什么你知道操作系统不能做什么?不做天气预报不做天气预报不做房屋设计不做房屋设计不是编译程序不是编

10、译程序总之，操作系统不直接解决最终具体应用问题，总之，操作系统不直接解决最终具体应用问题，也不负责编译源程序也不负责编译源程序.计算机操作系统概论操作系统是什么操作系统是什么操作系统为你完成所有操作系统为你完成所有 “硬件相关、应用无关硬件相关、应用无关”的工作，以给你的工作，以给你 方便、效率、安全方便、效率、安全计算机操作系统概论操作系统的定义操作系统的定义操作系统（操作系统（operating systemoperating system，简称，简称OSOS）是一是一个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件个大型的程序系统，它负责计算机的全部软、硬件资源的分配、调度工作，控制并协调多

11、个任务的活资源的分配、调度工作，控制并协调多个任务的活动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使动，实现信息的存取和保护。它提供用户接口，使用户获得良好的工作环境。用户获得良好的工作环境。第第 1 1 章章计算机操作系统概论计算机操作系统概论计算机操作系统概论主要内容主要内容v操作系统的目标、作用和模型操作系统的目标、作用和模型操作系统的目标、作用和模型操作系统的目标、作用和模型v操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程操作系统的发展过程v操作系统的基本特征操作系统的基本特征操作系统的基本特征操作系统的基本特征 vOSOSOSOS（O O O Operating peratin

12、g perating perating S S S Systems)ystems)ystems)ystems)的主要功能的主要功能的主要功能的主要功能vOSOSOSOS的结构设计的结构设计的结构设计的结构设计 计算机操作系统概论1.1 1.1 操作系统的目标、作用和模型操作系统的目标、作用和模型vv操作系统概念操作系统概念操作系统概念操作系统概念 操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控操作系统是计算机系统中的一个系统软件，管理和控制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算制计算机系统中的硬件

13、和软件资源，合理地组织计算制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算制计算机系统中的硬件和软件资源，合理地组织计算机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一机的工作流程，以便有效利用这些资源为用户提供一个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机与个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机与个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机与个功能强大、使用方便的工作环境，从而在计算机与用户之间起到接口的作用。用户之间起到接口的作用。用户之间起到接口的作用。用户之间起到接口的作用。计算机操作系统概论

14、1.1.方便性方便性方便性方便性 计算机只能识别计算机只能识别计算机只能识别计算机只能识别0 0 0 0、1 1 1 1；用户熟悉的是各种语言。；用户熟悉的是各种语言。；用户熟悉的是各种语言。；用户熟悉的是各种语言。2.2.有效性有效性有效性有效性 使计算机的各类资源在系统的管理下得到更使计算机的各类资源在系统的管理下得到更使计算机的各类资源在系统的管理下得到更使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效有效有效有效的利用，的利用，的利用，的利用，提高系统吞吐量。提高系统吞吐量。提高系统吞吐量。提高系统吞吐量。3.3.可扩充性可扩充性可扩充性可扩充性 便于修改和增加功能（如何设计？）便于修改和增

15、加功能（如何设计？）便于修改和增加功能（如何设计？）便于修改和增加功能（如何设计？）。4.4.开放性开放性开放性开放性 系统能支持世界标准规范系统能支持世界标准规范系统能支持世界标准规范系统能支持世界标准规范。1.1.1 1.1.1 操作系统的目标操作系统的目标 计算机操作系统概论 计算机只能识别计算机只能识别0、1；用户熟悉的是各种语言。；用户熟悉的是各种语言。没有操作系统的计算机的使用，现在很难想像。没有操作系统的计算机的使用，现在很难想像。如果没有操作系统，要运行程序，必须用户自己如果没有操作系统，要运行程序，必须用户自己用二进制的机器语言装载进内存，手动运行。用二进制的机器语言装载进内

16、存，手动运行。方便性方便性计算机操作系统概论 使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效使计算机的各类资源在系统的管理下得到更有效的利用，提高系统吞吐量。的利用，提高系统吞吐量。方便性和有效性是设计操作系统最重要的两个目方便性和有效性是设计操作系统最重要的两个目标，不同时期有不同的侧重点。标，不同时期有不同的侧重点。有效性有效性计算机操作系统概论v VLSI(Very large scale integration)VLSI(Very large scale integration)超大规模集超大规模集成电路。成电路。v新的需求，需要新的功能。新的需求，需要新的功能。v必须采用更好的结构设计，

17、方能达到不断扩展的目必须采用更好的结构设计，方能达到不断扩展的目的的可扩充性可扩充性计算机操作系统概论操作系统的应用环境从操作系统的应用环境从 单机环境单机环境 网络环境网络环境要求要求OS必须具有开发性必须具有开发性系统能支持世界标准规范系统能支持世界标准规范系统能支持世界标准规范系统能支持世界标准规范。方能正确和有效地协同工作。方能正确和有效地协同工作。开放性开放性计算机操作系统概论1.1.2 1.1.2 关于操作系统的四种认识关于操作系统的四种认识1.1.虚拟机观点虚拟机观点 2.2.用户环境观点用户环境观点3.3.资源管理观点资源管理观点4.4.作业（任务）组织观点作业（任务）组织观点

