清华计算机操作系统第章(“系统”文档)共29张

第1章操作系统概论本章知识点：1.1操作系统的作用1.2操作系统的演化1.3操作系统的主要成就 1.4操作系统举例(略)1.5操作系统的主要研讨课题 1.1操作系统的作用 操作系统是计算机用户和计算机硬件之间的接口程序模块，它是计算机系统的中心控制软件，其职能是控制和管理系统内各种资源，有效地组织多道程序的运转，从而为用户提供良好的任务环境，到达运用方便、资源分配合理、平安可靠等目的。操作系统是现有软件系统中最复杂的软件之一。Denning以为，到目前为止，在操作系统的研讨开发方面主要获得了进程、内存管理、信息维护与平安、调度与资源管理和系统构造等五项成就。1.1.1硬件系统和运用程序间的界面

由操作系统定义的软、硬件和数据，给程序员提供了方便的界面，使程序员和运用程序更容易获取和运用计算机系统中的资源、工具和效力。1.1.1硬件系统和运用程序间的界面OS具有如下功能：①程序创建。②程序执行。③I/O设备的访问。④控制对文件的访问。⑤系统访问。⑥查错和纠错。⑦簿记。1.1.2作为资源管理者作为资源管理器的操作系统：1.1.3推进操作系统开展的要素 操作系统的演化主要基于以下要素：①硬件晋级以及新的硬件类型；②新效力；③修补；1.2操作系统的演化操作系统开展至今已有三十多年。设计操作系统主要有两个目的：第一，为程序的开发和执行提供一个方便的环境；第二，为保证计算机系统顺利执行，操作系统对各个计算活动进展调度。1.2.1串行处置系统最早的计算机，从20世纪40年代末到50年代中期，程序员直接与硬件接触，根本没有OS。计算机运转在一个集成了指示器、各种开关、一些输入设备以及一个打印机的控制台之上。早期的这种系统存在两个问题：(1)上机安排(2)启动时间 ③I/O设备的访问。同操作系统有关的平安和维护任务可分为以下3类：5操作系统的主要研讨课题对待存储系统的两种不同观念批处置系统存在很多不方便之处，主要有：用户不能与其作业交互以捕捉程序中的问题。分时系统的主要优点是：当程序正在执行时，允许用户与计算机交互，从而大大缩短了系统的呼应时间，添加了用户调试程序和控制程序运转的灵敏性。②共享原始程序或数据文件。设计操作系统主要有两个目的：第一，为程序的开发和执行提供一个方便的环境；想象一台电脑配备256KB的可用内存空间(未被OS占用的)，一个磁盘，一个终端和一台打印机。实时系统与其他普通的系统之间的最大不同之处就是要满足处置与时间的关系。最早的计算机，从20世纪40年代末到50年代中期，程序员直接与硬件接触，根本没有OS。实时系统与分时系统的区别在于：在分时系统中，快速呼应是需求的，但不是必需的；同操作系统有关的平安和维护任务可分为以下3类：1.2.2简单批处置系统 简单批处置系统是专业计算机操作员〔或机器〕按作业的性质将作业按类分成假设干组，然后一组一组地来运转作业。在早期计算机系统中，引进简单批处置系统可以减少安装磁带、装入程序和返绕磁带等有关的工序浪费的时间，因此，也就减少了计算机的空闲时间。批处置系统本质上不提供用户和程序之间的交互功能。程序中的一切问题必需事先安排好，也不能进展联机修正。。1.2.2简单批处置系统简单批处置系统的中心思想是，经过运用一种被称为监控器的软件，运用户不用再直接接触机器，而是先经过卡片机和纸带机向计算机控制器提交作业，由监控器将作业组织在一同构成一批作业，然后将整批作业放入由监控器管理的输入设备上，每当一个程序执行终了前往监控器时，监控器已自动装入下一个程序。5操作系统的主要研讨课题(5)要求有高可靠性和平安性，系统的效率那么放在第二位。3多道程序批处置系统4操作系统举例(略)2操作系统的演化同操作系统有关的平安和维护任务可分为以下3类：分时系统通常采用的实现方法是：先对每一用户作业分定一个时间片，再按轮转方式来执行这些作业。早期的这种系统存在两个问题：它设法让CPU总有事情可做，以此来提高CPU的利用率。②共享原始程序或数据文件。对待存储系统的两种不同观念分时系统的主要优点是：当程序正在执行时，允许用户与计算机交互，从而大大缩短了系统的呼应时间，添加了用户调试程序和控制程序运转的灵敏性。进程是操作系统构造的根底。它设法让CPU总有事情可做，以此来提高CPU的利用率。想象一台电脑配备256KB的可用内存空间(未被OS占用的)，一个磁盘，一个终端和一台打印机。进程是操作系统构造的根底。1.2.2简单批处置系统批处置系统存在很多不方便之处，主要有：用户不能与其作业交互以捕捉程序中的问题。用户程序中的一切问题必需事先安排好，否那么程序的排错就能够在转储信息上盲目地进展。此外，对一个用户作业而言，能够需求较长的周转时间。在批处置系统中，为了防止有意或无意地读取他人的卡片，必需建立监控和用户两种操作态，使其只需在监控态下才干读控制卡。经过建立一组仅能在监控态下执行的特权指令，操作系统就能保证在任何时候都能控制整个系统。1.2.3多道程序批处置系统多道程序设计技术就是在内存中同时坚持假设干道程序，系统按某种调度战略交替执行这些程序，使CPU坚持最少的空闲时间。多道程序设计的主要优点是经过将用户的CPU恳求和I/O恳求重叠起来的方法来有效地运用CPU。它设法让CPU总有事情可做，以此来提高CPU的利用率。1.2.3多道程序批处置系统想象一台电脑配备256KB的可用内存空间(未被OS占用的)，一个磁盘，一个终端和一台打印机。3个程序JOB1、JOB2和JOB3，同时被提交执行，如下表所列。

