第1章操作系统论1

1、操作系统操作系统主讲主讲 刘霞林刘霞材教材计算机操作系统教程 徐甲同 西安电子科技大学出版社参考教材参考教材计算机操作系统计算机操作系统 汤子瀛汤子瀛 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社操作系统教程操作系统教程 孟庆昌孟庆昌 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社操作系统教程操作系统教程 王素华王素华 人民邮电出版社人民邮电出版社计算机操作系统教程计算机操作系统教程 张尧学张尧学, ,史美林史美林 清华大学出版社清华大学出版社操作系统设计与实现操作系统设计与实现 王鹏等译王鹏等译 电子工业出版社电子工业出版社现代操作系统现代操作系统 陈向群等译陈向群等

2、译 机械工业出版社机械工业出版社第一章 操作系统引论单机操作系统 1）msdos：intel x86系列的pc机上的最早的操作系统，微软公司产品，曾经统治了整个操作系统领域，现在已逐渐被自家兄弟windows 9x系列所代替，现在除了一些低档机外已不多见。 2）windows 9x：微软公司产品，从windows 3.x发展而来，现在是基于intel x86系列的pc机上的主要操作系统，也是现在个人电脑中装机量最大的操作系统。面向桌面、面向个人用户。 3）mac os：苹果公司所有，界面友好，性能优异，但由于只能运行在苹果公司自己的电脑上而发展有限。但由于苹果电脑独特的市场定位，现在仍存活良好

3、。 一、常见的操作系统 网络操作系统 4）unix系列：unix可以说是源远流长，是一个真正稳健、实用、强大的操作系统，但是由于众多厂商在其基础上开发了有自己特色的unix版本，所以影响了整体。在国外，unix系统可谓独树一帜，广泛应用于科研、学校、金融等关键领域。但由于中国的计算机发展较为落后，unix系统的应用水平与国外相比有一定的滞后。 5）windows nt系列：微软公司产品，其利用windows的友好的用户界面的优势打进服务器操作系统市场。但其在整体性能、效率、稳定性上都与unix有一定差距，所以现在主要应用于中小企业市场。 6）novell netware系列：novell公司产

4、品，其以极适合于中小网络而著称，在中国的证券行业市场占有率极高，而且其产品特点鲜明，仍然是服务器系统软件中的长青树。7）linux linux是一个类unix系统，诞生于1991年，之后借助于互联网，在全世界计算机爱好者的共同参与下，现以成为全世界使用最多的类unix操作系统，并且使用人数还在迅猛增长。 二、为什么要学习操作系统？ 更深入地理解计算机系统，对计算机系统的准确理解是进行软件开发的基础。 学习操作系统这个大型系统软件的设计思想、编程技巧以及对算法的合理应用。 编写自己的操作系统或对已有的操作系统进行修改。 操作系统的设计与开发是核心技术，掌握了这门核心技术对于我国的自主创新，对于我

5、国的政治、经济、国防等领域的信息安全有至关重要的意义。 三、操作系统能做什么？#include int main() printf(“hello world!”);（假设以上程序以编译链接）用户在命令行中输入hello，并回车;操作系统为hello程序创建进程：为该进程分配内存空间，把程序的代码和数据调入内存，创建用户栈，堆等资源，记录用来管理进程的各种信息;把进程设为就绪状态，等待调度程序的调度(获得cpu以执行);调度程序调度到该进程，从（该程序）的第一条指令处开始执行;将printf转换成具体的系统调用，由系统调用访问显示终端这个设备，并把参数“hello word!”送往显示终端。显示

6、终端的驱动程序接收用户发来的命令和参数，把它们转换成设备能识别的i/o命令，将i/o命令传给设备控制器，“hello world!”传给显示存储器，启动显示设备;显示设备在设备控制器的控制下输出字符串“hello world!”。四、操作系统是什么 操作系统是最基本的系统软件，它控制计算机的所有资源，合理地组织计算机工作流程，为应用程序的开发和用户的使用提供支持。五、操作系统的作用 用户与计算机硬件之间的接口 可通过三种方式访问使用计算机： 命令方式：操作系统提供了一组联机命令，用户通过键 盘输入有关命令，来操纵计算机。 系统调用方式：用户在应用程序中调用系统调用。 图形方式:用户通过鼠标、菜

7、单、对话框等方式来操纵计 算机。 系统资源的管理者 硬件资源：cpu,存储器（内、外存、移动存储），i/o设备（键盘、鼠标、显示器、打印机等）。 软件资源：文件、数据结构、变量等。 扩充机器 操作系统操作系统可以提供虚拟计算机（virtualmachine）。许多年以前，人们就认识到必须找到某种方法把硬件的复杂性与用户隔离开来，经过不断的探索和研究，目前采用的方法是在计算机裸机上加上一层又一层的软件来组成整个计算机系统。在操作系统操作系统中，类似地把硬件细节隐藏并把它与用户隔离开来的情况处处可见，例如：i/o管理软件、文件管理软件、窗口软件向用户提供了一个越来越方便使用i/o功能的方法。所以，

8、当计算机上覆盖了操作系统操作系统后，便为用户提供了一台功能显著增强，使用更加方便，效率明显提高的机器。 六、操作系统的发展 操作系统随着计算机的发展而发展 1.第一代计算机（1945-1955）：真空管和插件板40年代中期，美国哈佛大学、普林斯顿高等研究院、宾夕法尼亚大学的一些人使用数万个真空管，构建了世界上第一台电子计算机。开启计算机发展的历史。程序设计使用机器语言，通过插板上的硬连线来控制其基本功能。 典型代表eniac. 占地170m2, 30t, 140kw, 18000个电子管, 6000个开关, 7000个电阻, 10000个电容, 50万条线, 5000次加法/秒 2.第二代计算