18、计算机操作系统概论1.1.虚拟机观点虚拟机观点v该观点认为，操作系统是建立在计算机硬件平台该观点认为，操作系统是建立在计算机硬件平台上的虚拟机器，它为应用软件提供了许多比计算机上的虚拟机器，它为应用软件提供了许多比计算机硬件功能更强或计算机硬件所没有的功能。硬件功能更强或计算机硬件所没有的功能。v操作系统把对硬件的低级操作全部隐藏起来，给操作系统把对硬件的低级操作全部隐藏起来，给用户一个友好的，易于操作的界面。用户一个友好的，易于操作的界面。v扩充：功能、硬件数量扩充：功能、硬件数量计算机操作系统概论2.2.用户环境观点用户环境观点v作为用户与计算机硬件系统之间的接口作为用户与计算机硬件系统之

19、间的接口OS作为接口的从层状示意图作为接口的从层状示意图计算机硬件计算机硬件操作系统操作系统系统调用系统调用，命令，图标，窗口，命令，图标，窗口应用程序及实用程序应用程序及实用程序系统设计者程序员用户计算机操作系统概论3.3.资源管理观点资源管理观点v该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资源该观点认为，操作系统是计算机系统中各类资源的管理者，它负责分配、回收以及控制系统中的各的管理者，它负责分配、回收以及控制系统中的各种软硬件资源。种软硬件资源。v跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资源跟踪资源的使用状况、满足资源请求、提高资源利用率，以及协调各程序和用户对资源的使用冲突利用率，以及协调各

20、程序和用户对资源的使用冲突。监视资源监视资源 分配、回收资源分配、回收资源 保护资源保护资源计算机操作系统概论4.4.作业（任务）组织观点作业（任务）组织观点v该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织该观点认为，操作系统是计算机系统工作流程的组织者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行者，它负责协调在系统中运行的各个应用软件的运行次序。次序。v用于服务器上，以批文件方式提交作业，请求主机逐用于服务器上，以批文件方式提交作业，请求主机逐个运行。个运行。v主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告主机操作系统负责组织、协调各个作业的运行，报告执行结果或错误信息。执行结果或错误信息。

21、v减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式减少了人工干预，提高了系统的效率。这种工作方式有利于有效利用主机资源。有利于有效利用主机资源。计算机操作系统概论问题问题v操作系统在计算机系统什么地方？（习题2）v什么是操作系统?（习题3）v计算机要管理的资源有哪些？（习题4）v什么是虚拟机，它与资源管理的观点有什么不同？（习题5）v系统资源管理的功能是什么？（习题6）计算机操作系统概论v不断提高计算机资源利用率的需要不断提高计算机资源利用率的需要如批处理系统的出现如批处理系统的出现v提供新的服务，方便实用提供新的服务，方便实用如分时交互式系统的出现如分时交互式系统的出现v计算机硬件升级和新硬件

22、的出现计算机硬件升级和新硬件的出现8 8位位161632326464.v计算机体系结构的不断发展：计算机体系结构的不断发展：单机单机OSOS多机多机OSOS分布式分布式OSOS网络网络OS OS 1.1.3 1.1.3 操作系统发展的主要动力操作系统发展的主要动力计算机操作系统概论1.2 1.2 操作系统的发展过程操作系统的发展过程1.2.1 1.2.1 无操作系统时的计算机系统无操作系统时的计算机系统1.2.2 1.2.2 单道批处理系统单道批处理系统1.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统1.2.4 1.2.4 分时系统分时系统1.2.5 1.2.5 实时系统实时系统计算机操作

23、系统概论1.2.1 1.2.1 无操作系统时的计算机系统无操作系统时的计算机系统电电子子管管计计算算机机，无无操操作作系系统统，由由手手工工控控制制作作业业的的输输入入输输出出,通通过过控控制制台台开开关关启启动动程程序序运运行行。用用户户使使用用计计算算机机的的过过程程大大致致如如下下：先先把把程程序序纸纸带带装装上上输输入入机机，启启动动输输入入机机把把程程序序和和数数据据送送入入计计算算机机，然然后后通通过过控控制制台台开开关关启启动动程程序序运运行行，计计算完毕后，用户拿走打印结果，并卸下纸带。算完毕后，用户拿走打印结果，并卸下纸带。v人工操作方式人工操作方式人工操作方式人工操作方式

24、如纸带输入机。如纸带输入机。如纸带输入机。如纸带输入机。特点是用户独占全机及特点是用户独占全机及特点是用户独占全机及特点是用户独占全机及CPUCPUCPUCPU等待人工操作。等待人工操作。等待人工操作。等待人工操作。v脱机脱机脱机脱机I/OI/OI/OI/O方式方式方式方式 引入引入引入引入I/OI/OI/OI/O机的概念，解决前者的缺点。机的概念，解决前者的缺点。机的概念，解决前者的缺点。机的概念，解决前者的缺点。特点是减少了特点是减少了特点是减少了特点是减少了CPUCPUCPUCPU的空闲时间且提高的空闲时间且提高的空闲时间且提高的空闲时间且提高I/OI/OI/OI/O速度。速度。速度。速

