计算机操作系统 第一章 计算机操作系统概论

1、计算机操作系统、电子科技大学计算机学院杨霞电子邮件：总时间：64(上课时间56小时，机器8小时)主要由前7章教育理论和综合应用相结合，构成基础课程研究生课程的应用价值分数。期末考试有70%的出席和作业10%的期中考试有10%的实验，参考书，教材：计算机操作系统，唐家英etc，西安电子技术大学出版社(第三版)操作系统内核和设计原理，魏英梅翻译，电子产业出版社operating system ining你知道什么操作系统的名称吗？定义操作系统后，你会说什么？An operating system is a program that managers the computer hardware pr

2、ovides a basis for application progs as An intermediary between the che主要角色是管理这些设备，提高利用率和系统吞吐量，为用户和应用程序提供统一的界面，使用户易于使用。操作系统是计算机系统的灵魂！OS的位置，硬件抽象层(HAL)上方所有其他软件层下1.1.1操作系统的目标，有效性：操作系统可帮助您更有效地使用计算机系统资源。(提高系统资源利用率，提高系统吞吐量)易于使用：操作系统使计算机更易于使用。可扩展性允许在：操作系统中有效开发，并测试和引入新的系统功能。开放性：实现了需要统一开放环境的应用程序的可移植性和互操作性。1.

3、1.2操作系统的作用，1 .操作系统充当用户和计算机硬件系统之间的接口。意思：操作系统位于用户和计算机硬件系统之间，用户通过操作系统使用计算机系统。1.1.2操作系统的角色，计算机系统资源的管理员2OS，从资源管理的角度来看，可以将操作系统视为计算机系统资源的管理员。处理器管理内存管理I/O设备管理文件管理，1.1.2操作系统的角色，3 .操作系统是完全没有计算机资源抽象实现软件的计算机系统(即裸机系统)，它为用户提供了真实的硬件接口(物理接口)，用户必须充分了解物理接口的实现细节，并使用机器命令进行编程，因此使用起来非常困难。通过操作系统的I管理抽象计算机资源，帮助用户使用和管理硬件资源。1

4、.2操作系统开发过程，操作系统创建手动操作阶段批处理阶段运行系统阶段操作系统的完整多批系统分时系统实时处理系统通用操作系统，操作系统开发计算机网络的出现微机普及的强大计算和处理能力微内核操作系统多核操作系统，1.2操作系统开发过程，50年代中期首次出现了部署系统。60年代中期，有了分时系统。20世纪80年代以后出现了：计算机系统、多处理器系统、计算机网络系统。，1.2操作系统开发过程，无操作系统的单部署操作系统多部署操作系统分时操作系统实时操作系统(real time system)计算机操作系统开发，1.2.1无操作系统的计算机系统，1手动操作方法(1950)如果CPU需要这些程序和数据，请

5、从磁带高速移动到内存。1.2.2单个批处理系统、系统批处理作业并在内存中始终仅保存一个作业运行、退出或出错，其他作业运行自动称为单个批处理系统。1.2.2单一部署系统，单一部署系统的主要特性：自动、顺序、单一路径。单一部署系统的主要优点：减少手动工作，解决工作的自动连接。单一部署系统的主要缺点：平均处理时间长，没有交互能力。1.2.3多批处理系统，一个或多个程序概念：准备在内存中运行多任务，终止执行或出错，自动调度内存中的其他任务执行。多通道计划的优点：1，提高CPU利用率。2、提高内存和I/O设备利用率。3、增加系统吞吐量。1.2.3多通道部署系统，多通道编程技术的示例在内存中有三个程序a、

6、b和c，它们按a、b和c的优先级运行。计算和I/O操作时间如下表所示：假设三个程序在I/O操作中使用相同的设备，即程序将设备串联起来，绘制单通道和多通道执行的时间图(忽略调度程序的执行时间)。在这两种情况下，完成这三个过程各需要多少时间？单一执行甘特图、1.2.3多重建置系统、多重执行甘特图、1.2.3多重建置系统、执行中的程式因I/O而暂停执行时，可以排定其他程式执行、2、多重建置系统的主要特性：多重通道、不断电、排程(处理作业排程与作业排程)第三，多批处理的主要优点：提高资源利用率和吞吐量。多批处理的主要缺点：平均处理时间长，没有交互能力。1.2.3多通道部署系统，1，处理器管理：CPU分

7、配和控制。2、存储管理：为每个程序分配所需的内存空间。3、I/O设备管理：分配和操作I/O设备。4、文件管理：访问、共享和保护文件。5、管理工作：如何设定工作执行。4，多通道部署系统需要解决的问题，1.2.4分时操作系统(On-line)，分时系统是指在一台主机上连接带有显示器和键盘的多个终端，同时允许多个用户通过自己的终端交互使用计算机和共享主机的资源。分时系统可以很好地提供一台计算机供多个用户同时使用，从而提高了计算机的利用率。也可以满足用户-机器交互对人的需要。这经常应用于查询系统，以满足很多查询用户的需要。第一个实际分时操作系统CTSS是由MIT开发的。分时处理终端请求，接口1:交互式

8、命令语言(eg. shell，command)接口2:图形用户界面(GUI)，Time Sharing OS，HAL，终端，终端，终端，终端.1.2.4分时操作系统，特性：多重性：一台主机连接到多个终端；互动：以对话方式服务使用者；垄断性：每个最终用户似乎拥有一个虚拟机。时效性：在很短的时间内响应用户的请求。典型系统：Multics (MIT) UNIX、1.2.4分时操作系统、1.2.5实时操作系统、实时控制行业控制、信息查看、军事控制、医疗控制。实时信息处理预订航班，在线信息检索，所谓实时系统：计算机及时响应外部事件的请求，在规定的时间内完成该事件的处理，控制所有实时设备和实时操作协调的执