JOB1JOB2JOB3作业类型偏重计算偏重计算偏重计算执行时间偏重I/O偏重I/O偏重I/O所需内存偏重I/O偏重I/O偏重I/O能否需求磁盘5min5min5min能否需求终端15min15min15min能否需求打印机10min10min10min1.2.3多道程序批处置系统多道程序设计在提高资源利用率方面产生的效果

单道程序设计多道程序设计处置机运用17%33%内存运用30%67%磁盘运用33%67%打印机运用33%67%经过时间30min15min吞吐率6jobs/h12jobs/h平均呼应时间18min10min1.2.4分时系统分时系统是一种由调度战略和多道程序设计技术所构成的、同时供两个或多个用户运用的一种经济实惠的系统。分时系统的主要优点是：当程序正在执行时，允许用户与计算机交互，从而大大缩短了系统的呼应时间，添加了用户调试程序和控制程序运转的灵敏性。1.2.4分时系统 分时系统通常采用的实现方法是：先对每一用户作业分定一个时间片，再按轮转方式来执行这些作业。用户作业可以继续运转直至其时间片执行完或发生一个〔I/O〕中断，才暂停此作业的运转而让另一作业运转，暂停的作业那么等到再次轮到它时又可继续运转下去，系统中的作业都用这种方式轮转执行。1.2.5实时系统 实时系统是在呼应时间方面有严厉制约的公用系统。实时系统与其他普通的系统之间的最大不同之处就是要满足处置与时间的关系。实时系统与分时系统的区别在于：在分时系统中，快速呼应是需求的，但不是必需的；在实时系统中，处置事务必需在适宜于此系统的特定时间限额内完成。1.2.5实时系统 实时操作系统主要是为联机实时义务效力的，相比分时系统它有其本身的特点：(1)与分时系一致样具有多路性和独立性。(2)对外部实时信号必需能及时呼应，呼应的时间间隔要足以控制发出实时信号的那个环境。(3)整体性强。(4)有交互性，但这里人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的公用效力程序。(5)要求有高可靠性和平安性，系统的效率那么放在第二位。1.3操作系统的主要成就 操作系统是现有软件系统中最复杂的系统软件之一。到目前为止，操作系统已获得了5项主要成就：进程、内存管理、信息的维护与平安性、调度与资源管理、系统构造。。1.3.1进程 进程是操作系统构造的根底。进程就是：可并发执行的程序在一个数据集合上的运转过程。进程由以下3部分组成：①一个可执行的程序；②该程序所需的相关数据(变量、任务空间，缓冲区等)；③该程序的执行上下文(Context)。1.3.1进程 典型的进程实现1.3.2存储管理操作系统的5条存储管理原那么：①进程隔离。②自动分配和管理。③支持组件编程。④长时间存储。⑤维护和存取控制。1.3.2存储管理对待存储系统的两种不同观念(b)操作系统设计者观念(a)用户观念1.3.3信息维护和平安性同计算机系统和存储在其中的信息的存取控制有关的4种维护战略：①不共享。②共享原始程序或数据文件。③无存储子系统。④控制信息的分布。1.3.3信息维护和平安性同操作系统有关的平安和维护任务可分为以下3类：①访问控制。②信息流控制。③确认。1.3.4调度和资源管理操作系统的中心义务之一就是管理各种可获得的资源以及合理地调度它们。任何资源分配和调度