25、度。计算机操作系统概论脱机脱机脱机脱机I/OI/OI/OI/O示意图示意图示意图示意图外围机外围机 磁盘磁盘 磁盘磁盘主机主机 磁盘磁盘外围机外围机输出设备输出设备输入设备输入设备 磁盘磁盘计算机操作系统概论人工操作方式的特点人工操作方式的特点人工操作方式的特点人工操作方式的特点(1)单用户方式单用户方式(2)输入输出设备主要是纸带和卡片输入输出设备主要是纸带和卡片(3)程序员上机必须预约机时程序员上机必须预约机时(4)程序员自己上机操作程序员自己上机操作(5)程序的启动与结束处理都以手工方式进行程序的启动与结束处理都以手工方式进行(6)程序员的操作以交互方式进行程序员的操作以交互方式进行(控

26、制台控制台)(7)程序设计直接编制二进制目标程序程序设计直接编制二进制目标程序(8)程序执行过程得不到任何帮助程序执行过程得不到任何帮助计算机操作系统概论1.2.2 1.2.2 单道批处理系统单道批处理系统 晶晶体体管管计计算算机机，操操作作系系统统的的雏雏形形，称称为为监监控程序控程序（monitormonitormonitormonitor）。单单道道批批处处理理系系统统的的工工作作过过程程：用用户户将将作作业业交交到到机机房房，操操作作员员将将一一批批作作业业输输入入到到辅辅存存（如如磁磁带带）上上，形形成成一一个个作作业业队队列列。当当需需要要调调入入作作业业时时，监监控控程程序序从从

27、这这一一批批中中选选一一道道作作业业调调入入内内存存运运行行。当当这这一一作作业业完完成成时时，监监控控程程序序调调入入下下一道程序，直到这一批作业全部完成一道程序，直到这一批作业全部完成。计算机操作系统概论单道批处理系统的工作过程单道批处理系统的工作过程单道批处理系统的工作过程单道批处理系统的工作过程还有下一还有下一个作业？个作业？把下一个作业把下一个作业的源程序转换的源程序转换为目标程序为目标程序源程序源程序有错吗？有错吗？装配目标程序装配目标程序运行目标程序运行目标程序开始开始是是否否停止停止是是否否计算机操作系统概论单道批处理系统的特点单道批处理系统的特点(1)作业（步）间不需要人的干

28、预作业（步）间不需要人的干预(2)监控程序常驻内存，开机后第一个进入内存，监控程序常驻内存，开机后第一个进入内存，直到关机一直驻留在内存中直到关机一直驻留在内存中(3)专职操作员，程序员不在现场专职操作员，程序员不在现场(4)单道单道(5)监控程序只为一个计算机系统设计监控程序只为一个计算机系统设计(6)开发程序可以使用开发程序可以使用FORTRAN等高级语言，程等高级语言，程序的最后一条指令需是返回控制到监控程序。序的最后一条指令需是返回控制到监控程序。计算机操作系统概论单道批处理系统的评价单道批处理系统的评价v解决了作业间的自动转动问题，减少了机器时间的浪费。解决了作业间的自动转动问题，减

29、少了机器时间的浪费。v不管作业大小，只要它一旦占用处理器开始执行，则他必不管作业大小，只要它一旦占用处理器开始执行，则他必须一直占据处理器，直到运行完毕。须一直占据处理器，直到运行完毕。v资源利用率低。资源利用率低。v对短作业不公平，因为他们等待执行的时间可能远远超过对短作业不公平，因为他们等待执行的时间可能远远超过它们实际执行的时间。它们实际执行的时间。v交互性差。作业由批处理程序控制运行，用户无法实时控交互性差。作业由批处理程序控制运行，用户无法实时控制，如果运行中途出现故障，也只能停下来，重新运行。制，如果运行中途出现故障，也只能停下来，重新运行。自动性自动性 顺序性顺序性 单道性单道性

30、计算机操作系统概论1.2.3 1.2.3 多道批处理系统多道批处理系统 v引入引入单道批处理系统中，任意时刻一道作业在内存中单道批处理系统中，任意时刻一道作业在内存中运行，资源利用率低。运行，资源利用率低。为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，产生了为了提高系统资源利用率和系统吞吐量，产生了多道批处理系统。多道批处理系统。多道程序设计技术：在内存中放多道程序多道程序设计技术：在内存中放多道程序,使它使它们在调度程序的控制下相互穿插地运行。们在调度程序的控制下相互穿插地运行。计算机操作系统概论多道批处理系统的工作过程多道批处理系统的工作过程用户将作业交到机房，操作员将一批作业输入用户将作业交到机房

31、，操作员将一批作业输入到辅存（如磁盘）上，形成一个作业队列。当需要到辅存（如磁盘）上，形成一个作业队列。当需要调入作业时，作业调度程序从这一批中选几道作业调入作业时，作业调度程序从这一批中选几道作业调入内存，然后进程调度程序选取内存中一个作业调入内存，然后进程调度程序选取内存中一个作业调入处理器进行执行。当一些作业完成时，调度程调入处理器进行执行。当一些作业完成时，调度程序调入另一些程序，直到这一批作业全部完成。序调入另一些程序，直到这一批作业全部完成。当某个程序占用处理器执行过程中遇到了输入当某个程序占用处理器执行过程中遇到了输入/输出语句，可以启动专门负责输入输出语句，可以启动专门负责输入