9、行。、1、多通道：可以控制多个对象。2、独立性：独立运行，不混乱，不破坏。3、交互：仅限于访问系统的某些特定专用服务程序。4、可靠性：要有高可靠性、过载保护。5、时效性：系统要求不同，控制对象必须在截止时间内完成。实时系统的特点，1.2.6微机操作系统的开发，微机上配置的操作系统称为微机操作系统。分为三类。1单用户单任务操作系统MS-DOS 2单用户多任务操作系统允许一个用户使用计算机，但用户可以将程序分为多个任务，并同时作为Android、Rtems等嵌入式操作系统运行。1.2.6微机操作系统的发展，3多用户多任务操作系统允许多个用户通过各自的终端使用同一系统和共享主机系统的各种资源，每个用

10、户程序可以进一步细分为多个任务同时运行，从而进一步提高资源利用率和系统吞吐量。最具代表性的是UNIX操作系统、Windows、1.3操作系统的基本功能、现代操作系统的四个基本功能：1、并发2、共享性3、虚拟性4、异步并行性。其他功能基于并发性。1.3.1并发，-并行：表示两个或多个事件在同一时间点发生。-并发：表示两个或多个事件以相同的时间间隔发生。在多通道程序环境中，并发性意味着在一段时间内同时运行多个程序，但在单处理器系统中，一次只能运行一个程序，因此在微观上，这些程序只能按分时交替运行。1.3.2共享，共享：表示系统的资源可以同时用于内存中的多个并发执行进程。1、相互排斥的共享方法：-在

11、一段时间内只能由一个进程访问的资源称为重要资源。-系统的重要资源可用于多个进程，但在一段时间内只允许一个进程，称为互斥共享。2，并发访问：在一段时间内，多个进程可以同时使用此资源。-在微观上，多个进程交替使用系统的一个资源，并相互排斥。例如，磁盘。1.3.2共享、1.3.3虚拟、虚拟：通过特定技术将一个物理对象更改(映射)为多个逻辑匹配项称为虚拟技术。虚拟处理器技术：分时虚拟设备技术：SPOOLING技术(第5章)虚拟磁盘技术虚拟存储技术：虚拟存储(第4章)，1.3.4异步，1，运行结果不确定，程序无法再现。2、异步，在多通道程序环境中，程序(进程)是异步运行的，每个程序运行的时间、各自运行的

12、顺序、完成时间都不确定，无法预测。1.4操作系统的主要功能，操作系统必须具有5种功能。1、处理器管理(CPU) 2、存储管理3、设备管理4、文件管理5、操作系统和用户之间的接口、1.4.1处理器管理功能、主要功能：创建和取消进程(或线程)、在进程之间交换信息、根据特定算法将处理器分配给进程。1.流程控制流程控制的主要功能是为操作创建流程，撤消已终止的流程，并控制正在运行的流程的状态转换。2 .同步流程和同步互斥流程的主要任务是协调多个流程的执行。两种协调方法互不相容，即访问重要资源时使用互斥流程(线程)的流程：流程同步，表示在流程相互协作完成公用任务时流程之间的协调。1.4.1处理器管理功能，

13、3 .进程通信进程通信是进程之间的信息交换。通信方法：消息队列、管道、套接字等。，1.4.1处理器管理功能，4。调度作业、根据备用队列中的特定算法选择多个作业、分配资源、重新分配内存、设置进程、将作业插入准备队列。计划进程是根据准备运行进程的队列中的特定算法选择新进程并分配处理器。1.4.2存储管理功能、主要任务：为运行多通道程序提供良好的环境、用户存储易用性、提高存储利用率和逻辑内存扩展。内存分配内存保护地址映射内存扩展、1.4.2存储管理功能和1内存分配内存分配。静态分配方法，在每个作业运行之前分配内存空间，在作业运行期间不再更改。动态分配方法，允许在每个作业运行之前或运行时请求新的额外内

14、存空间，以适应程序和数据的动态增长。1.4.2存储管理功能，2，存储管理功能，2。内存保护内存保护的主要任务：1。确认每个用户程序仅在自己的内存空间内运行，并且不相互干扰。2.绝对不允许用户程序访问操作系统中的程序和数据，或转到用户程序不共享的其他用户程序。使用MMU的一般方法。3 .地址映射地址空间，由目标程序或加载程序限定的空间，称为“地址空间”。单元的编号称为逻辑地址，也称为相对地址。内存空间由一系列内存单元限定的地址范围称为“内存空间”，其中地址称为“物理地址”。运行地址映射时，将地址空间中的逻辑地址转换为与内存空间相对应的物理地址，这称为地址映射。2，存储管理功能，4内存扩展虚拟存储技术，允许逻辑扩展内存容量，从而体验比物理内存容量大得多的内存容量。转入功能请求替代功能，2，存储管理功能，3，设备管理功能，设备管理主要任务：完成用户进程建议的I/O请求；分配用户进程所需的I/O设备。提高CPU和I/O设备的利用率。提高I/O速度，方便用户使用I/O设备。3，设备管理功能，设备管理功能：缓冲管理：有效缓解CPU和I/O设备速度不匹配，提高CPU利用率。设备分配：根据I/o请求分配所需的设备。设备处理：设备处理程序也称为设备驱动程序。4，文件管理功能，文件管理的主要任务：为方便用户，管理用户文件和系统文件，并确保文件的安全