9、机（1955-1965）：晶体管和批处理系统 这个时期计算机越来越可靠，已从研究院中走出来，走进了商业应用。但这个时期的计算机主要完成各种科学计算，第二代计算机主要用于科学与工程计算。使用fortran与汇编语言编写程序。在后期出现了操作系统的雏形：fms（fortran监控系统）和ibmsys（ibm为7094机配备的操作系统） 3.第三代计算机（1965-1980）：集成电路芯片和多道程序 ibm公司为了将科学运算和商业应用这两种应用统一起来，试图研制system/360系统。 与这个计划配套，ibm公司组织了os/360操作系统的开发，然而复杂的需求，以及当时软件工程水平低下使得os/3

10、60的开发工作陷入了历史以来最可怕的“软件开发泥潭”. 60年代未，计算机科学家ken thompson，在一台pdp-7机器上开发出了一套简化的、单用户版的multics。后来导致了unix操作系统的诞生。 4.第四代计算机（1980-今）：大规模集成电路计算机 intel公司凭借个人计算机的成功，成为了当今微处理器的老大。 同时善于抓住时机的微软公司的总裁比尔盖茨适时地进入了这一领域，用购买来的cp/m摇身一变成为ms-dos，并凭借其成为个人计算机操作系统领域的霸主。 虽然是苹果公司在gui方面先拔头筹，但由于苹果公司的不兼容、不开放的市场策略，未能扩大战果，这时微软又适时地进入了gui

11、方面，凭借windows系统再次称雄！ 七、操作系统的分类单用户操作系统单用户操作系统 一台处理机上支持一个用户程序的执行，系统的全部资源都提供给该用户使用。例如ms-dos.七、操作系统的分类单道批处理系统单道批处理系统 用户把程序(卡片)交给系统管理员,他把一批作业以脱机方式输入到磁带上,在常驻监督程序(moniter)控制下使这批作业一个接一个连续处理。 批处理过程：重复地进行装入程序、运行、打印结果、撤出。典型的单道批处理系统：fms(fortran monitor system)即fortran监督系统；ibm/7094机上的ibm操作系统ibsys。它们由监控程序、特权指令、存储保

12、护和简单的批处理构成。 多道批处理系统多道批处理系统 在磁盘上多个作业排成“后备队列”。多道程序技术 内存中同时有多个作业。 选择(调度)若干作业装入内存(存储管理)。 当运行的作业遇到i/ o请求时, 切换(调度)至内存中的另一个作业并运行之。 优点: 多道程序共享资源,资源利用率高。 系统吞吐量大,系统开销小。 缺点: 作业平均周转时间长,无交互能力。单道：单道：用户程序监督程序i/o操作i/o请求启动i/oi/o完成i/o请求多道：多道：程序a程序b程序c调度程序a:i/o请求 a:i/ob:i/o请求b:i/oc:i/oa:完成ttc:i/o请求 推动单道批处理系统向多道批处理系统发展

13、的主要动力： 提高资源利用率和系统吞吐量。多道系统要解决的问题： （1）同步与互斥问题：多道程序共享计算机系统的资源，既有对资源的竞争问题，还必须互相同步。 （2）内存的扩充：随着内存中程序数的增加，出现了内存不够用的问题，提高内存的利用率也成为关键。 （3）程序间的保护问题：多个程序应该互不干扰地执行。 （4）出现了处理机管理，存储器管理，i/o设备管理，文件系统管理，作业管理等问题。分时系统分时系统 分时系统的原理在一个计算机系统中多个用户轮流使用同一计算机，分时的时间单位称为“时间片”。每个作业运行一个时间片后，就把处理机交给下一个作业，如此往复，直到全部作业运行完毕。 产生的原因：用户

14、的需要产生的原因：用户的需要 （1）人机交互。希望对计算机系）人机交互。希望对计算机系统能够边运行边修改。统能够边运行边修改。 （2）共享主机的资源。多个用户共）共享主机的资源。多个用户共同使用主机，并且每个用户感觉不到同使用主机，并且每个用户感觉不到其它用户的存在。其它用户的存在。 （3）便于用户上机。希望通过自己）便于用户上机。希望通过自己的终端通过网络使用远端的主机，而的终端通过网络使用远端的主机，而不是用户亲自把作业送到机房。不是用户亲自把作业送到机房。分时系统的特点：分时系统的特点：1) 同时性。若干用户可以同时使用同一个系统同时性。若干用户可以同时使用同一个系统的资源；的资源；2)

15、 独立性。每个用户都认为只有自己在使用计独立性。每个用户都认为只有自己在使用计算机；算机；3) 及时性。用户的请求能得到及时响应；及时性。用户的请求能得到及时响应；4) 交互性。这是分时系统最重要的特点。交互性。这是分时系统最重要的特点。典型的分时系统：典型的分时系统：美国通用电气公司的信息网络（美国通用电气公司的信息网络（ge information service），具有），具有16个中央处理器和个中央处理器和75个远程终个远程终端集中器，可把分布在美国、加拿大、澳大利端集中器，可把分布在美国、加拿大、澳大利亚及欧洲的许多终端连接起来，利用亚及欧洲的许多终端连接起来，利用时差来达到资源共享和资源充分利用的目的；时差来达到资源共享和资源充分利用的目的；unix系统。系统。 实时系统实时系统 实时系统的分类：实时系统的分类：1)实时控制系统：实时控制系统： 实时采集现场数据，并对所采集的数据进行实时采集现场数据，并对所采集的数据进行及时处理，进而自动地控制相应的执行机构，及时处理，进而自动地控制相应的执行机构，使参数能按预定的规律变化。使