32、/输出的系统服输出的系统服务程序完成输入务程序完成输入/输出操作，而处理机切换到另一输出操作，而处理机切换到另一个程序执行。个程序执行。计算机操作系统概论用户程序用户程序监督程序监督程序I/O操作操作I/O中断请求中断请求启动启动I/OI/O完成完成结束中断结束中断I/O中断请求中断请求启动启动I/OI/O完成完成完成完成t1t2t3t4t5t6t7t8(a)单道程序运行情况单道程序运行情况计算机操作系统概论程序程序A调度程序调度程序I/O请求请求(b)四道程序运行情况四道程序运行情况程序程序B程序程序C程序程序DI/O请求请求I/O请求请求I/O请求请求I/O完成完成I/O完成完成I/O完成

33、完成A完成完成表示获得表示获得CPUC完成完成计算机操作系统概论多道运行的特征多道运行的特征v多道性多道性v无序性无序性v调度性调度性v宏观上并行：同时有多道程序在内存运行，某一时宏观上并行：同时有多道程序在内存运行，某一时间段上，各道程序不同程度地向前推进。间段上，各道程序不同程度地向前推进。v微观上串行：任一时刻最多只有一道作业占用微观上串行：任一时刻最多只有一道作业占用CPUCPU，多道程序交替使用，多道程序交替使用CPU CPU。计算机操作系统概论多道批处理系统的优点多道批处理系统的优点v资源利用率高。资源指资源利用率高。资源指CPUCPU及设备。及设备。v系统吞吐量大。系统吞吐量大。

34、系统吞吐量系统吞吐量指系统在单位时间指系统在单位时间完成的总工作量。完成的总工作量。资源保持资源保持“忙碌忙碌”状态。状态。作业完成或运行不下去才切换，系统开销小。作业完成或运行不下去才切换，系统开销小。计算机操作系统概论多道批处理系统的缺点多道批处理系统的缺点v平均周转时间长平均周转时间长 作业的周转时间是指作业进入系统开始，直到作业的周转时间是指作业进入系统开始，直到完成并退出系统为止所经历的时间。完成并退出系统为止所经历的时间。v无交互能力无交互能力用户不能与自己的作业进行交互，修改和调试用户不能与自己的作业进行交互，修改和调试不方便。不方便。计算机操作系统概论多道批处理系统出现的问题多

35、道批处理系统出现的问题v处理器管理问题处理器管理问题分配与回收分配与回收v内存管理问题内存管理问题分配与保护分配与保护vI/O 设备管理问题设备管理问题共享与效率共享与效率v文件系统管理问题文件系统管理问题有效管理有效管理v作业管理问题作业管理问题组织组织计算机操作系统概论问题问题v为什么计算机要配置操作系统？（习题1）v单道批处理和多道批处理有什么主要的不同?（习题10）v多道批处理主要优点是什么?（习题9）计算机操作系统概论画出单道和多道运行的时间关系图画出单道和多道运行的时间关系图画出单道和多道运行的时间关系图画出单道和多道运行的时间关系图ABC计算306020I/O403040计算40

36、1020在多道批处理运行环境下三个程序全部运行完毕的最短时间是多在多道批处理运行环境下三个程序全部运行完毕的最短时间是多少，不考虑调度程序的运行时间。少，不考虑调度程序的运行时间。计算机操作系统概论1.2.4 1.2.4 分时系统分时系统v分时系统的产生分时系统的产生分时系统的产生分时系统的产生 概念：指一台主机上连接了多个带有显示器概念：指一台主机上连接了多个带有显示器概念：指一台主机上连接了多个带有显示器概念：指一台主机上连接了多个带有显示器和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机和键盘的终端，同时允许多个用户共享主机和键盘的终端，同时允许多个用户共享主

37、机中的资源，各个用户都可通过自己的终端以中的资源，各个用户都可通过自己的终端以中的资源，各个用户都可通过自己的终端以中的资源，各个用户都可通过自己的终端以交互方式使用计算机。交互方式使用计算机。交互方式使用计算机。交互方式使用计算机。是用户的需求：是用户的需求：是用户的需求：是用户的需求：人机交互性人机交互性人机交互性人机交互性 共享主机共享主机共享主机共享主机 便于用户上机便于用户上机便于用户上机便于用户上机计算机操作系统概论主机主机终终端端分时系统分时系统分时系统分时系统计算机操作系统概论实现的关键问题实现的关键问题:及时及时v分时系统在实现中的关键问题分时系统在实现中的关键问题分时系统在

38、实现中的关键问题分时系统在实现中的关键问题 及时接收：多终端卡、输入缓冲区及时接收：多终端卡、输入缓冲区及时接收：多终端卡、输入缓冲区及时接收：多终端卡、输入缓冲区 及时处理：交互作业应在内存、响应时及时处理：交互作业应在内存、响应时及时处理：交互作业应在内存、响应时及时处理：交互作业应在内存、响应时间应短间应短间应短间应短计算机操作系统概论分时系统的实现方法分时系统的实现方法v多用户作业直接进入内存多用户作业直接进入内存;分时使用主机，每一用户分得分时使用主机，每一用户分得一个时间片一个时间片(主机主机CPUCPU的运行时间分割成一个个长度相等的运行时间分割成一个个长度相等的微小时间片的微小

