操作系统第1章－引论

高等学校计算机科学与技术专业教材操作系统OperatingSystem孟庆昌编著电子工业出版社PublishingHouseofElectronicsIndustry北京·BEIJING课件版本：2004-6第1章操作系统引论一个完整的计算机系统是由硬件和软件两大部分组成的操作系统（OperatingSystem）是所有软件中最基础、最核心的部分，是计算机用户和计算机硬件之间的中介程序，它为用户执行程序提供更方便、更有效的环境。操作系统是什么、干什么和如何干？本章内容提要1.1计算机系统概述1.2什么是操作系统1.3操作系统的发展历程1.4操作系统的类型1.5操作系统的特征1.6操作系统的结构1.1计算机系统概述计算机系统是由硬件和软件组成的。硬件是软件建立与活动的基础，而软件是对硬件功能的扩充。计算机硬件结构由CPU，内存和若干I/O设备组成。它们经由系统总线连接在一起，实现彼此通信。图1-1现代计算机硬件结构1.1.1处理器

CPU工作的基本周期是：从内存中提取指令对指令译码最后执行指令每个CPU可以执行的指令集是专用的1.1.1处理器

所有CPU都包含某些寄存器通用寄存器专用寄存器程序计数器栈指针PSW（程序状态字）1.1.1处理器

两种处理机执行状态核心态用户态1.1.2存储器寄存器高速缓存内存磁盘磁带

图1-2典型的存储器层次结构1.1.3I/O设备

通常由控制器和设备本身两部分组成控制器设备设备驱动程序1.1.3I/O设备

输入和输出的工作方式

程序控制方式程序中断方式

DMA方式1.1.4总线

总线分类

数据总线地址总线控制总线1.2什么是操作系统

1.2.1操作系统概念1．操作系统作为扩展机器2．操作系统作为资源管理器作为资源管理者，操作系统主要做以下工作：监视各种资源，随时记录它们的状态；实施某种策略以决定谁获得资源，何时获得，获得多少；分配资源供需求者使用；回收资源，以便再分配。操作系统的用户观点和系统观点定义：

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。1.2.2操作系统的主要功能

1．存储管理功能内存分配、地址映射、内存保护、内存扩充2．处理机管理功能作业和进程调度、进程控制和进程通信3．设备管理功能缓冲区管理，设备分配，设备驱动和设备无关性。1.2.2操作系统的主要功能4．文件管理功能

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1.2.3操作系统的地位

软件是相对硬件而言的，它是与数据处理系统的操作有关的计算机程序、过程、规则和相关的文档资料的总称。软件是计算机执行的程序软件通常可分为三大类，即应用软件、支撑软件和系统软件。操作系统是裸机之上的第1层软件，它只在核心态模式下运行。通常把经过软件扩充功能后的机器称为“虚拟机”1.2.3操作系统的地位

图1-4计算机系统的层次关系1.2.4操作系统的服务与服务方式1．操作系统提供的服务2．操作系统的服务方式（1）系统调用（2）系统程序3．命令解释程序（1）内置方式（2）外置方式操作系统的服务方式（1）系统调用

系统调用是操作系统提供的、与用户程序之间的接口，也就是操作系统提供给程序员的接口。它一般位于操作系统核心的最高层。系统调用类似于过程调用（2）系统程序它们本身并不属于操作系统的一部分

1.3操作系统的发展历程

1.3.1操作系统的形成1．手工操作阶段2．早期批处理阶段3．多道批处理系统多道批处理系统

多道程序设计的基本思想是在内存中同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替地执行。这些作业共享CPU和系统中的其他资源。多道程序的这种交替运行称做并发执行在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量（称为系统吞吐量）。1.3.2操作系统的发展1.3.3推动操作系统发展的动力

硬件技术更新应用需求扩大1.4操作系统的类型

1．作业所谓作业，是用户定义的、由计算机完成的工作单位。它通常包括一组计算机程序、文件和对操作系统的控制语句。利用作业控制语言（JCL）书写的作业控制语句标识一个作业的存在，描述它对操作系统的需求。作业步1.4.1多道批处理系统1.4.1多道批处理系统

2．工作流程

图1-8多道批处理系统中的作业流程1.4.1多道批处理系统

3.特点“多道”是指内存中存放多个作业，并且在外存上存放大量的后备作业。“成批”的特点是在系统运行过程中不允许用户和机器之间发生交互作用。批处理系统的主要优点是：

①系统资源利用率高；②系统吞吐量大。明显缺点：①用户作业的等待时间长

②没有交互能力1.4.2分时系统1．分时概念和分时系统的实现方法所谓分时，就是对时间的共享。所谓并行是指在同一时刻有两个或两个以上的活动发生。分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享1.4.2分时系统2．分时系统的特征和优点同时性交互性独立性及时性1.4.3实时系统

1．实时系统的引入实时系统是指具有实时特性，能够支持实时控制系统工作的操作系统。实时系统现在有三种典型应用形式，即过程控制系统、信息查询系统和事务处理系统。1.4.3实时系统

2．实时系统与分时系统的差别交互性实时性可靠性1.4.3实时系统

3．实现方式（1）硬式实时系统对时间严格约束（2）软式实时系统对时间限制稍弱一些1.4.4个人机（PC）系统1．单用户操作系统

MS-DOS,OS/2,Windows95,Windows98等2．多用户操作系统

UNIX系统以及各种类UNIX系统1.4.5多处理器操作系统对称多处理（SMP）系统1.4.6嵌入式操作系统1.4.7网络操作系统1.4.8分布式操作系统1.5操作系统的特征

（1）并发

并发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进程所共用。（3）不确定性

不确定性是指系统中各种事件发生顺序的不可预测性。1.6操作系统的结构

1.6.1整体系统1.6.2层次式系统图1-12THE操作系统的层次结构1.6操作系统的结构

1.6.3虚拟机这是物理机器通过共享资源来实现多个虚拟机器。