39、时间片)，用完这个时间片后操作系统将处理器分，用完这个时间片后操作系统将处理器分给另一用户，如此循环，每一用户可以周期性地获得给另一用户，如此循环，每一用户可以周期性地获得CPUCPU使用权，这样每一用户都有一种独占使用权，这样每一用户都有一种独占CPUCPU的感觉。的感觉。交互式作业直接进入内存交互式作业直接进入内存交互式作业直接进入内存交互式作业直接进入内存 以分配时间片方式实现以分配时间片方式实现以分配时间片方式实现以分配时间片方式实现 类型：类型：类型：类型：单道分时系统单道分时系统单道分时系统单道分时系统 具有前、后台的分时系统具有前、后台的分时系统具有前、后台的分时系统具有前、后台

40、的分时系统仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后台批处理作仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后台批处理作仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后台批处理作仅当前台无作业或在调进、出时，才运行后台批处理作业。业。业。业。多道分时系统多道分时系统多道分时系统多道分时系统不需要调入、出开销。不需要调入、出开销。不需要调入、出开销。不需要调入、出开销。计算机操作系统概论分时系统的特征分时系统的特征v同时性：若干用户通过各自的终端同时使用一台计同时性：若干用户通过各自的终端同时使用一台计算机。算机。v独立性：每一用户独占一个终端。独立性：每一用户独占一个终端。v及时性：用户请求能及时响应。及时性：用户请

41、求能及时响应。v交互性：可人机对话。交互性：可人机对话。计算机操作系统概论多道分时系统多道分时系统v允许在内存中同时存放多道作业，并把具备运行条允许在内存中同时存放多道作业，并把具备运行条件的所有作业排成一个队列，让它们依次轮流地获件的所有作业排成一个队列，让它们依次轮流地获得一个时间片来运行。得一个时间片来运行。v与单道分时系统相比较，由于作业数据都在内存，与单道分时系统相比较，由于作业数据都在内存，不需要调入、调出开销，所以多道分时系统具有较不需要调入、调出开销，所以多道分时系统具有较好的系统性能。好的系统性能。v现代分时系统都属于多道分时系统。现代分时系统都属于多道分时系统。计算机操作系

42、统概论1.2.5 1.2.5 实时系统实时系统 v引入：要求及时处理的场合引入：要求及时处理的场合引入：要求及时处理的场合引入：要求及时处理的场合概念：概念：概念：概念：系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间系统能及时响应外部事件的请求，在规定时间内完成对该事件的处理。内完成对该事件的处理。内完成对该事件的处理。内完成对该事件的处理。类型：类型：类型：类型：实时控制实时控制实时控制实时控制:如工业控制如工业控制,武器控制。武器控制。实时信息处理实时信息处理实时信息处理实时信息处理:如联网订票系统。如联网订票系统。

43、实时系统的特征：实时系统的特征：即时响应。即时响应。高可靠性、高安全性高可靠性、高安全性。计算机操作系统概论批处理、分时、实时系统是三种基本的操作系统类型。一个实际的操作系统可能兼有三者或其中两者的功能,则被称为通用操作系统。计算机操作系统概论问题问题v试从交互性，及时性及可靠性三方面比较分时系统与实时系统。（习题11）v试举例说明单道程序与多道程序的区别。（习题14）计算机操作系统概论v实时、分时的比较实时、分时的比较实时、分时的比较实时、分时的比较 同时（多路）性：相同同时（多路）性：相同同时（多路）性：相同同时（多路）性：相同 独立性：相同独立性：相同独立性：相同独立性：相同 及时性：实

44、时系统要求更高及时性：实时系统要求更高及时性：实时系统要求更高及时性：实时系统要求更高 交互性：分时系统交互性更强交互性：分时系统交互性更强交互性：分时系统交互性更强交互性：分时系统交互性更强 可靠性：实时系统要求更高可靠性：实时系统要求更高可靠性：实时系统要求更高可靠性：实时系统要求更高计算机操作系统概论1.3 1.3 操作系统的基本特征操作系统的基本特征 v1.3.1 1.3.1 并发（并发（ConcurrenceConcurrence）v1.3.2 1.3.2 共享（共享（SharingSharing）v1.3.3 1.3.3 虚拟（虚拟（VirtualVirtual）v1.3.4 1.

45、3.4 不确定性（不确定性（UndeterminedUndetermined）计算机操作系统概论并发性并发性v并行并行是指两或多个事件在同一时刻发生。是指两或多个事件在同一时刻发生。存在于有多个存在于有多个CPU的环境中，在内存中放多道作业，在的环境中，在内存中放多道作业，在任一时间点上都可能有多道作业在不同的任一时间点上都可能有多道作业在不同的CUP上同时执上同时执行。行。v并发并发是两或多个事件在同一时间间隔内发生。是两或多个事件在同一时间间隔内发生。在在内内存存中中放放多多道道作作业业，在在一一个个时时间间段段上上来来看看，每每一一道道作作业都能不同程度地向前推进。业都能不同程度地向前推

46、进。但但在在任任何何一一个个时时间间点点上上只只能能有有一一道道占占用用CPUCPU。单单处处理理器器情况下各作业只能交替执行。情况下各作业只能交替执行。v进程进程：系统中能独立运行并作为资源分配的基本：系统中能独立运行并作为资源分配的基本单位。引入线程后，独立运行的单位变为线程。单位。引入线程后，独立运行的单位变为线程。计算机操作系统概论共享性共享性v系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共系统中资源可供内存中多个并发执行的进程共同使用。同使用。同使用。同使用。互斥共享互斥共享互斥共享互斥共享：一段时间只允许一个

47、进程访问该：一段时间只允许一个进程访问该：一段时间只允许一个进程访问该：一段时间只允许一个进程访问该资源。资源。资源。资源。而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称而把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源或独占资源。为临界资源或独占资源。为临界资源或独占资源。为临界资源或独占资源。同时共享同时共享同时共享同时共享：宏观上同时访问资源，微观上仍：宏观上同时访问资源，微观上仍：宏观上同时访问资源，微观上仍：宏观上同时访问资源，微观上仍是互斥的是互斥的是互斥的是互斥的v并发和共享是操作系统的两个最基本的

48、特征，并发和共享是操作系统的两个最基本的特征，它们又是互为存在的条件。它们又是互为存在的条件。计算机操作系统概论虚拟性虚拟性v虚拟是指将一个物理上的实体变为若干个逻虚拟是指将一个物理上的实体变为若干个逻虚拟是指将一个物理上的实体变为若干个逻虚拟是指将一个物理上的实体变为若干个逻辑上的对应物。前者是实际存在的，而后者是辑上的对应物。前者是实际存在的，而后者是辑上的对应物。前者是实际存在的，而后者是辑上的对应物。前者是实际存在的，而后者是虚的，是一种感觉性的存在。虚的，是一种感觉性的存在。虚的，是一种感觉性的存在。虚的，是一种感觉性的存在。v虚拟技术分为：时分复用技术和虚拟技术分为：时分复用技术和

49、虚拟技术分为：时分复用技术和虚拟技术分为：时分复用技术和空分复用技空分复用技术。术。v通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻通过某种技术把一个物理实体变为若干个逻辑上的对应物。若辑上的对应物。若辑上的对应物。若辑上的对应物。若n n n n是某一物理设备所对应的虚是某一物理设备所对应的虚是某一物理设备所对应的虚是某一物理设备所对应的虚拟的逻辑设备数，则虚拟设备的速度或占用空拟的逻辑设备数，则虚拟设备的速度或占用空拟的逻辑设备数，则虚拟设备的速度或占用空拟的逻辑设备数，则虚拟设备的速度或占用空间必然是物理设备速度的间必然

50、是物理设备速度的间必然是物理设备速度的间必然是物理设备速度的1/n1/n1/n1/n。计算机操作系统概论不确定性不确定性v进程的异步性：进程以人们不可预知的速度进程的异步性：进程以人们不可预知的速度向前推进。多个进程并发执行，向前推进。多个进程并发执行，“走走停停走走停停”，无法预知每个进程的运行推进快慢。，无法预知每个进程的运行推进快慢。v程序执行结果不确定，程序不可再现。即对程序执行结果不确定，程序不可再现。即对同一程序，在相同的输入和相同的环境下运同一程序，在相同的输入和相同的环境下运行，但经多次运行，却可能获得完全不同的行，但经多次运行，却可能获得完全不同的结果。结果。计算机操作系统概

51、论执行结果不确定性执行结果不确定性执行结果不确定性执行结果不确定性与时间有关的错误a=n /n表示剩余的票数表示剩余的票数if(a=1)a=a-1;/售出一张票售出一张票 n=a;a=n /n表示剩余的票数表示剩余的票数if(a=1)a=a-1;/售出一张票售出一张票 n=a;因为这种错误和相对执因为这种错误和相对执行速度有关，因此称为行速度有关，因此称为与时间有关的错误。与时间有关的错误。计算机操作系统概论问题问题问题问题v操作系统具有哪几大特征?（习题8）v试举例说明并发或并行的区别？（习题12）v试举例说明两类共享资源的区别。（习题13）计算机操作系统概论1.4 OS1.4 OS的主要功

52、能的主要功能1.4.1 1.4.1 1.4.1 1.4.1 进程管理进程管理进程管理进程管理1.4.2 1.4.2 1.4.2 1.4.2 存储器管理存储器管理存储器管理存储器管理1.4.3 1.4.3 1.4.3 1.4.3 输入输入输入输入/输出设备管理输出设备管理输出设备管理输出设备管理1.4.4 1.4.4 1.4.4 1.4.4 数据文件管理数据文件管理数据文件管理数据文件管理1.4.5 1.4.5 1.4.5 1.4.5 接口管理接口管理接口管理接口管理计算机操作系统概论进程管理进程管理多道环境下，处理器的运行及分配都是以多道环境下，处理器的运行及分配都是以进进程程为单位，因此处理

53、器管理可归结为为单位，因此处理器管理可归结为进程管理进程管理。v进程控制：创建和撤销进程以及控制进程的状态转换。进程控制：创建和撤销进程以及控制进程的状态转换。v进程同步：协调，互斥访问临界资源，协调执行进度。进程同步：协调，互斥访问临界资源，协调执行进度。v进程通信：进程间的信息交换。进程通信：进程间的信息交换。v进程调度：按一定算法从进程就绪队列中选出一个进进程调度：按一定算法从进程就绪队列中选出一个进程，把处理器分配给它，使之运行。程，把处理器分配给它，使之运行。计算机操作系统概论进程管理进程管理(2)(2)vv一、进程控制一、进程控制一、进程控制一、进程控制 创建创建创建创建/撤销进程

54、撤销进程撤销进程撤销进程 迁移进程状态迁移进程状态迁移进程状态迁移进程状态 一般由进程控制原语完成一般由进程控制原语完成一般由进程控制原语完成一般由进程控制原语完成vv二、进程同步二、进程同步二、进程同步二、进程同步 为使多个进程有条不紊地运行，应建立同步机制。为使多个进程有条不紊地运行，应建立同步机制。为使多个进程有条不紊地运行，应建立同步机制。为使多个进程有条不紊地运行，应建立同步机制。包括进程互斥包括进程互斥包括进程互斥包括进程互斥/同步，次序协调。同步，次序协调。同步，次序协调。同步，次序协调。计算机操作系统概论进程管理进程管理(3)(3)(3)(3)vv三、进程通信三、进程通信三、进

55、程通信三、进程通信 源于进程合作，如：输入进程、计算进程、打印进程相源于进程合作，如：输入进程、计算进程、打印进程相源于进程合作，如：输入进程、计算进程、打印进程相源于进程合作，如：输入进程、计算进程、打印进程相互间有信息传递互间有信息传递互间有信息传递互间有信息传递 类型：类型：类型：类型：直接通信：进程直接通信：进程直接通信：进程直接通信：进程A A A A发发发发messagemessagemessagemessage，进程，进程，进程，进程B B B B收收收收messagemessagemessagemessage 间接通信：进程间接通信：进程间接通信：进程间接通信：进程A A A

56、A发发发发messagemessagemessagemessage到中间实体（如到中间实体（如到中间实体（如到中间实体（如mailboxmailboxmailboxmailbox），进程），进程），进程），进程B B B B从中间实体收从中间实体收从中间实体收从中间实体收messagemessagemessagemessagevv四、调度（作业与进程）四、调度（作业与进程）四、调度（作业与进程）四、调度（作业与进程）作业调度：为作业分配必要资源，调入内存建立进程，作业调度：为作业分配必要资源，调入内存建立进程，作业调度：为作业分配必要资源，调入内存建立进程，作业调度：为作业分配必要资源，调入内

57、存建立进程，并使之进入就绪队列。并使之进入就绪队列。并使之进入就绪队列。并使之进入就绪队列。vv进程调度：从就绪队列中选出进程，分配进程调度：从就绪队列中选出进程，分配进程调度：从就绪队列中选出进程，分配进程调度：从就绪队列中选出进程，分配CPUCPUCPUCPU，使之运行。，使之运行。，使之运行。，使之运行。调度算法：调度算法：调度算法：调度算法：FCFSFCFSFCFSFCFS、优先权等、优先权等、优先权等、优先权等计算机操作系统概论1.4.2 1.4.2 存储管理存储管理目的：方便用户使用，且提高存贮器利用率目的：方便用户使用，且提高存贮器利用率目的：方便用户使用，且提高存贮器利用率目的

58、：方便用户使用，且提高存贮器利用率v为多道程序的并发执行提供良好的环境；为多道程序的并发执行提供良好的环境；为多道程序的并发执行提供良好的环境；为多道程序的并发执行提供良好的环境；v便于用户使用存储器；便于用户使用存储器；便于用户使用存储器；便于用户使用存储器；v提高存储器的利用率；提高存储器的利用率；提高存储器的利用率；提高存储器的利用率；v为尽量多的用户提供足够大的存储空间。为尽量多的用户提供足够大的存储空间。为尽量多的用户提供足够大的存储空间。为尽量多的用户提供足够大的存储空间。计算机操作系统概论存储管理存储管理(2)(2)v一、内存分配：静态分配一、内存分配：静态分配一、内存分配：静态

59、分配一、内存分配：静态分配/动态分配、连续分配动态分配、连续分配动态分配、连续分配动态分配、连续分配/非连续分配非连续分配非连续分配非连续分配v二、内存保护：系统内存空间、用户内存空间二、内存保护：系统内存空间、用户内存空间二、内存保护：系统内存空间、用户内存空间二、内存保护：系统内存空间、用户内存空间v三、地址映射三、地址映射三、地址映射三、地址映射 地址范围地址范围地址范围地址范围地址地址地址地址 逻辑空间逻辑空间逻辑空间逻辑空间逻辑地址相对地址逻辑地址相对地址逻辑地址相对地址逻辑地址相对地址 物理空间物理空间物理空间物理空间物理地址（绝对地址）物理地址（绝对地址）物理地址（绝对地址）物理

60、地址（绝对地址）v四、内存扩充四、内存扩充四、内存扩充四、内存扩充 利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量利用虚存技术，从逻辑上扩充内存容量 系统应有：请求调入系统应有：请求调入系统应有：请求调入系统应有：请求调入/置换功能以支持虚存技术置换功能以支持虚存技术置换功能以支持虚存技术置换功能以支持虚存技术计算机操作系统概论1.4.3 1.4.3 设备管理功能设备管理功能任任任任务务务务：为为为为用用用用户户户户程程程程序序序序分分分分配配配配I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备；完完完完成成成成用用用用户户户户程程程程序序序序请

61、请请请求求求求I/OI/OI/OI/O操操操操作作作作；提提提提高高高高处处处处理理理理器器器器和和和和I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备的的的的利利利利用用用用率率率率；改改改改善善善善人人人人机界面。机界面。机界面。机界面。v一、缓冲管理一、缓冲管理一、缓冲管理一、缓冲管理 缓冲区：用来解决缓冲区：用来解决缓冲区：用来解决缓冲区：用来解决CPUCPUCPUCPUI/OI/OI/OI/O矛盾，如：矛盾，如：矛盾，如：矛盾，如：CPUCPUCPUCPU快则应多创建快则应多创建快则应多创建快则应多创建缓冲区。缓冲区。缓冲区。缓冲区。v二、设备分配二、设备分配二、设备分配二、设备分配 包括：

62、设备，设备控制器，包括：设备，设备控制器，包括：设备，设备控制器，包括：设备，设备控制器，I/OI/OI/OI/O通信的分配和回收通信的分配和回收通信的分配和回收通信的分配和回收计算机操作系统概论设备管理功能（设备管理功能（2 2）v三、设备处理三、设备处理三、设备处理三、设备处理指控制设备进行实际的操作，包括读、写等以及指控制设备进行实际的操作，包括读、写等以及指控制设备进行实际的操作，包括读、写等以及指控制设备进行实际的操作，包括读、写等以及向向向向CPUCPUCPUCPU发中断。发中断。发中断。发中断。设备处理设备处理设备处理设备处理/驱动程序应能根据用户的驱动程序应能根据用户的驱动程序

63、应能根据用户的驱动程序应能根据用户的I/OI/OI/OI/O请求，自请求，自请求，自请求，自动地构成通道程序。动地构成通道程序。动地构成通道程序。动地构成通道程序。计算机操作系统概论1.4.4 1.4.4 文件管理的功能文件管理的功能任任任任务务务务：管管管管理理理理用用用用户户户户文文文文件件件件和和和和系系系系统统统统文文文文件件件件；管管管管理理理理文文文文件件件件的的的的存存存存储储储储空空空空间；保证文件数据的安全；方便用户使用文件。间；保证文件数据的安全；方便用户使用文件。间；保证文件数据的安全；方便用户使用文件。间；保证文件数据的安全；方便用户使用文件。v一、文件存贮空间的管理一

64、、文件存贮空间的管理一、文件存贮空间的管理一、文件存贮空间的管理v二、文件目录管理二、文件目录管理二、文件目录管理二、文件目录管理v三、文件的读、写管理和存取控制（保护）三、文件的读、写管理和存取控制（保护）三、文件的读、写管理和存取控制（保护）三、文件的读、写管理和存取控制（保护）计算机操作系统概论1.4.5 1.4.5 接口管理接口管理v接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面接口，指操作系统为用户提供的人机交互界面命令式用户接口：以命令方式供用户通过键盘终端与计命令式用户接口：以命令方式供用户通过键盘终端与计算机交互，如：算机交互，如：UNIXUNIX、DOSDOS。图形化用户接口：图形

65、化用户接口：WindowsWindows系列操作系统则提供了形象、系列操作系统则提供了形象、生动的图形化界面，用户只需拖动并点击鼠标，便可轻生动的图形化界面，用户只需拖动并点击鼠标，便可轻松操作计算机。松操作计算机。程序接口：以系统调用的形式供用户编程时使用，几乎程序接口：以系统调用的形式供用户编程时使用，几乎各种操作系统都提供了系统调用，供程序设计。各种操作系统都提供了系统调用，供程序设计。计算机操作系统概论 1.5 OS 1.5 OS 1.5 OS 1.5 OS的结构设计的结构设计的结构设计的结构设计v无结构无结构无结构无结构v模块式模块式模块式模块式v层次式层次式层次式层次式v微内核微内

66、核微内核微内核计算机操作系统概论1.5.1 1.5.1 1.5.1 1.5.1 软件工程的基本概念软件工程的基本概念软件工程的基本概念软件工程的基本概念 v软件：软件：软件：软件：v软件工程：运用系统、规范和可定软件工程：运用系统、规范和可定软件工程：运用系统、规范和可定软件工程：运用系统、规范和可定量的方法开发、运行和维护软件。量的方法开发、运行和维护软件。量的方法开发、运行和维护软件。量的方法开发、运行和维护软件。计算机操作系统概论1.5.2 1.5.2 1.5.2 1.5.2 传统的操作系统结构传统的操作系统结构传统的操作系统结构传统的操作系统结构v1.1.1.1.无结构操作系统无结构操作系统无结构操作系统无结构操作系统 一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统一组过程集，各过程可相互调用，也叫整体系统结构。结构。结构。结构。缺点：逻辑复杂，维护困难缺点：逻辑复杂，维护困难缺点：逻辑复杂，维护困难缺点：逻辑复杂，维护困难.计算机操作系统概论传统的操作系统结构（传统的操作系统结构（传统的操作系统结